Vitaldatenüberwachung für smarte Endgeräte

Wie hoch ist Ihre Ruheherzfrequenz, und liegt Ihr Blutdruck im richtigen Bereich? 

Sensoren für Vitalparameter waren noch nie so intelligent, genau und verfügbar wie heute. Diese Sensoren haben sich zu tragbaren Fitness-Trackern und Uhren entwickelt und werden immer häufiger in Smartphones, Kopfhörer, Ringen und sogar Pflastern eingesetzt. 

Verbraucher nutzen diese Produkte, um ihre Gesundheit, ihre Fitness und ihren Lebensstil zu optimieren, indem sie Blutsauerstoff, Herzfrequenz, Schlafdauer, Atemfrequenz, Körperzusammensetzung, Herzkrankheiten und Hauttemperatur überwachen - die Liste wird immer länger. 

Kliniker und Patienten nutzen medizinische Wearable-Sensoren, um den Verlauf von Krankheiten und Therapien kontinuierlich und bequem zu überwachen und so eine individuellere Behandlung mit verbesserter Effizienz und besseren klinischen Ergebnissen zu ermöglichen. 

ams OSRAM bietet als einziges Unternehmen ein komplettes Portfolio an Leuchtdioden, Fotodioden, optischen Front-Ends, analogen Front-End-ICs und Temperatursensoren, um alle oben genannten Messungen zu realisieren. Wir unterstützen Entwickler bei der schnellen Realisierung von kompletten, leistungsstarken, stromsparenden und kompakten Lösungen zur Überwachung von Vitaldaten in ihren Produkten. Aktuelle Beispiele dafür, wie unsere Produkte von unseren Kunden eingesetzt werden, finden Sie in der Pressemitteilung über intelligente Ringe und Überwachungslösungen für Frauen. Recent examples of how our products are used by our customers can be seen in the press release about smart rings and monitoring solutions for women

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Alle wichtigen Komponenten an einem Ort

Optische Vitalparameter Sensoren beginnen mit der Messung von Photoplethysmographiesignalen (PPG). Eine LED sendet Licht in die Haut, und eine daneben liegende Photodiode erkennt die durch den veränderten Blutfluss verursachte Variation der Lichtabsorption. Durch die Erfassung von PPG-Signalen mit mehreren Wellenlängen lassen sich außerdem Bluteigenschaften wie die Sauerstoffversorgung ableiten. Algorithmen werden dann auf PPG-Signale angewandt, um wichtige Vitalparameter wie Herzfrequenz (HRM), Herzfrequenzvariabilität (HRV) und Blutsauerstoffgehalt (SpO2) abzuleiten. 
Elektrische Vitalparameter Sensoren verstärken kleine Spannungs- und Impedanzänderungen durch Elektroden, die die Haut berühren, um Signale wie Elektrokardiographie (EKG), galvanische Hautreaktion (GSR) und Bioimpedanz (Bio-Z) abzuleiten. Temperaturmessungen können zur Ableitung der Körperkerntemperatur verwendet werden. Aus der Zusammenführung all dieser Sensordaten können fortschrittliche Algorithmen weitere Messgrößen wie Blutdruck, Atemfrequenz, Biomarker wie VO2 max und Ruheherzfrequenz ableiten oder zusätzliche Informationen wie Fruchtbarkeit, Körperzusammensetzung und Erholungsrate liefern.

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Optische Front-End-Module (OFE)

Die Platzierung von LEDs und Fotodioden zur Erzielung eines hochwertigen und zuverlässigen PPG-Signals ist nicht einfach. Die optische Kopplung der einzelnen Komponenten mit der Haut muss maximiert, direktes Übersprechen jedoch minimiert und Streulicht aus der Umgebung vermieden werden. High-End-Produkte können Konstellationen aus mehreren LEDs, Fotodioden und Wellenlängen einsetzen, um die Auswirkungen von Bewegungen des Benutzers zu minimieren und fortschrittlichere Signale abzuleiten. 

Die optischen Front-End-Module von ams OSRAM integrieren unsere Hochleistungs-LEDs und Photodioden. Diese sind optimal für die Signalstärke mit entsprechender optischer Isolierung platziert und können in Produkte eingebaut werden, die die Haut berühren.  

Mit diesen Optical Front Ends können Designer hochleistungsfähige PPG-Messungen mit einem Minimum an Komplexität in Design und Herstellung liefern.

Analoges Frontend (AFE)

Unsere hochmodernen Analog-Front-End-ICs sind eine Ein-Chip-Lösung zur Ableitung hochwertiger digitaler PPG-, EKG- und Bioimpedanzmessungen direkt von LEDs, Photodioden und Hautelektroden.  

Zu den integrierten Funktionen gehören LED-Treiber, Photodiodenauslesung, elektrische Signalverstärker, Sequenzierung über aufeinanderfolgende Messimpulse, Analog-Digital-Wandlung und Signalverarbeitung. Die Konfiguration und das Auslesen der digitalen Signale werden dem Prozessor über SPI/I2C zur Verfügung gestellt.  

Unsere AFEs sind speziell für sehr hohe Signal-Rausch-Verhältnisse optimiert und bieten zahlreiche Möglichkeiten zur Verbesserung der Signalqualität. Sie sind außerdem für einen geringen Stromverbrauch optimiert und in Gehäusen mit kleiner Grundfläche und geringer Höhe erhältlich.  

Dies ermöglicht es Entwicklern, Gesundheits- und Fitnessmonitore der Spitzenklasse in winzigen Formfaktoren mit mehrtägigen Intervallen zwischen den Batterieaufladungen zu entwickeln. Zum Beispiel Ohrhörer, Fitnessbänder, Smartwatches, Sportuhren und intelligente Pflaster.

Licht emittierende Dioden (LEDs)

LEDs, die speziell für die Überwachung von Vitalparametern in Anwendungen mit eingeschränktem Stromverbrauch entwickelt wurden. Wir bieten LEDs in Grün, Rot, Infrarot und allen relevanten Wellenlängen an. Sie bieten einen hohen Umwandlungswirkungsgrad und eine niedrige Vorwärtsspannung, wodurch der erforderliche Antriebsstrom minimiert wird, was den Entwicklern ermöglicht, die Batterielebensdauer von tragbaren Produkten zu maximieren.

Fotodioden (Lichtsensoren)

Photodioden, die für leistungsstarke PPG-Messungen optimiert sind. Unsere neuesten Chip-LED- und TOPLED-D-Photodioden bieten eine höhere Empfindlichkeit und eine viel höhere Linearität als die heute auf dem Markt befindlichen Standard-Photodioden. Darüber hinaus sind unsere Gehäuse so optimiert, dass die lichtempfindliche Fläche innerhalb der Gehäusegrundfläche maximiert und die ästhetische Integration optisch ablenkender Elemente minimiert wird.  

Dies ermöglicht es den Entwicklern, hochwertige Produkte zu entwickeln, die genauere und zuverlässigere Messungen liefern, auch unter schwierigen Umgebungslichtbedingungen.

Digitale Temperatursensoren

ams OSRAM bietet den genauesten digitalen Temperatursensor der Welt an. Der AS6221 ist werksseitig kalibriert und liefert eine Genauigkeit von ±0,09° über I2C, ohne dass eine Kalibrierung oder Linearisierung erforderlich ist. Dank des klassenbesten Stromverbrauchs und des kompakten Waferlevel-Chipscale-Gehäuses eignet er sich ideal für den Einsatz in tragbaren Vitaldatenmonitoren.  
Die Körpertemperatur ist ein lebenswichtiges Zeichen, das Anwendungsfälle wie die Überwachung der Fruchtbarkeit ermöglicht. Dies erfordert jedoch eine enge thermische Kopplung des ICs an die Haut, was zu mechanischen Belastungen des Gehäuses führt. Der AS6221 verfügt über die klassenbeste Toleranz gegenüber mechanischen Belastungen und ermöglicht es Entwicklern, hochpräzise Hauttemperaturmessungen in einer Vielzahl von mechanischen Konfigurationen zuverlässig zu realisieren. Lesen Sie unsere Pressemitteilung zum AS6221.

Algorithmen für HRM, Sp02 und Atmungsrate

ams OSRAM bietet Algorithmen zur Messung von Herzfrequenz (HRM), Blutsauerstoff (Sp02) und Atemfrequenz. Diese Algorithmen wurden speziell für die PPG-Ausgabe unserer LED, PDs und AFEs optimiert und nach CTA- und IEC-Normen validiert. So können Entwickler schnell komplette und leistungsstarke Lösungen für die Überwachung von Vitaldaten entwickeln.

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