在传统的医疗设备中,监测心跳速率和心脏活动是经由测量电生理讯号与心电图 (ECG) 来完成的,需要将电极连接到身体来量测心脏组织中所引发电气活动的信号。常见的设备用医院的心电图机,长期监护的动态心电仪器Holter等。目前主流的动态心电监测主要主要通过ECG和PPG两种信号收集技术。简单来说ECG监测就是传统医院的电极式心电图监测技术,而PPG是LED光学监测技术。
基于光学监测的PPG技术是一种无需测量生物电信号就能获得心脏功能信息的光学技术。其基本原理是随着心跳会有压力波通过血管进行传递,这个波会稍微改变血管的直径,PPG监测就是利用这个变化来获得心脏每次跳动的变化。PPG主要用于测量血氧饱和度 (SpO2),因此其能够用简单的方式获得被测者的心率(即心跳)数据。
基于电极的ECG监测技术是通过生物电来进行检测,利用在人体皮肤表面贴上的电极,可以侦测到心脏的电位传动。心脏在每个心动周期中,由起搏点、心房、心室相继兴奋,伴随着无数心肌细胞动作电位变化,这些生物电的变化称为心电,通过捕捉生物电信号再经过数字化处理,转化为经过数字化信号处理后,就能输出准确、详细的心脏健康信息。
相比较而言:基于光学监测的PPG技术更为简单,成本较低,但是获得的数据准确度不高且只有心跳数值。而基于电极式的ECG监测技术技术更复杂,获得的信号精度更高且是包含心脏全周期的心电波形,包括PQRST波群,因此成本也较高。 而智能穿戴心电监测,想要获得精度较高心电ECG信号,自然高性能心电ECG专用芯片必不可少,而这种高精度的芯片由于技术门槛较高,目前主要由国外的TI, ADI等公司提供,国产芯片任重道远。
TI公司的心电专用芯片有ADS129X系列,包括可以面向穿戴应用的ADS1291, ADS1292。ADS129X系列芯片内置24-bit的ADC,具有较高的信号精度,但是应用在穿戴场合的缺点是:这个芯片封装尺寸较大,功耗较大,外围元器件相对较多。另外这个芯片在使用金属电极的心电采集上表现一般,而穿戴应用下金属电极的使用是必然。该系列芯片还有个重大问题是的成本单价较高,特别是缺芯背景下,供货短缺且价格居高不下。
ADS公司的心电专用芯片有ADAS1000和AD8232,其中AD8232面向穿戴应用,而ADAS1000更多为高端医疗设备用。ADAS1000具有和ADS129X相比拟的信号质量,更多的问题功耗较大,外围较为复杂且芯片售价高昂。AD8232从功耗,尺寸上看是比较适合在穿戴应用的,信号质量相对ADS129X系列来说相差较大,同样在金属干电极的应用表现上,也需要有较好的算法。要在穿戴应用场景下使用金属电极,信号准确度一般且有失真,但如果只是获得准确的心率信号这个芯片无非是完全满足的。
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