ウェアラブル向けのバイタルサインモニタリング

安静時の心拍数はどれくらいですか?また、血圧は正常範囲内ですか?

バイタルサインセンサは、かつてなくスマートで、正確かつ利用しやすくなっています。これらのセンサは、ウェアラブルフィットネストラッカーや腕時計に広く導入されており、スマートフォンやイヤホン、指輪、さらには貼付パッチに至るまで広がり続けています。

消費者はこれらの製品を使用して、自身の健康、フィットネス、ライフスタイルを最適化するために、血中酸素や心拍数、睡眠時間、呼吸数、体組成、心臓疾患、皮膚温度などをモニタリングしており、これらの機能はますます増加しています。 

医師や患者は、医療グレードのウェアラブルセンサを使用して、病状や治療の進行具合を継続的かつ手軽にモニタリングし、よりパーソナライズされた治療を提供して効率と臨床転帰を改善しています。

ams OSRAMは、バイタルサインモニタリングソリューションの構築に必要なコンポーネントの完全なポートフォリオを提供しており、最も小型で消費電力が最も低いセンサで、品質・精度・信頼性に優れたデータの提供を可能にしています。

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すべての重要なコンポーネントを一か所に

光学式のバイタルサインセンサは、フォトプレチスモグラフィ(PPG:光電脈波)信号の測定から始まります。LEDが皮膚に光を照射し、隣接するフォトダイオードが血流の変化によって生じる光吸収の変化を検出します。複数の波長でPPGを取得することにより、さらに血液の特性(酸素化など)を導き出すことができます。その後、PPG信号にアルゴリズムを適用し、心拍数(HRM)や心拍変動(HRV)、血中酸素濃度(SpO2)などの主要なバイタルサインを取得します。

電気的なバイタルサインセンサは、皮膚に接触させた電極を通じて小さな電圧とインピーダンスの変化を増幅し、心電図(ECG)やガルバニック皮膚反応(GSR)、生体インピーダンス(Bio-Z)などの信号を取得します。体温の測定値を使用して、さらに中核体温を導き出すことができます。これらすべてのセンサデータを集約し、さらに高度なアルゴリズムで血圧や呼吸数、最大酸素摂取量(VO2max)、安静時心拍数などのバイオマーカーを含む指標を導き出したり、生殖能力、体組成、回復速度などの追加情報を提供したりすることができます。 ams OSRAMは、発光ダイオード、フォトダイオード、オプティカルフロントエンド、アナログフロントエンドIC、温度センサの完全なポートフォリオを提供しており、上述したすべての計測を実現できるという点で、ユニークな企業です。当社は、完全で高性能な、低消費電力の小型バイタルサインモニタリングソリューションを迅速に製品で実現できるように、設計者をお手伝いします。

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オプティカルフロントエンド(OFE)モジュール

LEDとフォトダイオードを配置して、品質と信頼性に優れたPPG信号を取得することは、容易ではありません。 直接的なクロストークを最小限に抑え、環境光の漏れを防ぎながら、皮膚に対するそれぞれの光接続を最大にする必要があります。ハイエンド製品では、複数のLED、フォトダイオード、波長を集めて配置することで、ユーザーの動きの影響を最小限に抑え、より高度な信号を取得することができます。

ams OSRAMのオプティカルフロントエンドモジュールは、高性能なLEDフォトダイオードを統合しています。これらは適切な光絶縁で最適な信号強度が得られるように配置されており、皮膚に接触する製品に搭載する準備が整っています。 

設計者は、これらのオプティカルフロントエンドを使用することで、設計と製造の複雑さをいずれも最小限に抑えると同時に、高性能のPPG測定を実現することができます。 

アナログフロントエンド(AFE)

ams OSRAMの最先端アナログフロントエンドICは、LED、フォトダイオード、皮膚電極から直接高品質のデジタルPPG、ECG、生体インピーダンスの測定結果を導き出すためのワンチップソリューションとなっています。 

統合された機能には、LEDドライバ、フォトダイオードの読み出し、電気信号増幅器、連続測定パルス間のシーケンス、アナログデジタル変換、信号処理などが含まれます。コンフィギュレーションとデジタル信号が示す値は、SPI/I2Cを介してプロセッサーに提供されます。  
 
ams OSRAMのAFEは、特に非常に高いS/N比に最適化されており、信号品質を向上させる数々の可能性を提供します。さらに、低消費電力に最適化されており、小さい低背パッケージで提供されています。 

これにより設計者は、数日間隔のバッテリー充電で済む、小型フォームファクタで優れたパフォーマンスのヘルスモニターおよびフィットネスモニターを作成することができます。例えば、イヤホン、フィットネスバンド、スマートウォッチ、スポーツウォッチ、スマートパッチなどに適しています。

発光ダイオード(LED)

電力の制約があるアプリケーションでのバイタルサインモニタリング向けに特別に設計されたLEDです。ams OSRAMでは、緑、赤、赤外線および関連のあらゆる波長のLEDを提供しています。これらのLEDは、高い変換効率と低い順方向電圧を実現し、必要な駆動電流を最小化しているため、設計者はウェアラブル製品のバッテリー持続時間を最大化することができます。

フォトダイオード(ライトセンサ)

高性能なPPG測定に最適化されたフォトダイオードです。ams OSRAMの最新のチップLEDおよびTOPLED D フォトダイオードは、現在市販されている標準的なフォトダイオードよりも高い感度と高い直線性を提供します。さらに、ams OSRAMのパッケージは、パッケージのフットプリント内における受光面積を最大化し、視覚的に邪魔になる要素を最小限にした美しい統合を実現しています。 

これにより設計者は、難しい環境光の条件下でも、より正確で信頼性の高い測定を実現する洗練された製品を作成することが可能になります。 

デジタル温度センサ

ams OSRAMは、世界で最も正確なデジタル温度センサを提供しています。 AS6221は、工場で較正済みのため、そのままでI2Cを介して±0.09°の精度を提供し、較正や線形化の必要はありません。.最高クラスの消費電力とコンパクトなウェハレベルチップスケールパッケージにより、ウェアラブルバイタルサインモニターでの使用に最適です。  

体温は、妊孕性トラッキングなどのユースケースを可能にするバイタルサインです。しかし、そのためにはICと皮膚との緊密なサーマルカップリングが必要であり、パッケージには機械的ストレスが加わることになります。AS6221は、機械的ストレスに対して最高クラスの耐性を備えているため、設計者は多様な機械的構成において高い信頼性で高精度の皮膚温測定を実現することが可能になります。
 AS6221のプレスリリースをご覧ください。.

HRM、Sp02、呼吸数測定向けのアルゴリズム

ams OSRAMは、心拍数(HRM)、血中酸素濃度(Sp02)、呼吸数を測定するためのアルゴリズムを提供しています。当社のLED、PD、AFEからのPPG出力と連携するように特別に最適化され、CTAおよびIEC規格に対して検証済みのため、設計者は完全で高性能なバイタルサインモニタリングソリューションを迅速に作成することができます。

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