文章
日志
帖子
首页
论坛
博客
大讲堂
人才网
直播课
资讯
全部
通信/手机
综合电子
测试测量
半导体/EDA
微处理器
模拟/电源
可编程逻辑
嵌入式
汽车电子
医疗电子
工业电子
物联网
可穿戴
机器人/飞行器
其他科技
传感器/Mems
射频微波
人工智能
技术文章
全部
通信/手机
综合电子
测试测量
半导体/EDA
微处理器
模拟/电源
可编程逻辑
嵌入式
汽车电子
医疗电子
工业电子
物联网
可穿戴
机器人/飞行器
其他科技
传感器/Mems
射频微波
人工智能
频道
通信/手机
综合电子
测试测量
半导体/EDA
微处理器
模拟/电源
可编程逻辑
嵌入式
汽车电子
医疗电子
工业电子
物联网
可穿戴
机器人/飞行器
其他科技
传感器/Mems
射频微波
人工智能
登录
注册
创芯云服务 :
创芯大讲堂
|
创芯人才网 |
数字IC职业培训
EETOP诚邀线上IC培训讲师!
技术
>
模拟/电源
>
内容
生命体征监测技术:对人体实施状态监控
2020-12-01 10:07:00
来源:
ADI现场应用工程师 Cosimo Carriero
简介
生命体征监测已经超出医疗实践的范围,进入我们日常生活的多个领域。最初,生命体征监测是在严格的医疗监督下,在医院和诊所进行。微电子技术的进步降低了监控系统的成本,使这些技术在远程医疗、运动、健身和健康、工作场所安全等领域更加普及和普遍,在越来越关注自动驾驶的
汽车
市场也是如此。虽然实现了这些扩展,但是因为这些应用都与健康高度相关,所以仍然保持很高的质量标准。
生命体征
生命体征监测包括
测量
一系列能显示个人健康状况的生理参数。心率是最常见的参数之一,可以通过心电图来检测,心电图可以
测量
心跳的频率,最重要的是,可以
测量
心跳的变化。心率变化往往由活动引起。在睡眠或休息时,节奏较慢,但往往会随着身体活动、情绪反应、压力或焦虑等因素而加快。
心率超出正常范围可能表明存在诸如心动过缓(心率过低时)或心动过速(心率过高时)等疾病。呼吸是另一个关键生命体征。血液的氧合程度可以使用一种名为光电容积脉搏波(PPG)的技术进行
测量
。缺氧可能与影响呼吸系统的疾病发作或紊乱有关。其他能够反映个人身体状况的生命体征
测量
因素包括血压、体温和皮肤电导反应等。皮肤电导反应,又称皮肤电反应,与交感神经系统密切相关,反过来又会直接参与调解情绪性行为。
测量
皮肤电导率可以反映病人的压力、疲劳、精神状态和情绪化响应等状况。此外,通过
测量
身体成分、瘦体质量和脂肪体质量的百分比,以及水合作用和营养程度,可以清楚展现个人的临床状态。最后,
测量
运动和姿势可以提供有关受试者活动的有用信息。
图1.用于光学
测量
的信号链
测量
生命体征的技术
为了监测心率、呼吸、血压和温度、皮肤电导率和身体成分等生命体征,需要采用各种传感器,且解决方案必须紧凑、节能和可靠。生命体征监测包括:
光学
测量
生物电势
测量
阻抗
测量
使用
MEMS
传感器进行的
测量
图2.一个完整的生物电和生物阻抗
测量
系统
光学
测量
光学
测量
超越了标准的
半导体
技术。为了进行这种类型的
测量
,需要一个光学
测量
工具箱。图1所示为光学
测量
的典型信号链。需要使用光源(通常是LED)来生成光信号,它可能由不同的波长组成。几种波长组合在一起,可以实现更高的
测量
精度。还需要使用一系列硅或锗传感器(光电二极管)将光信号转化为电信号,也称为光电流。光电二极管在响应光源的波长时,必须具备足够的灵敏度和线性度。之后,光电流必须被放大和转换,因此需要高性能、节能、多通道模拟前端,以控制LED、放大和过滤模拟信号,并按照所需的分辨率和精度进行模数转换。
光学系统封装也具有重要作用。封装不仅是一个容器,还是包含一个或多个光学窗口的系统,可以过滤射出和射入的光,但不会产生过度的衰减或反射,从而损害信号的完整性。为了创建紧凑的多
芯片
系统,光学系统封装还必须包含多个器件,包括LED、光电二极管、模拟和数字处理
芯片
。最后,一种能够创建光学滤波器的涂层技术也是选择应用所需的光谱部分和消除不需要的信号所建议的。即使在阳光下,该应用也必须能正常运行。如果没有光学滤波器,信号的大小会使模拟链饱和,使得电子器件不能正常工作。
ADI公司提供一系列光电二极管和各种模拟前端,能够处理从光电二极管接收到的信号并控制LED。也提供完整的光学系统,它将LED、光电二极管和前端集成到一个器件中,例如ADPD188。
生物电势和生物阻抗
测量
生物电势是一种电信号,由我们体内的电化学活动的效应引起。生物电势
测量
示例包括心电图(ECG)和脑电图。它们在存在多项干扰的频段中,检查极低幅度的信号。因此,在对信号进行处理之前,必须对其进行放大和滤波。ECG生物电势
测量
广泛用于生命体征监测,ADI公司提供多种组件来执行此任务,包括AD8233、ADAS1000
芯片
系列。
AD8233专为可穿戴应用设计,可与ADuCM3029(基于Cortex®-M3的片上系统(SoC))相结合,创建一个完整的系统。此外,ADAS1000系列专为高端应用而设计,具有低能耗高性能的优点,特别适合由电池供电的便携式设备,且功率和噪音可扩展(即,噪声水平可以随着功耗的增加成比例降低),是非常适合clinical级别的应用的出色集成解决方案。
生物阻抗是另一种
测量
方法,可以提供有关身体状态的有用信息。阻抗
测量
提供有关电化学活动、身体成分和水合状态的信息。
测量
每个参数需要使用不同的
测量
技术。每种
测量
技术所需的电极数量,以及应用该技术的时间点都因使用的频率范围而异。
例如,在
测量
皮肤阻抗时使用低频率(高达200 Hz),而在
测量
人体成分时,通常使用50 kHz固定频率。同样,为了
测量
水合作用,并正确地评估细胞内和细胞外的液体,会使用不同的频率。
虽然技术可能不同,但可以使用一个单端AD5940来实施所有生物阻抗和阻抗
测量
。此器件提供激励信号和完整的阻抗
测量
链,可生成不同的频率来满足多种
测量
要求。此外,AD5940专用于和AD8233配合使用,用于创建一个全面的生物阻抗和生物电势读取系统,如图2所示。其他用于阻抗
测量
的器件包括ADuCM35x系列SoC解决方案。除了专用的模拟前端之外,该解决方案还提供Cortex-M3微控制器、内存、硬件加速器和用于电化学传感器和生物传感器的通信外设。
使用
MEMS
传感器进行的运动
测量
由于
MEMS
传感器可以检测重力加速度,所以它们可用于检测活动和异常,如不稳定的步态、跌倒或脑震荡,甚至是在受试者休息时监测其姿势。此外,
MEMS
传感器还可作为光学传感器的补充,因为后者易受移动伪影影响;当这种情况发生时,可以使用加速度计提供的信息来进行校正。ADXL362是医疗领域的热门器件之一,也是目前市场上能耗最低的三轴加速度计。它具有2
g
至8
g
的可编程
测量
范围和数字输出。
图3.ADPD4000用于实施光电、生物电势、生物阻抗和温度
测量
ADPD4000:通用模拟前端
目前市面上提供的可穿戴设备(例如智能手环和智能手表)都提供多种生命体征监测功能。其中最常见的是心率监护仪、计步器和卡路里计算器。此外,还经常
测量
血压和体温、皮肤电活动、血容量变化(通过光电容积脉搏波),以及其他指标。随着监测选项的数目增加,对高度集成的电子组件的需求也不断增加。ADPD4000采用极为灵活的架构,旨在帮助设计人员满足此需求。除了提供生物电势和生物阻抗读数外,它还可以管理光电式
测量
前端、引导LED和读取光电二极管。ADPD4000配有一个用于补偿的温度传感器和一个开关矩阵,可以引导所需的输出和获取信号,无论是单端信号或差分电压信号均可。输出可以选择,可以是单端输出或差分输出,具体由ADPD4000要连接的ADC的输入要求决定。该器件可以编程采用12个不同的时间带,每个专用于处理特定的传感器。图3总结了在几种典型应用中ADPD4000的关键特性。
结论
随着科技进步,生命体征监测在各行各业,以及在我们的日常生活中都变得越来越普遍。无论是用于治疗还是预防,这种与健康有关的解决方案都需要采用可靠有效的技术。设计生命体征监测系统的人员将能够在ADI专用于实施信号处理的大量产品系列中找到一系列解决方案来应对他们面临的设计挑战。
作者简介
Cosimo Carriero于2006年加入ADI公司,担任现场应用工程师,为战略和关键客户提供技术支持。他拥有意大利米兰Università degli Studi的物理学硕士学位。他过去的经历包括:在意大利国家核物理研究所定义和开发核物理实验仪器,与小公司合作开发工厂自动化传感器和系统,以及在泰雷兹阿莱尼亚宇航公司担任卫星
电源
管理系统高级设计工程师。
关键词:
EETOP 官方微信
创芯大讲堂 在线教育
创芯老字号 半导体快讯
相关文章
上一篇:
Dialog半导体公司成为AST & Science
下一篇:
70 GHz、线性dB RMS功率检波器
全部评论
最新资讯
最热资讯
自主瓶颈巨大:俄罗斯芯片一半次品!
美国即将披露中国先进芯片厂名单
中国闪存突破!“廉价”QLC性能追平TLC
中芯国际2023年获利大幅下滑50.4%,2024
光刻机龙头ASML要走 荷兰出手送大招:预留
罗克韦尔自动化携手英伟达 拓宽 AI 在制
新型的FPGA器件将支持多样化AI/ML创新进程
东芝推出带有嵌入式微控制器的SmartMCD™系
成本数倍成长,讲好的补贴不给!台积电遭遇
IAR率先支持瑞萨首款通用RISC-V MCU,树立
最新Omdia研究显示,2023年半导体市场收入
Melexis推出动态RGB-LED应用新型开发方案
Melexis推出动态RGB-LED应用新型开发方案
高通、英特尔、Google 组队打Nvidia!拟靠oneAPI推翻CUDA势力
苹果花更多钱回购股票而非研发,被美国司法部列为“缺乏竞争”的证据
第四次工业革命大幕速起,实现伟大复兴要严防对海外人工智能技术的三大依赖
国际半导体产业协会预估台积电、英特尔年内建成 2nm 晶圆厂
建设高端半导体装备,SRII赋能新一代集成电路制造
高通推出两款下一代音频平台,面向高端和中端层级耳塞、耳机和音箱提升无线音频体验
Vicor的48V供电架构可以支持12V系统
总投资630亿!京东方国内首条 8.6 代 AMOLED 生产线奠基
全栈式持续助力新能源车电力创新,泰克参加ATC汽车测试技术周
手把手教你制作高速吹风机
英飞凌参加2024年美国国际电力电子应用展览会, 以丰富的功率解决方案组合推动低碳化和数字化进程
业界最热文章
一文带你了解降压型稳压芯片原理
理解ADC微分非线性(DNL)误差
VCO压控振荡器的原理、选型和应用
德州仪器全新产品系列不断突破电源设计极
干货!高速串行Serdes均衡之FFE
关于阻抗匹配,这篇讲的太透彻了!顺带还
LDO基础知识:噪声
什么是抖动?利用抖动消除ADC量化误差
英飞凌推出新一代碳化硅技术CoolSiC™ M
采用两步式ADC 提高 ADC 分辨率与精度
了解 ADC 积分非线性(INL)误差
电动汽车无线电池管理革命已经开始,投资
EV 电池设计创新:扩大续航里程、延长电
ADI热电偶测量方案
安森美调整事业部结构以扩大产品组合并加
英飞凌推出高密度功率模块,为AI数据中心
英飞凌携手Worksport利用氮化镓降低便携
技术文章:采样保持放大器
业界首创:可定制的12位 SAR ADC
SPI接口简介
ET创芯网(EETOP)-电子设计论坛、博客、超人气的电子工程师资料分享平台
论坛
博客
大讲堂
人才网
直播课
关于我们
联系我们
隐私声明
@2003-2024 EETOP
京ICP备10050787号
京公网安备:11010502037710
×