【導讀】從手環、智能手表到TWSerji，kechuandaishebeishichangzongyoubaokuanchuxian，congershichangreduchixugaozhang。muqian
，kechuandaishebeidenianchuhuoliangyichaoguogerendiannao
，chengweiyuanqijianchangshangbixuyaozhongshideyingyongfangxiangzhiyi，qizhongyiliaojiankanggengyichengweikechuandaichanpindezhudagongneng，jushichangyanjiujigouYole的統計數字顯示，2019年全球可穿戴醫療健康產品出貨量達到3.47億件，該機構預測，到2025年可穿戴醫療健康產品出貨量有望超過7.5億件，比2019年翻倍。

進入2022年
，傳感器與芯片的小型化與多功能集成，將進一步增加可穿戴設備的便攜性


，或改善可穿戴設備的持續續航時間；智能可穿戴設備與智能家電等手機之外其他設備的互動性將進一步加強；操控方式將更加多元化，手勢操控功能等將被智能可穿戴設備采用；獨立通信功能將逐漸成為智能手表標配。總之，可穿戴設備將向著功能更豐富、形態更多樣
、指標更精準、續航時間更長等方向發展，在社交網絡、醫療健康、導航、商務和新媒體等眾多領域發揮更大的作用。

可穿戴設備數據可被醫學臨床接受

當前，可穿戴設備的運動記錄、健身指導等運動健康功能已經被普遍接受，例如常見的手環與手表產品，都具備測量心率、步頻等指標的功能，但這些數據通常不能用於臨床。隨著技術進步，更多醫療級監測功能正在被加入到可穿戴設備中，例如對血壓、血氧和心電圖的測量，這些醫療級功能的實現
，標誌著可穿戴設備開始為醫生臨床診療提供可參考的數據來源。

自2019年(nian)新(xin)冠(guan)疫(yi)情(qing)爆(bao)發(fa)以(yi)來(lai)，全(quan)球(qiu)各(ge)地(di)先(xian)後(hou)出(chu)現(xian)醫(yi)療(liao)資(zi)源(yuan)緊(jin)張(zhang)的(de)情(qing)況(kuang)，去(qu)醫(yi)院(yuan)的(de)流(liu)程(cheng)也(ye)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)繁(fan)瑣(suo)，因(yin)而(er)居(ju)家(jia)醫(yi)療(liao)監(jian)護(hu)設(she)備(bei)受(shou)到(dao)市(shi)場(chang)歡(huan)迎(ying)，利(li)用(yong)可(ke)穿(chuan)戴(dai)醫(yi)護(hu)設(she)備(bei)，患(huan)者(zhe)可(ke)以(yi)監(jian)控(kong)自(zi)己(ji)的(de)體(ti)溫(wen)、血氧、心率和呼吸

，並可將數據定期傳送給指定醫院
，從而完成預測篩查、發病檢測
、在家監護等功能
，為患者提供了省時
、便bian捷jie又you省sheng錢qian的de醫yi療liao監jian測ce方fang案an。智zhi能neng穿chuan戴dai設she備bei的de特te點dian是shi可ke檢jian測ce的de數shu據ju越yue多duo越yue能neng為wei用yong戶hu帶dai來lai價jia值zhi
，所suo以yi即ji便bian將jiang來lai恢hui複fu正zheng常chang生sheng活huo秩zhi序xu

，可ke穿chuan戴dai醫yi療liao設she備bei也ye將jiang發fa揮hui越yue來lai越yue重zhong要yao的de作zuo用yong。

可穿戴設備可隨身攜帶的特點有利於對無需臥床的患者身體狀況進行長期監測
，這對慢性阻塞性肺疾病、房顫、阻塞性睡眠窒息症等有一定致命風險的慢性病管理大有幫助。

圖1：遠程病人監護應用案例

（圖源：ADI）

房顫篩查（AFib）就是可穿戴心電設備醫療應用的一個典型案例。心房顫動（簡稱房顫）是極為常見的持續性心律失常

，房顫時心房以遠高於正常心跳的節奏不規則跳動，心房失去了協調有效的收縮和舒張，易引發心力衰竭、腦梗塞
，甚至會導致猝死
，一旦患上房顫，中風的風險會比正常人高五倍。但如果能夠早發現、早(zao)治(zhi)療(liao)
，可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)地(di)控(kong)製(zhi)房(fang)顫(chan)影(ying)響(xiang)，甚(shen)至(zhi)痊(quan)愈(yu)。但(dan)發(fa)現(xian)房(fang)顫(chan)的(de)主(zhu)要(yao)困(kun)難(nan)是(shi)部(bu)分(fen)患(huan)者(zhe)在(zai)房(fang)顫(chan)未(wei)發(fa)生(sheng)的(de)時(shi)候(hou)沒(mei)有(you)任(ren)何(he)症(zheng)狀(zhuang)，這(zhe)部(bu)分(fen)患(huan)者(zhe)占(zhan)比(bi)約(yue)一(yi)半(ban)，針(zhen)對(dui)房(fang)顫(chan)無(wu)症(zheng)狀(zhuang)人(ren)群(qun)，廣(guang)泛(fan)篩(shai)查(zha)是(shi)唯(wei)一(yi)可(ke)信(xin)賴(lai)的(de)方(fang)法(fa)
，現(xian)在(zai)心(xin)電(dian)貼(tie)等(deng)消(xiao)費(fei)級(ji)心(xin)電(dian)設(she)備(bei)就(jiu)可(ke)以(yi)做(zuo)早(zao)期(qi)房(fang)顫(chan)篩(shai)查(zha)，檢(jian)測(ce)結(jie)果(guo)也(ye)得(de)到(dao)了(le)醫(yi)學(xue)臨(lin)床(chuang)的(de)認(ren)可(ke)。

可穿戴設備的血氧測試結果也逐漸在肺病
、呼吸病醫學臨床診療中采納
，血氧飽和度（SpO2）過低，往往意味著有心力衰竭、慢性肺病、睡眠暫停症等疾病，尤其新冠疫情爆發以後
，醫療機構也建議通過監測患者血氧飽和度來判斷病情嚴重程度。

在zai糖tang尿niao病bing管guan理li方fang麵mian
，患huan者zhe可ke通tong過guo連lian續xu血xue糖tang監jian測ce儀yi給gei出chu的de數shu據ju，更geng有you效xiao地di管guan理li自zi己ji的de健jian康kang狀zhuang況kuang

，而er根gen據ju連lian續xu的de測ce量liang數shu據ju，醫yi生sheng就jiu能neng給gei患huan者zhe提ti出chu更geng準zhun確que
、更有效的治療方案。

醫療級指標與小體積兼得

要滿足醫療級應用，對可穿戴設備中的關鍵元器件就提出了新要求：既要適應傳統可穿戴設備“輕薄短小”的尺寸要求

，又要符合醫療級應用高精度、高可靠的指標要求
，還要考慮到低功耗、續航力，可長時間工作。

醫療級應用首先要有醫療級精度
，以體溫檢測為例，臨床級精度要達到體溫範圍內±0.1℃的精度。ADI公司的MAX30208數字溫度傳感器就能滿足臨床體溫檢測要求
，該芯片在+30℃至+50℃範圍內具有±0.1℃的精度
，在0℃至+70℃範圍內具有±0.15℃ 的精度。由於元器件工作時本身會發熱，因而排除元器件熱幹擾就是臨床級測溫設備需要考慮的因素。MAX30208本身工作電流很低，僅有67µA
，待機時消耗的電流為0.5 µA，digongzuodianliubaozhenglexinpianbenshensanfachudereliangjiaodi。ciwai
，xinpianreliangyoufengzhuangdibuyinjiaosanfachulai，suoyigaixinpianjiangwenduchuanganqifangzhiyufengzhuangdingbu，yuanlixinpianyinjiao，congerjidadijiangdileyuanqijiandereganrao。duizhekuanqijianganxingqudeduzhe，keyizaimaozeguanwanggoumaiMAX30208評估係統
，來實際體驗一下。

圖2：ADI MAX30208評估係統

（圖源：貿澤電子）

MAX30208屬於ADI公司專門為醫療應用開發的第三代健康傳感器平台（Health Sensor Platform 3.0，簡稱HSP 3.0）中的產品

，HSP 3.0還包含目前貿澤官網在售的模擬前端芯片MAX86176。MAX86176支持心電圖與血氧飽和度測量
，精度達到臨床級水平。

在醫院測量心電圖（ECG）時(shi)

，通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)濕(shi)電(dian)極(ji)采(cai)集(ji)心(xin)電(dian)信(xin)號(hao)
，濕(shi)電(dian)極(ji)在(zai)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)需(xu)要(yao)塗(tu)上(shang)膏(gao)狀(zhuang)導(dao)電(dian)膠(jiao)，因(yin)而(er)得(de)名(ming)濕(shi)電(dian)極(ji)，由(you)於(yu)導(dao)電(dian)膠(jiao)很(hen)容(rong)易(yi)幹(gan)掉(diao)而(er)影(ying)響(xiang)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)
，因(yin)而(er)該(gai)方(fang)法(fa)不(bu)適(shi)合(he)非(fei)專(zhuan)業(ye)人(ren)士(shi)操(cao)作(zuo)，也(ye)不(bu)利(li)於(yu)心(xin)電(dian)信(xin)號(hao)長(chang)期(qi)監(jian)測(ce)。幹(gan)電(dian)極(ji)的(de)出(chu)現(xian)讓(rang)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)實(shi)現(xian)心(xin)電(dian)測(ce)量(liang)功(gong)能(neng)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)，但(dan)在(zai)幹(gan)電(dian)極(ji)采(cai)集(ji)法(fa)中(zhong)，皮(pi)膚(fu)與(yu)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)接(jie)觸(chu)導(dao)電(dian)性(xing)比(bi)濕(shi)電(dian)極(ji)低(di)
，且(qie)幹(gan)電(dian)極(ji)對(dui)運(yun)動(dong)偽(wei)影(ying)更(geng)敏(min)感(gan)，易(yi)導(dao)致(zhi)讀(du)數(shu)不(bu)精(jing)確(que)。MAX86176的ECG通道符合移動心電圖設備國際標準IEC 60601-2-47要求，該通道內置高精度ADC，采用全差分輸入結構，在電力線頻率下共模抑製比超過110dB
，完全具備支持幹電極ECG應用的能力。現在，該芯片在單導聯監護儀、單導聯無線貼片和胸帶心率監測儀中已得到廣泛應用。

MAX86176利用光電容積脈搏波法 (PPG) 來測量血氧

，提供110dB信噪比 (SNR)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)醫(yi)療(liao)級(ji)血(xue)氧(yang)飽(bao)和(he)度(du)檢(jian)測(ce)能(neng)力(li)。對(dui)於(yu)光(guang)學(xue)和(he)生(sheng)物(wu)阻(zu)抗(kang)測(ce)量(liang)，分(fen)別(bie)需(xu)要(yao)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)驅(qu)動(dong)器(qi)發(fa)光(guang)和(he)向(xiang)體(ti)內(nei)激(ji)勵(li)電(dian)流(liu)，在(zai)許(xu)多(duo)光(guang)學(xue)係(xi)統(tong)中(zhong)，需(xu)使(shi)用(yong)不(bu)止(zhi)一(yi)種(zhong)波(bo)長(chang)，所(suo)以(yi)多(duo)驅(qu)動(dong)能(neng)力(li)就(jiu)很(hen)重(zhong)要(yao)，MAX86176支持多達6顆LED和4個光敏二極管輸入，因而能夠適應不同測量場景的要求。MAX86176的PPG通道可支持檢測心率、血氧飽和度 (SpO2)、肌肉和組織氧飽和度 (SmO2和StO2)、身體含水量等參數，具備臨床級精度。

圖3：MAX86176亮點

（圖源：ADI）

可穿戴設備對元器件體積要求很高，所以MAX86176這種多合一的高集成度芯片很受歡迎，MAX86176的下一代MAX86178就集成了三個測量係統，即光學
、心電和生物阻抗，支持四種生命體征測量，即心電圖、血氧飽和度、心率和呼吸率
，進一步為多功能可穿戴設備的開發提供了技術基礎。

圖4：ADI MAX86176 PPG和ECG模擬前端

（圖源：貿澤電子）

貿澤官網在售的ADPD4000，則是ADI另一個可穿戴模擬前端“多麵手”產品係列，該產品有8個輸入通道，具有多種工作模式，可支持PPG、ECG、皮膚電活動（EDA）、阻抗和溫度測量功能。

據了解，以ADI為代表的醫療電子芯片廠商


，在提高集成度
、增加功能和提升測量精度方麵還在不斷精進，以期為可穿戴用戶帶來更多更好的醫療級功能體驗。

續航能力

ruqiansuoshu
，bianxiexingshikechuandaichanpindetuchuyoushizhiyi
，danyeweikechuandaichanpinkaifadailaihenduoxianzhi，yaopeidaishushi，jiuyaokongzhizhonglianghetiji，yinerkechuandaishebeidedianchidoubijiaoxiao，yaozaijiyouxiandedianchirongliangxia
，manzuyiliaojiankangdengyingyongdezhengchangshiyongqiangduyaoqiu，jiuxuyaocongjiangdigonghaohedianchiguanliliangfangmiannuli。

在低功耗設計方麵，ADI的HSP 3.0平台給了很好的示範作用，無論是MAX30208數字溫度傳感器，還是MAX86176模擬前端芯片，都充分考慮應用場景
，極力控製工作電流與待機電流，與MAX30208一樣，MAX86176的待機電流也僅有0.5μA。

該平台推薦的兩款超低功耗MCU

，從係統設計角度充分考慮了設備的低功耗特性。MAX32670專用於傳感器管理
，支持脈搏率、血氧飽和度、心率、呼吸率、睡眠質量監測和壓力監測算法實現。MAX32670可配置為傳感器集中器（支持硬件和算法）或算法集中器（支持多種算法），無縫支持客戶所需的傳感器功能，包括管理MAX86176 PPG和ECG傳感器AFE，並為外部提供原始數據或處理過的數據。MAX32670在備份模式下全存儲空間保持功耗為2.6µA（供電電壓為1.8V），在僅RTC工作時功耗則隻有350nA。

貿澤電子在售的另一款MCU-MAX32666則用於通信和主程序
，該芯片支持低功耗藍牙（BLE）功能，包含兩個Arm®Cortex®-M4F核和附加SmartDMA，後者允許獨立運行BLE棧
，使兩個主核用於運行主要任務。此外，該微控製器集成完整的安全套件和存儲器糾錯碼（ECC），大大提高了係統可靠性。MAX32666提供動態電壓調節，極大地降低處理器核的運行功耗，支持從緩存執行程序
，功耗可低至27.3μA/MHz @ 3.3V。此外，該器件還具有多種關斷模式，可有效延長電池工作壽命，最低功耗模式下僅消耗1.2μA @ 3.3V。

更重要的是
，在HSP 3.0中，ADI還為可穿戴設備提供專用電源管理芯片MAX20360，這zhe是shi一yi顆ke高gao度du集ji成cheng的de電dian池chi和he電dian源yuan管guan理li芯xin片pian，同tong樣yang在zai貿mao澤ze電dian子zi有you售shou。這zhe顆ke芯xin片pian專zhuan門men對dui醫yi療liao健jian康kang可ke穿chuan戴dai應ying用yong做zuo了le優you化hua，芯xin片pian內nei集ji成cheng了le高gao精jing度duModelGauge™ m5 EZ電量計、靈敏的觸覺驅動器，以及獨特的低噪聲升/降壓轉換器，極大地提高了信噪比，降低光學生物檢測所需功耗。

另一款貿澤電子在售的單輸入多輸出電源管理MAX77659，更geng是shi針zhen對dui多duo功gong能neng可ke穿chuan戴dai產chan品pin做zuo了le優you化hua。該gai器qi件jian隻zhi需xu要yao一yi個ge電dian感gan器qi，就jiu可ke提ti供gong一yi個ge充chong電dian電dian壓ya和he三san個ge可ke獨du立li編bian程cheng的de電dian源yuan電dian壓ya，從cong而er極ji大da地di減jian小xiao整zheng體ti解jie決jue方fang案an尺chi寸cun
，多duo功gong能neng可ke穿chuan戴dai設she備bei的de電dian源yuan模mo塊kuai物wu料liao用yong量liang最zui多duo可ke減jian少shao60%
，設備尺寸可減少50%。

總結

醫療級可穿戴技術進步提升了可穿戴設備測量結果的精度與可靠性，並使得可穿戴設備在集成更多功能的同時，兼具了功耗、尺(chi)寸(cun)和(he)重(zhong)量(liang)等(deng)方(fang)麵(mian)的(de)考(kao)量(liang)，從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)了(le)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)上(shang)的(de)醫(yi)療(liao)健(jian)康(kang)功(gong)能(neng)真(zhen)正(zheng)滿(man)足(zu)臨(lin)床(chuang)應(ying)用(yong)要(yao)求(qiu)。可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)比(bi)任(ren)何(he)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)都(dou)更(geng)貼(tie)近(jin)人(ren)體(ti)，所(suo)以(yi)除(chu)了(le)電(dian)參(can)數(shu)，可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)在(zai)開(kai)發(fa)時(shi)還(hai)要(yao)考(kao)慮(lv)安(an)全(quan)性(xing)和(he)人(ren)體(ti)工(gong)學(xue)，需(xu)要(yao)從(cong)電(dian)子(zi)
、材料與工業設計等多個領域來應對貼身要求帶來的各種技術挑戰
，從而做到安全、防水防塵
、佩戴舒適和耐用。

可(ke)以(yi)預(yu)期(qi)，隨(sui)著(zhe)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)醫(yi)療(liao)功(gong)能(neng)的(de)普(pu)及(ji)，可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)的(de)價(jia)值(zhi)將(jiang)進(jin)一(yi)步(bu)得(de)到(dao)發(fa)揮(hui)，而(er)醫(yi)療(liao)功(gong)能(neng)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)也(ye)能(neng)更(geng)好(hao)地(di)促(cu)進(jin)相(xiang)關(guan)元(yuan)器(qi)件(jian)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)。

來源：貿澤電子

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