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可穿戴醫(yī)療與健康設備增長迅速,臨床級生命體征信號檢測平臺應勢而為

荷葉塘 ? 來源:電子發(fā)燒友 ? 作者:程文智 ? 2020-12-29 14:55 ? 次閱讀

為了簡化醫(yī)療設備開發(fā)難度,加快上市時間,美信Maxim Integrated)在2016年時就推出了第一代健康傳感器平臺(Health Sensor Platform,簡稱HSP),兩年后的2018年推出了HSP 2.0,幫助正在尋求持續(xù)監(jiān)測多種健康參數(shù)的設計者快速創(chuàng)建獨特、高精度的可穿戴方案,可節(jié)省長達6個月的設計和驗證時間。

今年則推出了3.0版健康傳感器平臺HSP3.0。HSP 3.0除了繼承了兩代HSP平臺的優(yōu)點,還在集成方案中增加了光學血氧SpO2測量和干電極的心電圖測量能力。在算法方面,Maxim Integrated提供了心率(HR)、心率變異(HRV)、呼吸率(RR)、血氧飽和度(SpO2)、體溫、睡眠質量和壓力水平等臨床級信息。因此,該平臺可以使終端方案監(jiān)測心臟和呼吸問題,用于管理慢性阻塞性肺疾病(COPD)、傳染病(例如新冠肺炎)、睡眠窒息癥和房顫(AFib)等疾病。

HSP 3.0主要優(yōu)勢

Maxim Integrated工業(yè)與醫(yī)療健康事業(yè)部醫(yī)療健康產品線總經理Andrew Baker在介紹HSP 3.0時表示,HSP 3.0與上一代產品相比,體積縮小了40%,且采用了升級版微控制器電源、安全管理和檢測IC。參考設計包括完整的光學和電極設計,結合所提供的算法,可以滿足臨床級測量要求。

他特意強調,HSP 3.0可以提供臨床等級的血氧飽和度SpO2檢測,進而使新的應用案例成為可能,比如肺部功能性的檢測。當然,它也可以用在預防性監(jiān)護和慢性病的管理上。


圖:Maxim Integrated工業(yè)與醫(yī)療健康事業(yè)部醫(yī)療健康產品線總經理Andrew Baker


“我們的客戶可以用HSP 3.0開發(fā)新冠患者的呼吸或識別,或者慢性阻塞性肺病COPD的長期監(jiān)測等應用。” Andrew Baker在媒體分享會上表示。

HSP 3.0具有高性能光學設計的集成,比如SpO2血氧測量就需要設計師具有豐富的系統(tǒng)級設計經驗才能設計出合適的光學器件布局,以達到SpO2測量所需要的光學性能。“而Maxim Integrated具有豐富的人體生物學知識,以及光學機械設計的經驗積累,使得HSP 3.0可以覆蓋更多的使用用戶,并且能夠得到盡可能最好的生物數(shù)據(jù)。” Andrew Baker指出。

他自豪地表示,HSP 3.0展示了臨床級精度的腕式血樣采樣,采用了Maxim Integrated先進的算法,能夠滿足中國市場的應用,達到了國家藥品監(jiān)督管理局的要求。此外,ECG平臺可以達到動態(tài)心電圖IEC IEC60601-2-47的標準。

當然,可以使用HSP 3.0這個完整的參考設計來針對自己實際的使用場景來做實驗、采數(shù)據(jù),并開發(fā)出滿足自己需求的產品,而且這些數(shù)據(jù)都能夠達到臨床等級。Andrew Baker進一步指出,HSP 3.0涵蓋了如今遠程病人監(jiān)護的應用場景里需要所有的關鍵生命體征。比如,
第一,體溫趨勢,可以用來檢測傳染病比如說新冠肺炎,或者是發(fā)熱監(jiān)測;
第二,SPO2血樣飽和度檢測,比如可以監(jiān)測肺部功能、睡眠障礙等;
第三,呼吸率,可以監(jiān)測呼吸趨勢;
第四,心率,可以監(jiān)測心率趨勢;
第五,ECG,可以用來做房顫的早期檢測,或者是做心臟健康的檢測等等。

也就是說,HSP 3.0可以使得一些醫(yī)療等級的應用場景得以實現(xiàn),Andrew Baker特別強調,這些應用案例和測量,可以集成在不同的產品形式上,比如腕式、胸貼或者智能戒指等。此外,客戶可以使用Maxim Integrated提供的算法,也可以使用來自第三方的算法,比如說房顫檢測及其數(shù)據(jù)分析。

HSP 3.0系統(tǒng)組成

從HSP 3.0系統(tǒng)框圖上可以看出,該參考設計主要由兩塊PCB板組成,一塊主機電路板,一塊傳感器電路板。在主機電路板上采用了最新的M4F的MCU---MAX32666,它是支持藍牙功能的低功耗微控制器,包含了兩個Arm Cortex-M4F核和附加的SmartDMA,后者允許獨立運行BLE棧,使兩個主核用于運行主要任務。此外,微控制器集成完整的安全套件和存儲器糾錯碼(ECC),大大提高系統(tǒng)可靠性。

圖:HSP 3.0系統(tǒng)框圖。


此外,還包括以下傳感器、電源管理和算法產品:

? MAX86176:噪聲最低的光學光電容積脈搏波法(PPG)和電學ECG的二合一模擬前端(AFE),提供110dB PPG信噪比(SNR),從而增加SpO2飽和度檢測能力;ECG共模抑制比(CMRR)大于110dB,以支持干電極ECG應用。對于PPG部分,Andrew Baker表示,Maxim的產品在讀取通道里做了很多優(yōu)化,支持6個LED和4個PD的驅動和讀取,而且集成了先進的環(huán)境光抑制技術。
? MAX20360:高度集成的電池和電源管理IC (PMIC),優(yōu)化用于先進的體戴式健康檢測設備。器件包括Maxim Integrated的高精度ModelGauge m5 EZ電量計、精致的觸覺驅動器,以及獨特的低噪聲升/降壓轉換器,最大程度提高SNR、降低光學生物檢測所需功耗。
? MAX32670:超低功耗微控制器,專用于Maxim Integrated領先的脈搏率、SpO2、HRV、呼吸率、睡眠質量監(jiān)測和壓力監(jiān)測算法支持。微控制器可配置為傳感器集中器(支持硬件和算法)或算法集中器(支持多種算法)。MAX32670無縫支持客戶所需的傳感器功能,包括管理MAX86176 PPG和ECG傳感器AFE,并為外部提供原始或計算得到的數(shù)據(jù)。
? MAX30208:低功耗、高精度數(shù)字溫度傳感器,采用2mm x 2mm小型封裝。器件的工作電流比同等競爭器件低64%。器件讀取封裝頂部的溫度,可安裝在軟電纜或PCB上,使其很容易設計到可穿戴設備中。MAX30208的精度為0.1°C,滿足臨床溫度要求。

除了這些Maxim Integrated可以提供的產品,也有一些非Maxim Integrated提供的產品,比如閃存和加速度計。對于這些非Maxim Integrated產品,Andrew Baker表示,他們會將這些產品放進參考設計的文檔中,客戶可以根據(jù)需求采用Maxim推薦的產品,或者自己挑選。

結語

隨著人們對健康越來越重視,可穿戴醫(yī)療與健康設備正在急速增長,2019年該類設備出貨量達到6.4億部,市場分析機構Omdia的預測,2019年至2023年間,可穿戴醫(yī)療與健康設備將保持22%的年復合增長率,到2023年可穿戴醫(yī)療與健康設備總出貨量將突破10億。Maxim Integrated在這個時候推出HSP 3.0平臺正是看到了市場的需求所在。而且新的HSP 3.0雖然功能更加豐富了,但價格依然跟前代產品一致,包括硬件、固件和算法一起的價格是400美元,可通過Maxim Integrated網站購買。

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