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四项生命体征检测,可穿戴设备实现从“消费级”到“医疗级”的飞跃

时间:2021-09-24 作者:邵乐峰 阅读:
作为可穿戴医疗健康和远程病人监护技术领域的引领者之一,Maxim Integrated(现已并入Analog Devices)日前宣布推出三系统生命体征模拟前端(AFE)MAX86178,以及单电感多输出(SIMO)电源管理IC MAX77659,再次为医疗可穿戴设备树立了行业标杆。
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市场研究公司Yole Developpement 2020年发表的报告显示,医疗健康可穿戴产品的市场规模预计将从2019年的3.47亿件持续增长到2025年的7.54亿件,年复合增长率达到14%,主要驱动力来自医疗类穿戴和消费类穿戴两大市场对多项关键生命体征监测的需求。

“传统的医疗健康护理一直集中在特定的医疗机构,病患必须去到这些场所才能获取相关的监测或者治疗,这种模式意味着远距离的交通行程,以及给日常生活和工作带来的不便,而以远程医疗监护为代表的去中心化医疗平台则能够以更低成本收获更好结果。” Maxim Integrated(现已并入Analog Devices)工业与医疗健康事业部医疗健康产品线总经理ANDREW BAKER列举了远程医疗监护具备的几大核心优势,包括便利性、大幅降低医疗成本、有效的早期检测、以及数据分析与医学研究融合之后对医疗领域创新的推动。 

房颤(AFib)就是预防性监护的应用之一。作为最常见的心率不齐症状,房颤会让患者中风的风险提高5倍,如果能够做到早发现、早治疗,此类疾病甚至可以完全治愈。但令人感到棘手的,是几乎50%的房颤人群是无症状的,导致早期确诊比较困难。广泛筛查是针对上述无症状人群的唯一检测方法,一些消费类产品和处方器材都可以做到房颤的早期发现,检测结果也得到了临床认可。

体戴式医疗贴片是预防性监护的另一个应用案例。它能检测多种类型的心率失常疾病,能为病患连续且长时间的测量多种关键生命体征,从而允许医生可以根据需要实时远程的去监测和了解病患的身体状态。

  • MAX86178

作为可穿戴医疗健康和远程病人监护技术领域的引领者之一,Maxim Integrated日前宣布推出MAX86178三系统生命体征模拟前端(AFE),一片即可测量四项生命体征信号,简化了可穿戴远程病人监测(RPM)设备的设计。与传统分立式方案相比,新方案尺寸缩小了30%;与上一代模拟前端MAX86176相比,在测量心率和SpO2的光学PPG子系统、单导联ECG子系统基础上,新增了测量呼吸率的生物电势和生物阻抗(BioZ)子系统。

如上文所述,MAX86178在2.6mm x 2.8mm的封装内集成了PPG、ECG和BioZ三种测量系统,可获取四项常见生命体征:心电图(ECG或EKG)、心率(ECG或光学PPG)、血氧饱和度(SpO2)和呼吸率(采用BioZ)。此外,MAX86178还支持光学PPG和ECG同步定时,帮助测量衍生健康指标。 

考虑到下一代可穿戴PRM需要工作在较低功耗,以支持使用更小的电池或延长电池寿命,满足更方便的充电要求。为了支持超低功耗特性,MAX86178还为每个子系统提供了可配置的选项,以优化具体应用场景下的电池寿命。同时,ADI还提供MAX20343升/降压调节器,以及MAX20360电源管理IC作为MAX86178的电源优化方案。

远程监测贴片系统框图

Andrew Baker认为,可穿戴医疗设备的长期佩戴对很多慢性病的监测非常有帮助,成本低,效果好,用户的接受度也高。它提供的实时测量数据以及历史数据在医疗数据分析中至关重要,进而可以转化为具体有用的可执行结论,让每一个个体在自己的潜在健康问题累计发展成慢性病之前,清楚的认识到这些健康风险。如果能将现在的测量方式从现在需要病人主动配合,变成更多无感知的被动式测量,就能够更好的增加用户黏性。

  • MAX77659

与MAX86178同步推出的,还有单电感多输出(SIMO)电源管理IC MAX77659。根据Maxim Integrated电池电源方案事业部多功能电源产品线执行总监KARTHI GOPALAN的介绍,MAX77659集成开关模式升/降压充电器,将可穿戴和耳戴式设备充电的速度提高4倍,只需充电10分钟即可为可穿戴、耳戴式和物联网(IoT)设备提供超过4小时的续航时间,而传统方案在充电后只能提供1.5小时续航时间。

MAX77659采用微小尺寸30焊球晶圆级封装(WLP),尺寸为2.55 mm x 2.37mm。单电感的采用和集成式充电器将材料清单减少60%,方案总尺寸仅为22mm2,减小50%。

MAX77659 SIMO PMIC集成开关模式升/降压充电器,提供三个独立可编程升/降压调节器,共享同一个电感,最大程度减小方案总尺寸。调节器在中、高负载条件下的效率高达91%,轻载条件下的静态电流仅为5µA,从而有效延长电池寿命。MAX77659 SIMO PMIC支持自主裕量控制,最大程度降低压降从而减少热损耗,同时为调节充电电流提供足够裕量。  

“随着由电池供电的便携式诊断仪器不断涌现,对于电源管理和生物传感器协同工作的创新成为了电源系统设计师必须要考虑的一个课题。这意味着设计人员要在不牺牲传感器信号精确度的情况下,实现最少的功耗和最小的外形尺寸。”KARTHI GOPALAN认为,未来,面对以患者为中心的卫生系统时代,面对护理系统从碎片化向更智能、更快捷医疗保障系统转变的大趋势,如何确保舒适性、测量精度、电池寿命、充电时间和全方位数据,正成为推广可穿戴设备所面临的挑战。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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