【導讀】從手環、智能手表到TWS耳(er)機(ji)，可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)市(shi)場(chang)總(zong)有(you)爆(bao)款(kuan)出(chu)現(xian)，從(cong)而(er)市(shi)場(chang)熱(re)度(du)持(chi)續(xu)高(gao)漲(zhang)。目(mu)前(qian)，可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)的(de)年(nian)出(chu)貨(huo)量(liang)已(yi)超(chao)過(guo)個(ge)人(ren)電(dian)腦(nao)，成(cheng)為(wei)元(yuan)器(qi)件(jian)廠(chang)商(shang)必(bi)須(xu)要(yao)重(zhong)視(shi)的(de)應(ying)用(yong)方(fang)向(xiang)之(zhi)一(yi)，其(qi)中(zhong)醫(yi)療(liao)健(jian)康(kang)更(geng)已(yi)成(cheng)為(wei)可(ke)穿(chuan)戴(dai)產(chan)品(pin)的(de)主(zhu)打(da)功(gong)能(neng)
，據(ju)市(shi)場(chang)研(yan)究(jiu)機(ji)構(gou)Yole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2019nianxinguanyiqingbaofayilai，quanqiugedixianhouchuxianyiliaoziyuanjinzhangdeqingkuang，quyiyuandeliuchengyebiandegengjiafansuo，yinerjujiayiliaojianhushebeishoudaoshichanghuanying，liyongkechuandaiyihushebei，huanzhekeyijiankongzijidetiwen、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
，低di工gong作zuo電dian流liu保bao證zheng了le芯xin片pian本ben身shen散san發fa出chu的de熱re量liang較jiao低di。此ci外wai，芯xin片pian熱re量liang由you封feng裝zhuang底di部bu引yin腳jiao散san發fa出chu來lai，所suo以yi該gai芯xin片pian將jiang溫wen度du傳chuan感gan器qi放fang置zhi於yu封feng裝zhuang頂ding部bu，遠yuan離li芯xin片pian引yin腳jiao，從cong而er極ji大da地di降jiang低di了le元yuan器qi件jian的de熱re幹gan擾rao。對dui這zhe款kuan器qi件jian感gan興xing趣qu的de讀du者zhe，可ke以yi在zai貿mao澤ze官guan網wang購gou買maiMAX30208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

如ru前qian所suo述shu

，便bian攜xie性xing是shi可ke穿chuan戴dai產chan品pin的de突tu出chu優you勢shi之zhi一yi，但dan也ye為wei可ke穿chuan戴dai產chan品pin開kai發fa帶dai來lai很hen多duo限xian製zhi
，要yao佩pei戴dai舒shu適shi，就jiu要yao控kong製zhi重zhong量liang和he體ti積ji，因yin而er可ke穿chuan戴dai設she備bei的de電dian池chi都dou比bi較jiao小xiao，要yao在zai極ji有you限xian的de電dian池chi容rong量liang下xia，滿man足zu醫yi療liao健jian康kang等deng應ying用yong的de正zheng常chang使shi用yong強qiang度du要yao求qiu，就jiu需xu要yao從cong降jiang低di功gong耗hao和he電dian池chi管guan理li兩liang方fang麵mian努nu力li。

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。

keyiyuqi，suizhekechuandaishebeiyiliaogongnengdepuji，kechuandaishebeidejiazhijiangjinyibudedaofahui，eryiliaogongnengdeguangfanyingyongyenenggenghaodicujinxiangguanyuanqijianjishudefazhan。

來源：貿澤電子

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