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生命體征監測已經超出醫療實踐的范圍，進入我們日常生活的多個領域。最初，生命體征監測是在嚴格的醫療監督下，在醫院和診所進行。微電子技術的進步降低了監控系統的成本，使這些技術在遠程醫療、運動、健身和健康、工作場所安全等領域更加普及和普遍，在越來越關注自動駕駛的汽車市場也是如此。雖然實現了這些擴展，但是因為這些應用都與健康高度相關，所以仍然保持很高的質量標準。

生命體征

生命體征監測包括測量一系列能顯示個人健康狀況的生理參數。心率是最常見的參數之一，可以通過心電圖來檢測，心電圖可以測量心跳的頻率，最重要的是，可以測量心跳的變化。心率變化往往由活動引起。在睡眠或休息時，節奏較慢，但往往會隨著身體活動、情緒反應、壓力或焦慮等因素而加快。

心率超出正常范圍可能表明存在諸如心動過緩（心率過低時）或心動過速（心率過高時）等疾病。呼吸是另一個關鍵生命體征。血液的氧合程度可以使用一種名為光電容積脈搏波(PPG)的技術進行測量。缺氧可能與影響呼吸系統的疾病發作或紊亂有關。其他能夠反映個人身體狀況的生命體征測量因素包括血壓、體溫和皮膚電導反應等。皮膚電導反應，又稱皮膚電反應，與交感神經系統密切相關，反過來又會直接參與調解情緒性行為。測量皮膚電導率可以反映病人的壓力、疲勞、精神狀態和情緒化響應等狀況。此外，通過測量身體成分、瘦體質量和脂肪體質量的百分比，以及水合作用和營養程度，可以清楚展現個人的臨床狀態。最后，測量運動和姿勢可以提供有關受試者活動的有用信息。

測量生命體征的技術

為了監測心率、呼吸、血壓和溫度、皮膚電導率和身體成分等生命體征，需要采用各種傳感器，且解決方案必須緊湊、節能和可靠。生命體征監測包括：

光學測量
生物電勢測量
阻抗測量
使用MEMS傳感器進行的測量
光學測量

光學測量超越了標準的半導體技術。為了進行這種類型的測量，需要一個光學測量工具箱。圖1所示為光學測量的典型信號鏈。需要使用光源（通常是LED）來生成光信號，它可能由不同的波長組成。幾種波長組合在一起，可以實現更高的測量精度。還需要使用一系列硅或鍺傳感器（光電二極管）將光信號轉化為電信號，也稱為光電流。光電二極管在響應光源的波長時，必須具備足夠的靈敏度和線性度。之后，光電流必須被放大和轉換，因此需要高性能、節能、多通道模擬前端，以控制LED、放大和過濾模擬信號，并按照所需的分辨率和精度進行模數轉換。

圖1. 用于光學測量的信號鏈。

光學系統封裝也具有重要作用。封裝不僅是一個容器，還是包含一個或多個光學窗口的系統，可以過濾射出和射入的光，但不會產生過度的衰減或反射，從而損害信號的完整性。為了創建緊湊的多芯片系統，光學系統封裝還必須包含多個器件，包括LED、光電二極管、模擬和數字處理芯片。最后，通常還需要一種能夠創建光學濾波器的涂層技術，用于選擇應用所需的光譜部分并消除不需要的信號。即使在陽光下，該應用也必須能正常運行。如果沒有光學濾波器，信號的大小會使模擬鏈飽和，使得電子器件不能正常工作。

ADI提供一系列光電二極管和各種模擬前端，能夠處理從光電二極管接收到的信號并控制LED。也提供完整的光學系統，它將LED、光電二極管和前端集成到一個器件中，例如ADPD1081。

生物電勢和生物阻抗測量

生物電勢是一種電信號，由我們體內的電化學活動的效應引起。生物電勢測量示例包括心電圖(ECG)和腦電圖。它們在存在多項干擾的頻段中，檢查極低幅度的信號。因此，在對信號進行處理之前，必須對其進行放大和濾波。ECG生物電勢測量廣泛用于生命體征監測，ADI提供多種組件來執行此任務，包括 AD8233，和ADAS1000芯片系列。

AD8233功耗低，適合便攜式設備，可與ADuCM3029（基于 Cortex-M3 的片上系統(SoC）相結合，創建一個完整的系統。此外，ADAS1000系列針對高端應用而設計，具備高性能特性，功率和噪音可擴展（即，噪聲水平可以隨著功耗的增加成比例降低），是非常適合ECG系統的出色集成解決方案。

生物阻抗是另一種測量方法，可以提供有關身體狀態的有用信息。阻抗測量提供有關電化學活動、身體成分和水合狀態的信息。測量每個參數需要使用不同的測量技術。每種測量技術所需的電極數量，以及應用該技術的時間點都因使用的頻率范圍而異。

例如，在測量皮膚阻抗時使用低頻率（高達200 Hz），而在測量人體成分時，通常使用50 kHz固定頻率。同樣，為了測量水合作用，并正確地評估細胞內和細胞外的液體，會使用不同的頻率。

雖然技術可能不同，但可以使用一個單端 AD5940，來實施所有生物阻抗和阻抗測量。此器件提供激勵信號和完整的阻抗測量鏈，可生成不同的頻率來滿足多種測量要求。此外，AD5940專用于和AD8233配合使用，用于創建一個全面的生物阻抗和生物電勢讀取系統，如圖2所示。其他用于阻抗測量的器件包括 ADuCM35x系列SoC解決方案。除了專用的模擬前端之外，該解決方案還提供Cortex-M3微控制器、內存、硬件加速器和用于電化學傳感器和生物傳感器的通信外設。

圖2. 一個完整的生物電和生物阻抗測量系統

使用MEMS傳感器進行的運動測量

由于MEMS傳感器可以檢測重力加速度，所以它們可用于檢測活動和異常，如不穩定的步態、跌倒或腦震蕩，甚至是在受試者休息時監測其姿勢。此外，MEMS傳感器還可作為光學傳感器的補充，因為后者易受移動偽影影響；當這種情況發生時，可以使用加速度計提供的信息來進行校正。ADXL362 是醫療領域的熱門器件之一，也是目前市場上能耗最低的三軸加速度計。它具有2 g至8 g的可編程測量范圍和數字輸出。

ADPD4000：通用模擬前端

目前市面上提供的可穿戴設備（例如智能手環和智能手表）都提供多種生命體征監測功能。其中最常見的是心率監護儀、計步器和卡路里計算器。此外，還經常測量血壓和體溫、皮膚電活動、血容量變化（通過光電容積脈搏波），以及其他指標。隨著監測選項的數目增加，對高度集成的電子組件的需求也不斷增加。ADPD4000采用極為靈活的架構，旨在幫助設計人員滿足此需求。除了提供生物電勢和生物阻抗讀數外，它還可以管理光電式測量前端、引導LED和讀取光電二極管。ADPD4000配有一個用于補償的溫度傳感器和一個開關矩陣，可以引導所需的輸出和獲取信號，無論是單端信號或差分電壓信號均可。輸出可以選擇，可以是單端輸出或差分輸出，具體由ADPD4000要連接的ADC的輸入要求決定。該器件可以編程采用12個不同的時間帶，每個專用于處理特定的傳感器。圖3總結了在幾種典型應用中ADPD4000的關鍵特性。