ADI連續(xù)無創(chuàng)式血壓解決方案，新鮮來襲

高血壓是當今最主要的醫(yī)療問題。為了有效地控制高血壓，我國于2017年頒布了“國家基層高血壓防治管理指南”，并試圖通過早期預防來控制高血壓患病率。

NIBP

VS

CNIBP

雖然采用傳統(tǒng)的袖帶無創(chuàng)式血壓(NIBP)設備測量血壓的效果已經(jīng)很好，但使用袖帶操作的用戶體驗不是很好。這類NIBP設備使用柯式音法來監(jiān)聽血液的振動情況，并獲取在固定或較長時間間隔(通常超過15分鐘)內的收縮壓和舒張壓。

連續(xù)無創(chuàng)式血壓(CNIBP)測量是一種實時或以較短時間間隔監(jiān)測人體收縮壓和舒張壓的技術。與上述傳統(tǒng)的袖帶無創(chuàng)式血壓(NIBP)測量不同，CNIBP提供了一種連續(xù)、舒適的血壓測量方法，可以非常方便地集成于現(xiàn)有的腕帶、手表等可穿戴設備平臺。

ADI連續(xù)無創(chuàng)式血壓解決方案，新鮮來襲！

探討連續(xù)無創(chuàng)式血壓方案

脈沖傳輸時間(PTT)方法是CNIBP應用中的一個研究熱點，其原理是識別體積描記器(PPG)波形的關鍵特征節(jié)點，并計算當前PPG信號和其他參考信號（如體積描記器(PPG)、心電圖(ECG)和心沖擊描記圖(BCG)）之間的時間延遲。因此，可采用單獨的PPG、多個PPG、PPG+ECG和PPG+BCG幾種組合方式，我們以PPG+PPG和PPG+ECG組合為例，如下圖1所示。

圖1.采用不同的傳感器組合測量血壓

圖1左側顯示了適合CNIBP應用的多個PPG解決方案。血壓值可以通過多個PPG信號特征點之間的時間延遲來計算，這些特征點需要先用軟件進行預處理和識別。放置PPG傳感器的位置不是固定的，但要盡可能地獲得足夠長的延遲時間，在沿著動脈血管的方向上距離越大延時越大。因此，如果緊湊型可穿戴設備的傳感器放置非常緊湊，我們必須能夠更快地獲取數(shù)據(jù)。此外，獲得的PTT與絕對時間延遲無關，需要通過算法獲得最終血壓。

圖2.同步PPG和ECG信號

圖1右側顯示了用于CNIBP解決方案的PPG和ECG組合。在這種情況下，PPG信號是在單手的手腕或手指上獲取，而ECG信號則是在雙手上獲取。我們必須在時域上同步并追蹤信號，以方便后續(xù)的數(shù)據(jù)及算法處理，如圖2所示同步后的PPG和ECG信號。

CNIBP設計考慮和主要挑戰(zhàn)人體工程學設計

?易于使用

?防止誤操作設計

?高度可靠、高靈敏度的傳感器設計

連接技術

?需要低功耗藍牙、WIFI連接以訪問其他智能設備

?數(shù)據(jù)同步和應用程序自動升級

多傳感器同步

?更高的采樣速率，以獲得較佳的時序精度

?使用單獨的同步ADC進行數(shù)據(jù)采集

?多個傳感器共用一個具有固定通道延遲時間的ADC

電池壽命和功耗

?受電池尺寸限制，可穿戴設備需要低功耗設計

?提供能量采集功能，以增強電池壽命

?選擇低功耗傳感器和深度FIFO，以便盡量縮短處理器的喚醒時間

?低功耗處理器和外設

適應復雜的使用環(huán)境

?膚色效應，黑色素會大大減弱回光

?毛發(fā)皮膚效應，頭發(fā)提供鏡面反射路徑以及比正常信號更強的回光

?運動效應，運動使PPG信號漂移并改變光傳輸路徑

?環(huán)境光效應，必須抑制并為正常信號留足夠的空間

傳感器技術

?多傳感器融合，例如同步PPG和ECG信號，以便盡量減少信號延遲的影響

?選擇具有良好生物兼容性的傳感器材料，尤其對ECG電極而言

?低功耗下具有高靈敏度

ADI 整體解決方案亮點

ADI 公司提供大量的高集成度PPGAFE、ECGAFE、低功耗MCU、電源管理解決方案和靈活的分立元件，使可穿戴CNIBP應用的產(chǎn)品質量和可靠性達到最佳程度。此外，ADI公司還提供評估板、仿真工具和應用專業(yè)技術，為客戶的設計和開發(fā)工作提供支持。

主信號鏈：分立元件

圖3.集成分立元件解決方案的多傳感器融合

圖3顯示了集成分立元件解決方案的多傳感器融合圖，使用模擬MUX開關很容易擴展更多的傳感器。這些傳感器通過模擬MUX開關、ADC掃描進行同步，并逐個采集傳感器數(shù)據(jù)，采樣時間間隔取決于ADC采樣速率和通道數(shù)，而且是固定的。

主信號鏈：基于AFE的器件

根據(jù)圖3，一些分立元件可以由最新的高集成度模擬前端(AFE)取代。有些AFE或模塊已包含上述分立元件、模擬MUX開關和ADC，因此我們只需選擇一個AFE作為主機，并獲取所有其他傳感器的數(shù)據(jù)。圖4顯示了集成AFE解決方案的多傳感器融合，將PPG選為主機傳感器以便同時獲取PPG和ECG信號。此外，可通過SPI或I2C接口讀取主機傳感器數(shù)據(jù)。

圖4.集成模擬前端解決方案的多傳感器融合

電源解決方案

圖5.電源解決方案

在具體設計中，模塊的技術要求可能不同，但在【ADI 連續(xù)無創(chuàng)式血壓解決方案】的完整文檔中，列出了具有代表性并能滿足部分要求的 ADI產(chǎn)品