高血壓是當(dāng)今最主要的醫(yī)療問(wèn)題。為了有效地控制高血壓，我國(guó)于2017年頒布了“國(guó)家基層高血壓防治管理指南”，并試圖通過(guò)早期預(yù)防來(lái)控制高血壓患病率。

NIBP

VS

CNIBP

雖然采用傳統(tǒng)的袖帶無(wú)創(chuàng)式血壓(NIBP)設(shè)備測(cè)量血壓的效果已經(jīng)很好，但使用袖帶操作的用戶體驗(yàn)不是很好。這類NIBP設(shè)備使用柯式音法來(lái)監(jiān)聽(tīng)血液的振動(dòng)情況，并獲取在固定或較長(zhǎng)時(shí)間間隔(通常超過(guò)15分鐘)內(nèi)的收縮壓和舒張壓。

連續(xù)無(wú)創(chuàng)式血壓(CNIBP)測(cè)量是一種實(shí)時(shí)或以較短時(shí)間間隔監(jiān)測(cè)人體收縮壓和舒張壓的技術(shù)。與上述傳統(tǒng)的袖帶無(wú)創(chuàng)式血壓(NIBP)測(cè)量不同，CNIBP提供了一種連續(xù)、舒適的血壓測(cè)量方法，可以非常方便地集成于現(xiàn)有的腕帶、手表等可穿戴設(shè)備平臺(tái)。

ADI連續(xù)無(wú)創(chuàng)式血壓解決方案，新鮮來(lái)襲！

探討連續(xù)無(wú)創(chuàng)式血壓方案

脈沖傳輸時(shí)間(PTT)方法是CNIBP應(yīng)用中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其原理是識(shí)別體積描記器(PPG)波形的關(guān)鍵特征節(jié)點(diǎn)，并計(jì)算當(dāng)前PPG信號(hào)和其他參考信號(hào)（如體積描記器(PPG)、心電圖(ECG)和心沖擊描記圖(BCG)）之間的時(shí)間延遲。因此，可采用單獨(dú)的PPG、多個(gè)PPG、PPG+ECG和PPG+BCG幾種組合方式，我們以PPG+PPG和PPG+ECG組合為例，如下圖1所示。

圖1.采用不同的傳感器組合測(cè)量血壓

圖1左側(cè)顯示了適合CNIBP應(yīng)用的多個(gè)PPG解決方案。血壓值可以通過(guò)多個(gè)PPG信號(hào)特征點(diǎn)之間的時(shí)間延遲來(lái)計(jì)算，這些特征點(diǎn)需要先用軟件進(jìn)行預(yù)處理和識(shí)別。放置PPG傳感器的位置不是固定的，但要盡可能地獲得足夠長(zhǎng)的延遲時(shí)間，在沿著動(dòng)脈血管的方向上距離越大延時(shí)越大。因此，如果緊湊型可穿戴設(shè)備的傳感器放置非常緊湊，我們必須能夠更快地獲取數(shù)據(jù)。此外，獲得的PTT與絕對(duì)時(shí)間延遲無(wú)關(guān)，需要通過(guò)算法獲得最終血壓。

圖2.同步PPG和ECG信號(hào)

圖1右側(cè)顯示了用于CNIBP解決方案的PPG和ECG組合。在這種情況下，PPG信號(hào)是在單手的手腕或手指上獲取，而ECG信號(hào)則是在雙手上獲取。我們必須在時(shí)域上同步并追蹤信號(hào)，以方便后續(xù)的數(shù)據(jù)及算法處理，如圖2所示同步后的PPG和ECG信號(hào)。

CNIBP設(shè)計(jì)考慮和主要挑戰(zhàn)人體工程學(xué)設(shè)計(jì)

?易于使用

?防止誤操作設(shè)計(jì)

?高度可靠、高靈敏度的傳感器設(shè)計(jì)

連接技術(shù)

?需要低功耗藍(lán)牙、WIFI連接以訪問(wèn)其他智能設(shè)備

?數(shù)據(jù)同步和應(yīng)用程序自動(dòng)升級(jí)

多傳感器同步

?更高的采樣速率，以獲得較佳的時(shí)序精度

?使用單獨(dú)的同步ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

?多個(gè)傳感器共用一個(gè)具有固定通道延遲時(shí)間的ADC

電池壽命和功耗

?受電池尺寸限制，可穿戴設(shè)備需要低功耗設(shè)計(jì)

?提供能量采集功能，以增強(qiáng)電池壽命

?選擇低功耗傳感器和深度FIFO，以便盡量縮短處理器的喚醒時(shí)間

?低功耗處理器和外設(shè)

適應(yīng)復(fù)雜的使用環(huán)境

?膚色效應(yīng)，黑色素會(huì)大大減弱回光

?毛發(fā)皮膚效應(yīng)，頭發(fā)提供鏡面反射路徑以及比正常信號(hào)更強(qiáng)的回光

?運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)使PPG信號(hào)漂移并改變光傳輸路徑

?環(huán)境光效應(yīng)，必須抑制并為正常信號(hào)留足夠的空間

傳感器技術(shù)

?多傳感器融合，例如同步PPG和ECG信號(hào)，以便盡量減少信號(hào)延遲的影響

?選擇具有良好生物兼容性的傳感器材料，尤其對(duì)ECG電極而言

?低功耗下具有高靈敏度

ADI 整體解決方案亮點(diǎn)

ADI 公司提供大量的高集成度PPGAFE、ECGAFE、低功耗MCU、電源管理解決方案和靈活的分立元件，使可穿戴CNIBP應(yīng)用的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性達(dá)到最佳程度。此外，ADI公司還提供評(píng)估板、仿真工具和應(yīng)用專業(yè)技術(shù)，為客戶的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工作提供支持。

主信號(hào)鏈：分立元件

圖3.集成分立元件解決方案的多傳感器融合

圖3顯示了集成分立元件解決方案的多傳感器融合圖，使用模擬MUX開(kāi)關(guān)很容易擴(kuò)展更多的傳感器。這些傳感器通過(guò)模擬MUX開(kāi)關(guān)、ADC掃描進(jìn)行同步，并逐個(gè)采集傳感器數(shù)據(jù)，采樣時(shí)間間隔取決于ADC采樣速率和通道數(shù)，而且是固定的。

主信號(hào)鏈：基于AFE的器件

根據(jù)圖3，一些分立元件可以由最新的高集成度模擬前端(AFE)取代。有些AFE或模塊已包含上述分立元件、模擬MUX開(kāi)關(guān)和ADC，因此我們只需選擇一個(gè)AFE作為主機(jī)，并獲取所有其他傳感器的數(shù)據(jù)。圖4顯示了集成AFE解決方案的多傳感器融合，將PPG選為主機(jī)傳感器以便同時(shí)獲取PPG和ECG信號(hào)。此外，可通過(guò)SPI或I2C接口讀取主機(jī)傳感器數(shù)據(jù)。

圖4.集成模擬前端解決方案的多傳感器融合

電源解決方案

圖5.電源解決方案

在具體設(shè)計(jì)中，模塊的技術(shù)要求可能不同，但在【ADI 連續(xù)無(wú)創(chuàng)式血壓解決方案】的完整文檔中，列出了具有代表性并能滿足部分要求的 ADI產(chǎn)品