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ADI连续无创式血压解决方案,新鲜来袭

analog_devices 来源:未知 作者:李倩 2018-11-02 16:06 次阅读

高血压是当今最主要的医疗问题。为了有效地控制高血压,我国于2017年颁布了“国家基层高血压防治管理指南”,并试图通过早期预防来控制高血压患病率。

NIBP

VS

CNIBP

虽然采用传统的袖带无创式血压(NIBP)设备测量血压的效果已经很好,但使用袖带操作的用户体验不是很好。这类NIBP设备使用柯式音法来监听血液的振动情况,并获取在固定或较长时间间隔(通常超过15分钟)内的收缩压和舒张压。

连续无创式血压(CNIBP)测量是一种实时或以较短时间间隔监测人体收缩压和舒张压的技术。与上述传统的袖带无创式血压(NIBP)测量不同,CNIBP提供了一种连续、舒适的血压测量方法,可以非常方便地集成于现有的腕带、手表等可穿戴设备平台。

ADI连续无创式血压解决方案,新鲜来袭!

探讨连续无创式血压方案

脉冲传输时间(PTT)方法是CNIBP应用中的一个研究热点,其原理是识别体积描记器(PPG)波形的关键特征节点,并计算当前PPG信号和其他参考信号(如体积描记器(PPG)、心电图(ECG)和心冲击描记图(BCG))之间的时间延迟。因此,可采用单独的PPG、多个PPG、PPG+ECG和PPG+BCG几种组合方式,我们以PPG+PPG和PPG+ECG组合为例,如下图1所示。

图1.采用不同的传感器组合测量血压

图1左侧显示了适合CNIBP应用的多个PPG解决方案。血压值可以通过多个PPG信号特征点之间的时间延迟来计算,这些特征点需要先用软件进行预处理和识别。放置PPG传感器的位置不是固定的,但要尽可能地获得足够长的延迟时间,在沿着动脉血管的方向上距离越大延时越大。因此,如果紧凑型可穿戴设备的传感器放置非常紧凑,我们必须能够更快地获取数据。此外,获得的PTT与绝对时间延迟无关,需要通过算法获得最终血压。

图2.同步PPG和ECG信号

图1右侧显示了用于CNIBP解决方案的PPG和ECG组合。在这种情况下,PPG信号是在单手的手腕或手指上获取,而ECG信号则是在双手上获取。我们必须在时域上同步并追踪信号,以方便后续的数据及算法处理,如图2所示同步后的PPG和ECG信号。

CNIBP设计考虑和主要挑战人体工程学设计

•易于使用

•防止误操作设计

•高度可靠、高灵敏度的传感器设计

连接技术

•需要低功耗蓝牙、WIFI连接以访问其他智能设备

•数据同步和应用程序自动升级

多传感器同步

•更高的采样速率,以获得较佳的时序精度

•使用单独的同步ADC进行数据采集

•多个传感器共用一个具有固定通道延迟时间的ADC

电池寿命和功耗

•受电池尺寸限制,可穿戴设备需要低功耗设计

•提供能量采集功能,以增强电池寿命

•选择低功耗传感器和深度FIFO,以便尽量缩短处理器的唤醒时间

•低功耗处理器和外设

适应复杂的使用环境

•肤色效应,黑色素会大大减弱回光

•毛发皮肤效应,头发提供镜面反射路径以及比正常信号更强的回光

•运动效应,运动使PPG信号漂移并改变光传输路径

•环境光效应,必须抑制并为正常信号留足够的空间

传感器技术

•多传感器融合,例如同步PPG和ECG信号,以便尽量减少信号延迟的影响

•选择具有良好生物兼容性的传感器材料,尤其对ECG电极而言

•低功耗下具有高灵敏度

ADI 整体解决方案亮点

ADI 公司提供大量的高集成度PPGAFE、ECGAFE、低功耗MCU电源管理解决方案和灵活的分立元件,使可穿戴CNIBP应用的产品质量和可靠性达到最佳程度。此外,ADI公司还提供评估板、仿真工具和应用专业技术,为客户的设计和开发工作提供支持。

主信号链:分立元件

图3.集成分立元件解决方案的多传感器融合

图3显示了集成分立元件解决方案的多传感器融合图,使用模拟MUX开关很容易扩展更多的传感器。这些传感器通过模拟MUX开关、ADC扫描进行同步,并逐个采集传感器数据,采样时间间隔取决于ADC采样速率和通道数,而且是固定的。

主信号链:基于AFE的器件

根据图3,一些分立元件可以由最新的高集成度模拟前端(AFE)取代。有些AFE或模块已包含上述分立元件、模拟MUX开关和ADC,因此我们只需选择一个AFE作为主机,并获取所有其他传感器的数据。图4显示了集成AFE解决方案的多传感器融合,将PPG选为主机传感器以便同时获取PPG和ECG信号。此外,可通过SPI或I2C接口读取主机传感器数据。

图4.集成模拟前端解决方案的多传感器融合

电源解决方案

图5.电源解决方案

在具体设计中,模块的技术要求可能不同,但在【ADI 连续无创式血压解决方案】的完整文档中,列出了具有代表性并能满足部分要求的 ADI产品

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原文标题:重磅推荐!ADI 连续无创式血压解决方案

文章出处:【微信号:analog_devices,微信公众号:analog_devices】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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