融合中国古老文化与民族智慧的《黄帝内经》在今天看来依然不过时，甚至为现代医学也提供了重要的指导思想，其“治未病”的理念在今天养生理论与医学看来极具超越时代的精神。《素问·四气调神大论》:“是故圣人不治已病治未病,不治已乱治未乱,此之谓也。”放在今天来看，其跨越两千年时空的科学精神不得不让人感叹。今天，人们正在以各种方式“治未病”——而能实现7*24小时生命体征监测的可穿戴意义正在于此。

可穿戴产品正在向多参数、差异化、精真的方向发展，用户已不再满足于传统的计步、睡眠分析、心率监测，而大家越来越关注我们的体脂率、情绪、以及连续血压监测等等，这些功能也是呼之欲出。针对于可穿戴市场产品，我们看到有两个主要的市场发展趋势：其一是院内的诊断级的产品正在积极地寻求走向院外；院外传统可穿戴产品也在由关注传统的健康与娱乐向诊断级方向发展，然后它们交汇在诊断级和院外这一点上。这种趋势从ADI公司两款高集成度AFE（模拟前端）就可以看出。

支持四种生命体征测试功能的信号采集系统AFE MAX86178

为了满足可穿戴市场对模拟/电源产品的更高性能的要求，近日ADI就为市场带来了一款突破性的新产品——MAX86178（原美信旗下产品，美信公司已并入ADI），是临床级的模拟前端，集成了光学、心电和生物阻抗(BioZ)三大完整的测量系统，支持四种生命体征测试功能——ECG、心率、血氧饱和度和呼吸率，满足可穿戴监护仪对于小型化的需求，可应用于包括心律失常监护贴片、新冠检测贴片、一次性心电图监测器、可穿戴传染病监护、可穿戴患者监护仪等广泛场景中。

三大完整的测量系统同芯片集成的同时，还满足高性能要求：ECG（心电图）模拟前端（AFE）可以做到临床等级的ECG测量，满足IEC60601-2-47的医疗标准，即移动式ECG监测的一个标准；PPG（光电容积图）可以做到临床等级的血氧检测，性能可达113 dB信噪比；BioZ(生物阻抗)，使得设计灵活的生物阻抗配置可以支持多种动能的测量，包括ICG、BIA、BIS、GSR/EDA监测。

为此，基于MAX86178的多功能可以使显著加速多项生命体征检测系统设计，与传统分立方案相比，MAX86178的解决方案尺寸可以更小，而且采集信号可以实现和光学PPG和心电ECG系统的同步。相比之前一代产品MAX86176，前者是PPG和ECG二合一功能的模拟前端，与后者最大的区别在于后者里新加了生物电阻抗（BioZ）的测量，可以做到更多的BioZ生物阻抗的频幅扫描，或者EDA等应用。此外，MAX86178方案对于ECG和PPG也有一定的改进，ECG更适合于干电极的应用，PPG在信噪比上也有一些提升。

可穿戴健康传感器“枢纽”，多模式传感器前端ADPD4100

ADPD4100／ADPD4101是可穿戴健康和健身设备中各种电气和光学传感器的“枢纽”，适用于心率和心率变异性（HRV）监测、血压估计、压力和睡眠跟踪以及SpO2测量。这种新型多参数VSM AFE的多种工作模式可以容纳医疗健康应用中的不同传感器测量，包括但不限于光电容积脉搏波描记（PPG）、心电图（ECG）、皮肤电活动（EDA）、身体成分、呼吸、温度和环境光测量。

光电容积脉搏波描记。PPG测量可检测与每个心动周期相关的组织微血管床的血容量变化。光的总吸收与心脏收缩和舒张事件引起的血容量变化相关联，产生PPG信号。PPG测量按如下方式进行：将LED光脉冲射入人体组织，然后用光电二极管收集反射／透射的光，并将光转换为光电流。ADPD4100处理和测量光电流，并产生数字PPG信号。针对不同的PPG测量情况，无需对硬件连接进行任何更改便可灵活地将该AFE配置为四种工作模式之一：连续连接模式、多次积分模式、浮空模式和数字积分模式。

脉搏血氧测定。脉搏血氧测定使用红光（通常为660 nm波长）和红外（IR） LED（通常为940 nm波长）。脱氧血红蛋白主要吸收660 nm波长的光，而氧合血红蛋白主要吸收940 nm波长的光。光电二极管感知未被吸收的光，然后将感知到的信号分为直流分量和交流分量。直流分量代表组织、静脉血和非搏动性动脉血引起的光吸收。交流分量代表搏动性动脉血。可将ADPD4100的任意两个时隙配置为测量对红光和IR LED的响应，从而测量SpO2。其余时隙可以配置为测量来自不同波长LED的PPG，并且还可以支持ECG测量、导联脱落检测、呼吸测量及其他传感器测量。

心率监测。心率监测一般首选波长约为540 nm的绿光LED。它的调制指数高于红光或IR LED，因而能产生最佳PPG信号。它还提供不错的CTR水平，因此功耗不会太高。AC SNR是一个关系信号质量的参数，可以通过DC SNR乘以调制指数来计算。例如，调制指数为1％时，95 dB DC SNR相当于55 dB AC SNR。

ECG测量。ECG测量已纳入可穿戴设备中，例如用于抽检的手表和用于连续监测的胸贴。此类设备通常使用由金属和其他导电材料制成的电极，这些电极属于极化电极，被称为干电极。使用干电极进行ECG测量的主要挑战是电极－皮肤接触阻抗很高且过电势相对较高。

当应用于ECG测量时，ADPD4100采用一种新颖的方法，即使用无源电阻电容（RC）电路来跟踪一对电极上的差分电压。无源RC电路可以简单到只有三个元件，即两个电阻RS和一个电容CS，如图3a所示。对ECG数据的每次采样过程分为两步。

基于阻抗的呼吸测量。使用ADPD4100进行呼吸测量时，检测的是吸气和呼气周期中肺的生物阻抗变化。当患者呼吸时，肺的容积会膨胀和收缩，导致胸部阻抗发生变化。通过将电流注入胸部路径并测量压降，可以测量该阻抗变化。

本文小结：

过去十年见证了手机、可穿戴设备和数字健康领域的巨大进步。尤其是随着电子技术的不断发展以及云计算、人工智能、物联网和5G等技术的新突破，数字医疗健康得到了迅速扩张和采用。人们对健康的认识日益提高引发了对小型但高精度设备的需求，这些设备应能测量各种生命体征和健康指标，例如体温、心率、呼吸频率、血氧饱和度、血压和身体成分。在这种小型设备上增加多种检测功能存在着挑战，因为其需要更小的外形尺寸、更低的功耗以及性能显著改善的多参数功能。但是，现在可以通过单一模拟前端（AFE）解决方案来应对这些挑战。像ADPD4100和MAX86178这种新型AFE可以用作多参数生命体征监测中心，支持同步测量。它具有低噪声、高信噪比、小尺寸和低功耗等特性，可以显著改善医疗设备，尤其是可穿戴技术。