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健康至上!智能穿戴贴身照护

时间:2018-02-18 08:34来源:COMPOTECHChina 作者:任苙萍 点击:
为什么需要穿戴设备?或许,生活环境的恶化与养生保健意识的抬头功不可没。亚德诺半导体 (ADI) 亚太区医疗行业市场经理王胜援引 BTC 调查资料指出,逾 80% 消费者认为穿戴式科技的作用之一,是让医疗保健变得更加便利。
 
ADI 主张,在新兴的穿戴设备应用领域,"运动"和"健康"取向的手表、手环产品将成为穿戴式电子产品成长的主要动能,业界关注的焦点在于:
●它是电子设备市场的新成长点;
●持续增加并完善健康保健类功能,部分性能甚至达到、或通过医疗级标准;
●高整合度、小体积、低功耗及低成本的传感器益发关键;
●后台资料的分析处理并回馈到终端使用者的工作环节,是吸引使用者持续捧场的必经之路。


照片人物:ADI 亚太区医疗行业市场经理王胜
 
穿戴设备样貌多元,脑电监测备受瞩目
王胜提到,现阶段运动相关的感测及计量虽相对成熟,但对于运动状态下,如何快速、精准监测生命体征信号还有改善空间,这将催生、提升传感器及信号处理的技术进展;例如,以光电测量心率、血氧含量及其他健康指数,需要更新颖的光电传感器及对应的系统级数据处理技术,包括常态运动的持续准确测量以及采集数据的后台融合、分析使用等。除了手表、手环产品不断推陈出新,有越来越多的健康类穿戴产品已在鞋、帽和眼镜出现;而穿戴式的"脑电产品"亦将问市,例如,睡眠监测将更加准确科学、对外界环境变化的反应将被监测或量化。
 
带有脑电监测的耳机,可监测对某种音乐的不同反应等,据以开发非常有趣的应用;配饰类的智能化产品也使得穿戴式家族的产品更加丰富、环境类的监测功能可望继之而起。此外,大数据在智能穿戴式应用——尤其是"疾病预防"及"慢性病监测"居功厥伟;例如,生活方式和健康状况的关系演变、特定体征信号的自身特点及变化轨迹、疾病的内在联系和规律总结,以及对特定人群健康数据的采集和追踪、甚至某些疾病的诊断等。上述都是应用大数据技术并结合智能设备 (或传感器) 的典型应用场景,仅依赖现有产品技术和应用型态很难完成。
 
大数据技术和手段的融合会大幅完善、加速健康管理和处理的步伐。整体而言,穿戴设备的趋势演变有三个阶段:
1. 具备基本的健康和运动监测功能。然而,经过这些年发展,第一阶段已不能满足用户对设备的更多功能需求;例如,人们会进一步希望知道跑步一公里 vs. 五公里,身体会出现哪些不同变化?经过一段时间的运动锻练,心率、血压、体脂等其他综合生理指标又发生哪些变化?
2. 用户自身健康数据将得到更全面的采集处理,并附加环境数据。两者融合可产生更多有用的数据和判断回馈给用户,很多企业已开始预研这些产品和技术,进一步提升穿戴式的实用性和用户黏着度。
3. 增加对智能家庭、智能汽车和人工智能 (AI) 的支援。穿戴设备的终极形式是作为 AI 的感知接口、将人和周围设备建立更加智能联系的桥梁,如此,才能真正实现无感式的采集、处理和控制,进一步改变日常行为。类似的应用场景将无处不在。
 

图1:穿戴设备发展趋势和演变的三个阶段
资料来源:ADI 提供
 
DSP、电源管理、传感器与模拟前端,体现产品价值
从生态系的建立和完善角度来看,业界发展主轴有二:一是硬件设备不断创新更全面而丰富的功能和性能,二是基于硬件终端的不断提升以及后台数据的深度挖掘和分析,进而提供更有价值的数据服务。除了消费类穿戴设备的蓬勃,在穿戴式医疗级监护仪器及心电设备、专业心电贴等领域亦方兴未艾;这些都是开发者可多关注的产品定位及设计考虑。王胜表示,ADI 在完成第一阶段的心率监测、运动感测功能后,目前重点是如何将更多技术进行衍生、使设备同时达到更多功能采集、提升用户整体使用体验。
 
王胜介绍,ADI 在医院用及家用可携式健康穿戴式领域有一系列创新产品和解决方案——支持多种可携式医疗保健领域的高精度、低功耗片上计量仪 ADuCM350,已获多家国际大厂青睐。ADI 含语音信号在内的高性能数字信号处理器 (DSP),以及 ADP150、ADP160 等线性电压稳压器等高效能电源产品,可满足不同智能穿戴所需;并购凌力尔特 (Linear Technology) 后,阵容更形坚强。另一方面,运动传感器 (Motion Sensor) 与多项模拟前端 (AFE) 器件正当红——超低功耗三轴数位微机电 (MEMS) 的 ADXL362,唤醒模式功耗仅有 300 nA。
 
AD8232/3 则是专为简易型心电图 (ECG) 信号处理要求而设计的低功耗、单导联、心率监护仪 AFE。与坊间常见的拓扑结构不同,AD8233 高度灵活的模拟滤波配置采用"双极高通滤波器",结合芯片内部的仪表放大器架构、不需额外增益放大器,即可采用多极低通滤波技术消除线路噪声和其他干扰,并提供在关断 (shutdown) 模式下的导联脱落监测功能,为设计人员提供灵活性;另一款高整合度的 AFE 芯片 ADAS1000,更可提供高质量的"多导联"心电、呼吸/心律调节器 (起搏器) 感测及其他功能,是高性能"诊断级 ECG 监测"的首选方案。
 

图2:高性能诊断级 ECG 监测首选——ADAS1000 模拟前端区块图
资料来源:ADI 提供
 
光电测量应用广,干扰抑制学问大
ADI 技术实力的另一个展现代表是当下很热门的"光电测量"——ADPD1XX 系列整合光电测量模块。ADPD142、APD153、ADPD144 和 ADPD174 据悉是现今市面上整合度最高:Photodiode+LED+AFE+LED 驱动+环境光抑制等,输出就是 I2C 数值,且可兼顾体积与功耗做灵活配置的可大量出货方案。特别一提的是,ADPD174 为整合 LED、光电二极管 (PD) 和 AFE 电路的光电测量模块,可用于穿戴产品的光体积变化描记图 (Photoplethysmography, PPG) 信号的采集等。在光电测量技术中,如何抑制内部反射光与外部环境光 (降低干扰) 十分重要。

图3:ADPD174 解决光电测量中光路结构优化难题
资料来源:ADI 提供
 
"单是应对抑制这一点,业界就花了一、两年时间才解决。对于这类业界痛点,设计和实现才是关键,而这正是 ADI 技术始终关注的差异化方向",王胜强调。ADPD174GGI 可大幅简化系统级光学结构设计的挑战,保证最终产品的一致性和生产环节的成本和效率,同样已获全球知名穿戴式厂商认可,且已大量出货。在光电法测量生理体征信号方面,ADI 的 ADPD 系列传感器及信号处理方案,亦正被重量级品牌客户采用。ADI 预告,2018 年还将继续在光电测量应用中推出能协助解决客户"深层次系统级设计挑战"的明星产品。
 
王胜重申,基于以上对穿戴产品趋势判断、迄今取得的市场成绩,加上与业界领导厂商互动过程中,ADI 坚信"健康功能"必是穿戴产品发展的驱动力,也是 ADI 专注的重心所在;在硬件传感器和电路不断创新的同时,不忘进一步加强、完善软件及算法的开发投入,为市场和客户提供全方位的价值服务。
 

图4:ADI 针对移动穿戴式应用的完整系统级解决方案
资料来源:ADI 提供
 
(责任编辑:jane)
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