下一代可穿戴設(shè)備作為診斷和監(jiān)控設(shè)備，通過添加人工智能和云分析，將醫(yī)療保健領(lǐng)域從被動變?yōu)橹鲃?，以促進對各種狀況的整體評估。這些可穿戴設(shè)備中的大多數(shù)都連接到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，因此可以方便患者在家中進行醫(yī)療治療。

隨著患者的日常生活，智能溫度計和聯(lián)網(wǎng)吸入器等醫(yī)療級可穿戴設(shè)備為醫(yī)療保健專業(yè)人員提供了更大的數(shù)據(jù)集。然而，這些可穿戴設(shè)備必須將無縫連接和更長的電池壽命與小尺寸、易于集成和傳感器精度相結(jié)合。

醫(yī)療腕帶和智能手表等注重健康和生活方式的消費設(shè)備專注于預(yù)防和維護，而不是治療。消費類可穿戴設(shè)備提供健康跟蹤功能，如血氧飽和度監(jiān)測、睡眠跟蹤、心電圖 (ECG) 感應(yīng)和心臟健康監(jiān)測。

單個可穿戴設(shè)備可以監(jiān)測多個生物標志物——體溫、血壓、身體水分、酒精、乳酸和葡萄糖趨勢——同時實現(xiàn)對一個人的健康和幸福的實時和非侵入性監(jiān)測。德勤預(yù)測，到 2024 年，可穿戴醫(yī)療傳感器市場將以19% 的復(fù)合年增長率增長，到 2024年智能手表/健身追蹤器出貨量將達到 2.8 億只，可穿戴醫(yī)療傳感器出貨量將達到 1.6 億只。

消費級和醫(yī)療級可穿戴設(shè)備設(shè)計的硬件和軟件領(lǐng)域正在發(fā)生很多事情。首先，讓我們看一下故事的硬件方面。

智能手表提供健康跟蹤功能，如血氧飽和度監(jiān)測、睡眠跟蹤、心電圖感應(yīng)和心臟健康監(jiān)測。（來源：Shutterstock）

生物醫(yī)學(xué)芯片實驗室

在醫(yī)療保健應(yīng)用的可穿戴設(shè)備設(shè)計方面，中小型半導(dǎo)體公司看起來相當(dāng)突出。以O(shè)nera Health為例，這是一家荷蘭裔美國公司，總部位于比利時的納米電子研究中心 imec。Onera Health 最近展示了一種用于可穿戴設(shè)計的超低功耗生物信號芯片。

其生物醫(yī)學(xué)片上系統(tǒng) (SoC) - 能夠獲取和處理多個生物信號 - 現(xiàn)在可用于為醫(yī)療保健應(yīng)用的廣泛可穿戴設(shè)備提供服務(wù)。這家總部位于荷蘭埃因霍溫的半導(dǎo)體公司聲稱，其 Biomedical-Lab-on-Chip 將臨床級生理測量和分析與超低功耗相結(jié)合，以更好地服務(wù)于空間受限的醫(yī)療可穿戴設(shè)計。

Onera 在拉斯維加斯的 CES 2022 之前展示了其生物醫(yī)學(xué)芯片實驗室。（來源：Onera Health）

它是一個多通道傳感器讀出系統(tǒng)，具有集成的數(shù)據(jù)處理、電源管理和接口功能。廣泛的片上生物醫(yī)學(xué)傳感器讀數(shù)包括 10 個讀數(shù)，用于 ExG、EEG、ECG、EMG 和 EOG 覆蓋；兩個生物阻抗讀數(shù)；和兩個用于光電容積描記術(shù) (PPG) 的讀數(shù)。該芯片還提供大量 SRAM 和嵌入式閃存，以支持具有精確數(shù)據(jù)同步的多個數(shù)據(jù)流。

此外，該生物醫(yī)學(xué)芯片具有多個標準接口：通用異步接收器/發(fā)送器 (UART)、串行外圍接口 (SPI)、I 2 C 和 I 2 S。接口部分對于準確可靠地測量陣列心電圖、溫度和差分電容等生命體征。

此外，必須設(shè)計一個醫(yī)療保健接口 IC，以服務(wù)于醫(yī)療保健可穿戴設(shè)備和健身追蹤器的各種家用和一次性醫(yī)療傳感器。例如，EnSilica 推出的ENS62020傳感器接口 IC 旨在與物聯(lián)網(wǎng)處理器一起工作，每個傳感器僅消耗約 10 μA 的電流。

ENS62020 接口 IC 具有高靈敏度電容傳感器接口，使其適用于采用 MEMS 傳感器的設(shè)計。它包含兩個光電二極管驅(qū)動器/光電探測器讀數(shù)、兩個差分 ECG 傳感器通道，適用于噪聲水平 <1.6-μVrms 的三導(dǎo)聯(lián) ECG、一個高靈敏度電容傳感器通道、一個溫度傳感器和一個低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器.

軟件方面

軟件方面也有很多動作。Zepp Health最近推出了用于可穿戴設(shè)計的黃山 2S 芯片，還發(fā)布了智能手表操作系統(tǒng) (OS)。該公司聲稱，Zepp OS 的大小為 55 MB，是該公司之前的 Amazfit OS 大小的 1/10，是 Apple WatchOS 8 大小的 1/28。

Zepp OS 支持 4G/5G 模塊，并集成 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，讓智能手表無需智能手機即可直接連接云端。此外，它還具有穩(wěn)定的藍牙通道，可與智能手機、智能家居、支付系統(tǒng)和其他醫(yī)療保健設(shè)備連接。其小程序框架使開發(fā)人員能夠利用公司生物傳感器陣列和人工智能芯片的數(shù)據(jù)創(chuàng)建新的應(yīng)用程序。

Zepp Health 已將用于可穿戴設(shè)計的 Zepp OS 和 Huangshan 2S 芯片授權(quán)給中國的億通科技，億通科技正在利用這些技術(shù)構(gòu)建模塊與汽車和智能家電建立連接。

用于活動監(jiān)控、上下文和手勢識別的軟件算法構(gòu)成了可穿戴設(shè)計方案的另一個關(guān)鍵部分。例如，Maxim Integrated 的 MAXREFDES104# 評估和開發(fā)平臺用于健康感應(yīng)可穿戴應(yīng)用，現(xiàn)在是 Analog Devices Inc. 的一部分，它具有一個生物識別算法集線器，其中嵌入了心率、血氧飽和度和 ECG 算法。算法輸出和原始數(shù)據(jù)可以通過藍牙傳輸?shù)?PC GUI，用于演示、評估和定制開發(fā)。

健康傳感器可穿戴平臺集成了二合一的 PPG 和 ECG 模擬前端傳感器、人體溫度傳感器、微控制器、電源管理 IC 和三軸加速度計。醫(yī)療可穿戴設(shè)計解決方案采用 3D 打印外殼。

下一代醫(yī)療可穿戴設(shè)備

消費級和醫(yī)療級可穿戴設(shè)備繼續(xù)小型化，同時提高其測量和分析能力。與此同時，可穿戴設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)繼續(xù)圍繞診斷和監(jiān)控任務(wù)的硬件和軟件構(gòu)建塊構(gòu)建。

醫(yī)療可穿戴設(shè)計方面的此類突破可以幫助數(shù)百萬人在與睡眠、神經(jīng)、心臟和呼吸護理相關(guān)的健康疾病和慢性病中苦苦掙扎。在這里，雖然功能強大的 SoC 繼續(xù)提高處理性能和降低功耗，但算法正在得到增強，以有效地執(zhí)行血壓測量等任務(wù)。

圍繞這些硬件和軟件構(gòu)建塊構(gòu)建的下一代醫(yī)療可穿戴設(shè)備可用于各種醫(yī)療保健環(huán)境。這些設(shè)備使臨床醫(yī)生能夠使用可操作的數(shù)據(jù)進行個性化護理。此外，這些可穿戴設(shè)備為各種臨床和非臨床環(huán)境中的醫(yī)生提供生理和健康相關(guān)數(shù)據(jù)，以優(yōu)化患者護理并降低醫(yī)療成本。

在物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)的幫助下，可穿戴設(shè)備在醫(yī)療保健領(lǐng)域繼續(xù)受到關(guān)注。而 Covid-19 大流行只會加劇對消費級和醫(yī)療級可穿戴設(shè)備的需求。

審核編輯 黃昊宇