可穿戴设备的生命体征监测

您的静息心率是多少,您的血压是否在正常范围内?

生命体征传感器从未如此智能、准确和易得。如今,这些传感器已经广泛应用于可穿戴健身追踪器、手表,并扩展至智能手机、耳机、戒指,甚至贴身贴片。

消费者为了优化健康、健身和生活方式,使用这些产品监测血氧、心率、睡眠时间、呼吸频率、身体成分、心脏疾病和皮肤温度等不断增多的参数。

医生和患者使用医疗级可穿戴传感器,持续而便利地监测医疗状况和治疗进展,提供更个性化、更高效的治疗,改善临床结果。

艾迈斯欧司朗的独到之处在于可提供发光二极管、光电二极管、光学前端、模拟前端集成电路和温度传感器完整组合,实现上述所有测量。我们为设计人员提供支持,使其在产品中迅速实现完整、高性能、低功耗、小尺寸设计的生命体征监测解决方案。

×

一站式提供所有关键组件 

光学生命体征监测首先测量光电容积描记(PPG)信号。LED发射光进入皮肤,相邻的光电二极管检测由血流变化引起的光吸收变化。通过捕获多个波长的PPG,进一步推导出血液参数,如氧合指数。然后,应用算法从PPG信号中推导出关键生命体征,如心率(HRM)、心率变异性(HRV)和血氧饱和度(SpO2)。

电生命体征监测通过与皮肤接触的电极放大微小的电压和阻抗变化,推导出心电图(ECG)、皮肤电反应(GSR)和生物阻抗(Bio-Z)等信号。

温度测量可以进一步用于推导核心体温。

将所有这些传感器数据汇总,使用先进的算法推导出更多指标,如血压、呼吸率、最大摄氧量(VO2 max)等生物标志物、静息心率,或提供其他信息,如生育能力、身体成分和恢复速度。

×

光学前端(OFE)模组

放置LED和光电二极管以获得高质量且可靠的PPG信号并不容易。必须将其与皮肤的光学耦合最大化,同时尽量减少直接串扰,防止环境光泄漏。高端产品可能会部署多个LED、光电二极管和波长,尽量减少用户运动的影响,并获得更高级别的信号。

艾迈斯欧司朗的光学前端模组集成了高性能的LED光电二极管。优化元件放置,强化信号强度,并保持适当的光学隔离,可将其直接放入与皮肤接触的产品中。

使用这些光学前端,设计人员可在获得高性能PPG测量结果的同时,最大程度简化设计和制造过程。

模拟前端(AFE)

我们最先进的模拟前端集成电路包括单芯片解决方案,直接从LED、光电二极管和皮肤电极中获取高质量的数字PPG、心电图和生物阻抗测量数据。 

集成的功能包括LED驱动器、光电二极管读数、电信号放大器、在连续测量脉冲之间进行排序、模数转换和信号处理。通过SPI/I2C向处理器提供配置和数字信号读取。

我们的模拟前端专为超高信噪比进行了优化,并提供许多提高信号质量的方案。模拟前端进一步针对低功耗进行了优化,并采用小尺寸和低高度的封装设计。

这使得设计人员能够开发出性能优越、尺寸小巧、续航持久的健康和体能监测器。例如,耳机、健身手环、智能手表、运动手表和智能贴片。

发光二极管(LED)

LED专门设计用于功耗受限应用的生命体征监测。我们提供绿色、红色、红外线和所有相关波长的LED。这些LED转换效率高,正向电压低,可最大限度降低所需的驱动电流,使设计人员能够最大程度延长可穿戴产品的电池寿命。

光电二极管(光传感器)

光电二极管针对高性能PPG测量进行了优化。相比当今市场上标准光电二极管,我们的最新芯片LED和TOPLED D光电二极管灵敏度和线性度更高。此外,封装经过优化,可最大程度增加封装尺寸内的感光面积,并尽可能减少视觉干扰元素,有助于整体美学集成。


这使得设计人员能够设计出优质产品,在具有挑战性的环境光条件下提供更准确可靠的测量结果。

数字温度传感器

艾迈斯欧司朗提供全球最精准的数字温度传感器AS6221经过出厂校准,开箱即可在I2C上提供±0.09°的精度,无需校准或线性化。在同类产品中,该产品功耗最低,并采用紧凑的晶圆级芯片尺寸封装,非常适用于可穿戴的生命体征监测器。

体温是一项重要的生命体征,有多种应用场景,如生育能力追踪。然而,这需要将集成电路与皮肤进行密切的热耦合,这个过程将对封装施加机械应力。在同类产品中,AS6221具有最佳的机械应力耐受性,使设计人员能够在各种机械配置中实现可靠的高精度皮肤温度测量。阅读有关AS6221的新闻报道。

HRM、SpO2和呼吸率的算法

艾迈斯欧司朗提供用于测量心率(HRM)、血氧(SpO2)和呼吸率的算法。这些算法经过专门优化,可与我们的LED、PD和AFE输出的PPG数据配合使用,并根据CTA和IEC标准进行验证,使设计人员能够快速创建完整且高性能的生命体征监测解决方案。

注册获取我们关于移动和可穿戴设备生命体征监测的白皮书(英文版)

表单加载