融合中國古老文化與民族智慧的《黃帝內經》在今天看來依然不過時，甚至為現代醫學也提供了重要的指導思想，其“治未病”的理念在今天養生理論與醫學看來極具超越時代的精神。《素問·四氣調神大論》:“是故圣人不治已病治未病,不治已亂治未亂,此之謂也。”放在今天來看，其跨越兩千年時空的科學精神不得不讓人感嘆。今天，人們正在以各種方式“治未病”——而能實現7*24小時生命體征監測的可穿戴意義正在于此。

可穿戴產品正在向多參數、差異化、精真的方向發展，用戶已不再滿足于傳統的計步、睡眠分析、心率監測，而大家越來越關注我們的體脂率、情緒、以及連續血壓監測等等，這些功能也是呼之欲出。針對于可穿戴市場產品，我們看到有兩個主要的市場發展趨勢：其一是院內的診斷級的產品正在積極地尋求走向院外；院外傳統可穿戴產品也在由關注傳統的健康與娛樂向診斷級方向發展，然后它們交匯在診斷級和院外這一點上。這種趨勢從ADI公司兩款高集成度AFE（模擬前端）就可以看出。

支持四種生命體征測試功能的信號采集系統AFE MAX86178

為了滿足可穿戴市場對模擬/電源產品的更高性能的要求，近日ADI就為市場帶來了一款突破性的新產品——MAX86178（原美信旗下產品，美信公司已并入ADI），是臨床級的模擬前端，集成了光學、心電和生物阻抗(BioZ)三大完整的測量系統，支持四種生命體征測試功能——ECG、心率、血氧飽和度和呼吸率，滿足可穿戴監護儀對于小型化的需求，可應用于包括心律失常監護貼片、新冠檢測貼片、一次性心電圖監測器、可穿戴傳染病監護、可穿戴患者監護儀等廣泛場景中。

三大完整的測量系統同芯片集成的同時，還滿足高性能要求：ECG（心電圖）模擬前端（AFE）可以做到臨床等級的ECG測量，滿足IEC60601-2-47的醫療標準，即移動式ECG監測的一個標準；PPG（光電容積圖）可以做到臨床等級的血氧檢測，性能可達113 dB信噪比；BioZ(生物阻抗)，使得設計靈活的生物阻抗配置可以支持多種動能的測量，包括ICG、BIA、BIS、GSR/EDA監測。

為此，基于MAX86178的多功能可以使顯著加速多項生命體征檢測系統設計，與傳統分立方案相比，MAX86178的解決方案尺寸可以更小，而且采集信號可以實現和光學PPG和心電ECG系統的同步。相比之前一代產品MAX86176，前者是PPG和ECG二合一功能的模擬前端，與后者最大的區別在于后者里新加了生物電阻抗（BioZ）的測量，可以做到更多的BioZ生物阻抗的頻幅掃描，或者EDA等應用。此外，MAX86178方案對于ECG和PPG也有一定的改進，ECG更適合于干電極的應用，PPG在信噪比上也有一些提升。

可穿戴健康傳感器“樞紐”，多模式傳感器前端ADPD4100

ADPD4100／ADPD4101是可穿戴健康和健身設備中各種電氣和光學傳感器的“樞紐”，適用于心率和心率變異性（HRV）監測、血壓估計、壓力和睡眠跟蹤以及SpO2測量。這種新型多參數VSM AFE的多種工作模式可以容納醫療健康應用中的不同傳感器測量，包括但不限于光電容積脈搏波描記（PPG）、心電圖（ECG）、皮膚電活動（EDA）、身體成分、呼吸、溫度和環境光測量。

光電容積脈搏波描記。PPG測量可檢測與每個心動周期相關的組織微血管床的血容量變化。光的總吸收與心臟收縮和舒張事件引起的血容量變化相關聯，產生PPG信號。PPG測量按如下方式進行：將LED光脈沖射入人體組織，然后用光電二極管收集反射／透射的光，并將光轉換為光電流。ADPD4100處理和測量光電流，并產生數字PPG信號。針對不同的PPG測量情況，無需對硬件連接進行任何更改便可靈活地將該AFE配置為四種工作模式之一：連續連接模式、多次積分模式、浮空模式和數字積分模式。

脈搏血氧測定。脈搏血氧測定使用紅光（通常為660 nm波長）和紅外（IR） LED（通常為940 nm波長）。脫氧血紅蛋白主要吸收660 nm波長的光，而氧合血紅蛋白主要吸收940 nm波長的光。光電二極管感知未被吸收的光，然后將感知到的信號分為直流分量和交流分量。直流分量代表組織、靜脈血和非搏動性動脈血引起的光吸收。交流分量代表搏動性動脈血。可將ADPD4100的任意兩個時隙配置為測量對紅光和IR LED的響應，從而測量SpO2。其余時隙可以配置為測量來自不同波長LED的PPG，并且還可以支持ECG測量、導聯脫落檢測、呼吸測量及其他傳感器測量。

心率監測。心率監測一般首選波長約為540 nm的綠光LED。它的調制指數高于紅光或IR LED，因而能產生最佳PPG信號。它還提供不錯的CTR水平，因此功耗不會太高。AC SNR是一個關系信號質量的參數，可以通過DC SNR乘以調制指數來計算。例如，調制指數為1％時，95 dB DC SNR相當于55 dB AC SNR。

ECG測量。ECG測量已納入可穿戴設備中，例如用于抽檢的手表和用于連續監測的胸貼。此類設備通常使用由金屬和其他導電材料制成的電極，這些電極屬于極化電極，被稱為干電極。使用干電極進行ECG測量的主要挑戰是電極－皮膚接觸阻抗很高且過電勢相對較高。

當應用于ECG測量時，ADPD4100采用一種新穎的方法，即使用無源電阻電容（RC）電路來跟蹤一對電極上的差分電壓。無源RC電路可以簡單到只有三個元件，即兩個電阻RS和一個電容CS，如圖3a所示。對ECG數據的每次采樣過程分為兩步。

基于阻抗的呼吸測量。使用ADPD4100進行呼吸測量時，檢測的是吸氣和呼氣周期中肺的生物阻抗變化。當患者呼吸時，肺的容積會膨脹和收縮，導致胸部阻抗發生變化。通過將電流注入胸部路徑并測量壓降，可以測量該阻抗變化。

本文小結：

過去十年見證了手機、可穿戴設備和數字健康領域的巨大進步。尤其是隨著電子技術的不斷發展以及云計算、人工智能、物聯網和5G等技術的新突破，數字醫療健康得到了迅速擴張和采用。人們對健康的認識日益提高引發了對小型但高精度設備的需求，這些設備應能測量各種生命體征和健康指標，例如體溫、心率、呼吸頻率、血氧飽和度、血壓和身體成分。在這種小型設備上增加多種檢測功能存在著挑戰，因為其需要更小的外形尺寸、更低的功耗以及性能顯著改善的多參數功能。但是，現在可以通過單一模擬前端（AFE）解決方案來應對這些挑戰。像ADPD4100和MAX86178這種新型AFE可以用作多參數生命體征監測中心，支持同步測量。它具有低噪聲、高信噪比、小尺寸和低功耗等特性，可以顯著改善醫療設備，尤其是可穿戴技術。