새로운 생체 신호 모니터링 제품 개발을 위한 전문 파트너

웨어러블 기술의 도입은 '자기 정량화'라는 개념을 낳았습니다. 이것은 사람들이 개인 건강에 대해 생각하는 방식의 중대한 변화를 의미합니다. 이전에 사람들은 좋은 건강 결과와 관련된 일련의 지침이나 원칙을 따를 수 있었습니다. 이러한 조언은 일반적으로 건강한 식사, 규칙적인 운동, 숙면 등에 관한 것이었습니다. 사람들은 병원에서 가끔 건강 검진을 받을 수 있었지만, 자신의 생활 방식이 건강에 미치는 영향을 지속적으로 측정할 수 있는 방법은 없었습니다.

웨어러블 기기의 등장은 더 많은 정보에 대한 가능성을 보여주었으며, 자신의 생활 방식이 건강에 도움이 되는지 여부를 보여주는 실제 측정을 통해 자신의 건강 상태를 실시간으로 더 많이 알고자 하는 소비자들의 요구를 증가시켰습니다. 이것은 '4P 헬스케어(참여, 예측, 예방 및 개인 맞춤화)'라고 불리는, 서구 의료 시스템에서 데이터 분석, 인공지능 및 기타 첨단 기술의 사용 증가에 따라 형성된 트렌드의 일부입니다.

의사들이 오랫동안 건강을 측정하는 데 의존해온 핵심 요소는 심박수, 혈중 산소 포화도(SpO2), 혈압, 체온, 심전도(ECG)를 통해 전기적으로 측정되는 심장 활동과 같은 생체 신호입니다. ams OSRAM의 정교한 광학 및 전기 반도체 시스템과 소프트웨어 덕분에 웨어러블 기기는 경우에 따라서는 병원의 전문 장비만큼 정확하게 이러한 생체 신호를 측정할 수도 있습니다.

실제로 소비자 및 의료 기술의 융합이 가능할 정도로 기술이 진보하고 있습니다. 환자들은 곧 자신의 스마트 워치로 측정한 실시간 심박수 및 심전도 측정 기록을 가지고 심장 전문의를 만나러 가게 될 수도 있습니다.

소비자 및 의료 기술 사이의 모호한 경계는 웨어러블 기기에서 얻은 데이터의 정확성과 신뢰성에 달려 있습니다. 다행히, 웨어러블 기기의 측정 성능은 지속적으로 향상되고 있습니다. 그리고 이러한 향상은 웨어러블 기기에 사용되는 광학 부품과 전기 부품의 개선으로 인한 것입니다.

스마트 워치 또는 밴드는 심박수와 혈중 산소 포화도를 광학적으로 측정합니다. LED는 착용자 팔의 조직에 빛을 방출하고, 포토다이오드는 검출기로 산란되는 빛의 양을 측정합니다. 동맥 내 혈액량의 차이와 산소 포화도는 포토다이오드에 의해 검출된 산란된 빛의 강도의 차이로 반영됩니다. 광혈류 측정(PPPG)이라고 하는 이 광학 측정 기법을 통해 웨어러블 기기는 심장과 폐의 활동을 추적할 수 있습니다.

광학 엔지니어링의 관점에서 볼 때 손목은 LED 및 포토다이오드를 작동시키기에 어려운 곳이며, 광학 부품과 착용자의 피부 사이에 안정적인 인터페이스를 유지하기 어렵습니다. 이는 생체 신호 모니터링 시스템에 다음과 같은 조합이 필요하다는 것을 의미합니다.

• 지정된 파장에서 밝은 빛을 방출하는 LED
• 이러한 파장에 대한 감도가 높은 포토다이오드
• 아날로그 프론트엔드(AFE), LED에 전류를 공급하고 포토다이오드의 광전류 신호를 증폭하고 디지털화하는 IC

전체 시스템은 저노이즈와 높은 신호 대 잡음비(SNR)에 최적화되어 있으며, 전력을 거의 소비하지 않아 장치의 배터리 구동 시간을 가능한 한 길게 연장할 수 있습니다. 이러한 요구 사항을 충족시키기 위해 ams OSRAM은 최근 생체 신호 애플리케이션을 위해 특화된 새로운 구성 부품을 출시했습니다.

새로운 SFH 7018은 녹색광(심박수 측정용)과 적색광 및 적외선원(SpO2 측정용) 사이의 간섭을 최소화하는 독창적인 2-캐비티 설계를 채택한 멀티 LED(적색/녹색/적외선) 이미터입니다. SFH 7018의 적색 및 IR 이미터는 이전 세대 제품보다 40% 더 밝고, 녹색 LED는 2배 이상 더 밝습니다. 이러한 밝기 향상을 통해 신호 품질을 동일한 수준으로 유지하면서 LED 전류를 줄이고 그에 따라 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

TOPLED® D5140, SFH 2202 포토다이오드는 웨어러블 기기에 주로 사용되었던 표준 포토다이오드의 성능을 능가합니다. 높은 감도와 훨씬 더 높은 선형성을 제공하는 SFH 2202를 통해 웨어러블 기기 제조업체는 까다로운 주변 조도 조건에서도 심박수 및 SpO2 측정을 개선하고 전력 소비도 줄일 수 있습니다.

ams OSRAM은 AFE인 AS7058도 출시했습니다. 이것은 SFH 7018과 같은 LED를 구동하고 SFH 2202와 같은 센서 또는 심전도의 전극에서 수신한 신호를 처리합니다. AS7058의 두드러진 특징은 저노이즈 성능으로, 최대 120dB의 매우 높은 광학 신호 대 잡음비를 생성하고, 심전도 측정에서도 마찬가지로 높은 성능을 구현합니다. 손목은 광학 측정을 하기 어려운 곳이기 때문에 포토다이오드에 의해 생성되는 광 신호가 약합니다. 저노이즈 AS7058은 이러한 약한 신호와 심전도 전극의 저전압 출력으로부터 가능한 한 많은 양의 정보를 추출하여 장치의 알고리즘을 통해 생체 신호를 정확하게 측정할 수 있습니다.

AS7058은 또한 땀을 측정하기 위한 피부 전기 활동, 그리고 고유하게, 체성분과 체질량 지수(BMI)의 대략적인 측정에 사용될 수 있는 신체 임피던스(BioZ) 등 추가적인 생체 신호에 대한 측정 결과를 제공합니다.

구성 요소 - 이미터, 센서, AFE 및 관련 소자 - 를 혁신적인 제품 프로토타입에 사용하고 작동을 최적화하는 것은 집중적인 개발 작업입니다. 생체 신호 시스템 설계에 대한 ams OSRAM 전문가들의 지원은 매우 유용한 것으로 입증되었습니다.

ams OSRAM이 고객에게 제공하는 시연 설계에서 알 수 있듯이 우리는 SFH 7018, SFH 2202 및 AS7058과 같은 구성 요소가 함께 작동할 수 있도록 설계하여 독자적인 이점을 창출합니다. ams OSRAM 제품은 또한 심박수, SpO2 및 호흡수 측정을 위한 기성 알고리즘에 의해 지원됩니다.

ams OSRAM은 생체 신호 모니터링 제품 외에도 초정밀 디지털 온도 센서를 제공합니다. 1.5mm x 1.0mm WLCSP 패키지로 제공되는 AS6221은 매우 낮은 전력 소비를 제공하며 매우 정확하게 체온을 측정합니다. 그 정확도는 20°C와 42°C 사이에서 ±0.09°C로 의료 및 건강 모니터링 제품에 사용하기에 이상적입니다.