生物激勵技術拓展至全新領域

　　最終，半導體技術的發展將使得這些生物感測和監視系統擴展至全新的生物激勵領域，從而有助于保證人們的健康安全并為他們注入活力。例如，小型ECG中使用的類似技術將會使得肌電圖 （EMG） 電子器件的使用更加商業化，此類器件可以通過測量軟組織內的電活動來精確計算肌肉活動。使用EMG技術監視肌肉運動的電子器件可推廣基于肌肉控制的應用。他們能夠提高老年人、病人或殘疾人的活動能力，例如在一定距離之外打開電燈和電視，而運動控制類計算機游戲和仿真訓練似乎已將他們的應用發揮到極致，但是他們的發展并不止步于此。與其他運動類電子器件組合在一起，基于EMG的技術甚至可以幫助解釋某個人走路時與踩單車時小腿后部肌肉收縮程度的不同。

　　電子技術的另外一個全新使用來自脈搏血氧飽和度分析電子器件。在這些電子裝置中，將兩類不同波長的光透過病人的手指投射到一個光電二極管上來測量血氧水平。測量每個波長光上發生變化的氧氣吸收率，從而確定脈沖動脈血本身造成的吸收率。這種光學測量類型中采用的電子裝置也可被配置為全新類型的心率監視器。如圖3所示，不是去測量血氧水平，而是用發光二極管 （LED） 來照亮皮膚，然后測量透射或反射到一個光電二極管的光量來監測每個心動周期所導致的動脈血量的變化。每個心動周期表現為一個峰值，此峰值與一次心跳相關聯。這種基于光學的心率感測技術類型的使用也會變得十分普遍。此類技術會形成整個全新的運動和健身心率監視器以及配件市場。這些監視器和配件能夠在手腕或其他與皮膚的地方執行測量，同時又不用佩戴使人感到不適的胸帶。

　　更多的未來應用也會從此類先進的生物激勵電子技術中受益。由于有其他多個生理系統會對流向皮膚的血液流量進行調節，同樣類型的光學方法也可被用來監視呼吸和其他循環系統的生理狀況。組裝在其他系統中（諸如汽車的方向盤）的光學傳感器，通過心率或呼吸相關性測量，可以用簡單的手掌接觸方式采集駕駛員信息，例如焦慮水平或疲勞程度。這些應用，以及生物激勵感測的其他用法一定會將健康、健身和安全意識引入到我們生活的方方面面。

　　圖3. 可以用發光二極管 （LED） 來照亮皮膚，然后測量反射到一個光電二極管的光量來監測每個心動周期。

　　TI解決方案有助于滿足系統要求

　　健康和健身電子裝置必須小巧、重量輕并且薄，這樣才能使他們易于佩帶或者組裝到便攜式配件中。這些電子器件還要在無需再次充電的情況下運轉很長時間，因為即使每天充電一次，用戶也會覺得比較麻煩。為了滿足這些要求，電子電路通常需要將高級感測和信號調節組合到全集成模擬前端 （AFE），以實現系統優化。如果需要其他數據處理能力，功耗極低的微控制器 （MCU） 可以存儲算法并且執行必要的計算。這些系統經常需要無線通信，這樣的話，智能手機或其他器件可以訪問或顯示信息，并且將這些信息傳遞至醫療人員能夠訪問的中央系統。這些核心系統功能全都依賴于調節電池電量使用和存儲的電源管理器件。在某些情況下，其他IC可被用來調節來自佩帶人員體溫或運動的能量采集。

　　基于這些要求，TI正在開發可實現下一代健康和健身應用的全新技術，其中包括針對生物激勵和其他感測應用設計人員的多種高集成AFE器件。其他TI技術還包括大范圍的MSP430TM MCU。低功耗ZigBee和Bluetooth無線互聯互通解決方案，以及電源管理器件的領先產品組合可選擇進行體溫和身體運動的能量采集。針對生物激勵感測應用的另外一個重要特色領域是TI的先進封裝技術，它可提供晶圓級芯片封裝 （WCSP），以便在可穿戴設備中實現最薄、最小的芯片安裝。

　　健康和健身應用的參考設計

　　全新健康和健身產品的開發人員常常是小公司中的創新者，他們在系統設計方面也許缺乏足夠的專業知識，所以IC解決方案需要具有良好的技術支持、靈活性并且易于使用。通過其TIDesigns 參考設計庫，TI可以滿足這些開發人員的需要。通過使用電路原理圖、方框圖、物料清單 （BOM）、設計文件和測試報告，設計人員可以使用整個綜合性的參考設計庫，以便在系統設計方面占得先機，加快產品上市時間。

　　圖4. TIDesigns 光學心率參考設計。

　　涵蓋了TI的模擬、嵌入式處理器和連通性產品的產品組合，這些參考設計由深入了解系統和產品知識的技術專家創作而成。多種健康和健身應用TIDesigns可提供完整的、端到端解決方案，這些解決方案具有針對傳感器和信號調節的AFE，加上超低功耗MCU和Bluetooth低能耗連通性。

　　圖4中就是這樣一個TIDesign （TIDA-00011），其中展示了一個典型的光學、佩帶在手腕上的心率系統應用。這個手腕佩帶式心率監視器參考設計說明了TI技術是如何組合在一起來提供完整解決方案的。使用一個LED到光電二極管光信號的轉換，TI的AFE4400感測由佩帶者脈搏跳動所引起的皮膚表面變化，然后將模擬信號放大并轉換為數字信號，然后再將此數字信號傳遞給MSP430 MCU。基于TI SimpleLinkTM Bluetooth低能耗CC2541無線MCU的模塊提供到智能手機或其他本地系統的無線連接。非易失性鐵電隨機存儲器提供數據記錄功能，而加速計感測身體運動。此參考設計還包括管理電池電量和不同系統功能的器件。希望設計此類終端設備的開發人員可以從TI直接訪問所有內容，原樣搭建這一系統，并且立即運行。在這里，要定制解決方案，開發人員只需添加其自己的知識產權即可。

　　提升監視功能，幫助創建一個更健康的世界

　　全球人口老齡化日趨嚴重。發展中國家較高的生活水平。越來越精明的醫療消費者。所有這些因素都促使醫療形式發生根本性的變化。在這種全新的醫療形式中，醫療人員的能力得以拓展，并且使得普通人能夠更加有效地關注個人健康狀況。

　　先進的電子技術正在幫助我們用全新的生物激勵感測和監視器件來應對這些挑戰。這些治療器件在佩帶上比較隱蔽，而又能幫助我們時刻了解我們身體狀態和健康情況。這些發展中的很多內容得益于大型醫院系統向小型化、可穿戴器件的長期技術遷移和演變，而同樣的IC技術也被擴展至其他安全和移動領域。

　　TI，作為大范圍醫療、健康和健身設備中所使用的IC器件的領先供應商，用其淵博的專業知識來應對高性能和大批量應用所帶來的挑戰。當全世界都在尋找新方法來滿足不斷增長的醫療服務需要的時候，TI正在加緊創新，每一天都未曾停止，力求提供那些使人們生活得更開心、更健康的IC技術。

　　TIDesigns光學心率參考設計：www.ti.com/corp-inn-innmed-wp-tidesigns