下一代可穿戴設備作為診斷和監控設備，通過添加人工智能和云分析，將醫療保健領域從被動變為主動，以促進對各種狀況的整體評估。這些可穿戴設備中的大多數都連接到物聯網系統中，因此可以方便患者在家中進行醫療治療。

隨著患者的日常生活，智能溫度計和聯網吸入器等醫療級可穿戴設備為醫療保健專業人員提供了更大的數據集。然而，這些可穿戴設備必須將無縫連接和更長的電池壽命與小尺寸、易于集成和傳感器精度相結合。

醫療腕帶和智能手表等注重健康和生活方式的消費設備專注于預防和維護，而不是治療。消費類可穿戴設備提供健康跟蹤功能，如血氧飽和度監測、睡眠跟蹤、心電圖 (ECG) 感應和心臟健康監測。

單個可穿戴設備可以監測多個生物標志物——體溫、血壓、身體水分、酒精、乳酸和葡萄糖趨勢——同時實現對一個人的健康和幸福的實時和非侵入性監測。德勤預測，到 2024 年，可穿戴醫療傳感器市場將以19% 的復合年增長率增長，到 2024年智能手表/健身追蹤器出貨量將達到 2.8 億只，可穿戴醫療傳感器出貨量將達到 1.6 億只。

消費級和醫療級可穿戴設備設計的硬件和軟件領域正在發生很多事情。首先，讓我們看一下故事的硬件方面。

智能手表提供健康跟蹤功能，如血氧飽和度監測、睡眠跟蹤、心電圖感應和心臟健康監測。（來源：Shutterstock）

生物醫學芯片實驗室

在醫療保健應用的可穿戴設備設計方面，中小型半導體公司看起來相當突出。以Onera Health為例，這是一家荷蘭裔美國公司，總部位于比利時的納米電子研究中心 imec。Onera Health 最近展示了一種用于可穿戴設計的超低功耗生物信號芯片。

其生物醫學片上系統 (SoC) - 能夠獲取和處理多個生物信號 - 現在可用于為醫療保健應用的廣泛可穿戴設備提供服務。這家總部位于荷蘭埃因霍溫的半導體公司聲稱，其 Biomedical-Lab-on-Chip 將臨床級生理測量和分析與超低功耗相結合，以更好地服務于空間受限的醫療可穿戴設計。

Onera 在拉斯維加斯的 CES 2022 之前展示了其生物醫學芯片實驗室。（來源：Onera Health）

它是一個多通道傳感器讀出系統，具有集成的數據處理、電源管理和接口功能。廣泛的片上生物醫學傳感器讀數包括 10 個讀數，用于 ExG、EEG、ECG、EMG 和 EOG 覆蓋；兩個生物阻抗讀數；和兩個用于光電容積描記術 (PPG) 的讀數。該芯片還提供大量 SRAM 和嵌入式閃存，以支持具有精確數據同步的多個數據流。

此外，該生物醫學芯片具有多個標準接口：通用異步接收器/發送器 (UART)、串行外圍接口 (SPI)、I 2 C 和 I 2 S。接口部分對于準確可靠地測量陣列心電圖、溫度和差分電容等生命體征。

此外，必須設計一個醫療保健接口 IC，以服務于醫療保健可穿戴設備和健身追蹤器的各種家用和一次性醫療傳感器。例如，EnSilica 推出的ENS62020傳感器接口 IC 旨在與物聯網處理器一起工作，每個傳感器僅消耗約 10 μA 的電流。

ENS62020 接口 IC 具有高靈敏度電容傳感器接口，使其適用于采用 MEMS 傳感器的設計。它包含兩個光電二極管驅動器/光電探測器讀數、兩個差分 ECG 傳感器通道，適用于噪聲水平 <1.6-μVrms 的三導聯 ECG、一個高靈敏度電容傳感器通道、一個溫度傳感器和一個低功耗模數轉換器.

軟件方面

軟件方面也有很多動作。Zepp Health最近推出了用于可穿戴設計的黃山 2S 芯片，還發布了智能手表操作系統 (OS)。該公司聲稱，Zepp OS 的大小為 55 MB，是該公司之前的 Amazfit OS 大小的 1/10，是 Apple WatchOS 8 大小的 1/28。

Zepp OS 支持 4G/5G 模塊，并集成 TCP/IP 網絡協議，讓智能手表無需智能手機即可直接連接云端。此外，它還具有穩定的藍牙通道，可與智能手機、智能家居、支付系統和其他醫療保健設備連接。其小程序框架使開發人員能夠利用公司生物傳感器陣列和人工智能芯片的數據創建新的應用程序。

Zepp Health 已將用于可穿戴設計的 Zepp OS 和 Huangshan 2S 芯片授權給中國的億通科技，億通科技正在利用這些技術構建模塊與汽車和智能家電建立連接。

用于活動監控、上下文和手勢識別的軟件算法構成了可穿戴設計方案的另一個關鍵部分。例如，Maxim Integrated 的 MAXREFDES104# 評估和開發平臺用于健康感應可穿戴應用，現在是 Analog Devices Inc. 的一部分，它具有一個生物識別算法集線器，其中嵌入了心率、血氧飽和度和 ECG 算法。算法輸出和原始數據可以通過藍牙傳輸到 PC GUI，用于演示、評估和定制開發。

健康傳感器可穿戴平臺集成了二合一的 PPG 和 ECG 模擬前端傳感器、人體溫度傳感器、微控制器、電源管理 IC 和三軸加速度計。醫療可穿戴設計解決方案采用 3D 打印外殼。

下一代醫療可穿戴設備

消費級和醫療級可穿戴設備繼續小型化，同時提高其測量和分析能力。與此同時，可穿戴設計生態系統繼續圍繞診斷和監控任務的硬件和軟件構建塊構建。

醫療可穿戴設計方面的此類突破可以幫助數百萬人在與睡眠、神經、心臟和呼吸護理相關的健康疾病和慢性病中苦苦掙扎。在這里，雖然功能強大的 SoC 繼續提高處理性能和降低功耗，但算法正在得到增強，以有效地執行血壓測量等任務。

圍繞這些硬件和軟件構建塊構建的下一代醫療可穿戴設備可用于各種醫療保健環境。這些設備使臨床醫生能夠使用可操作的數據進行個性化護理。此外，這些可穿戴設備為各種臨床和非臨床環境中的醫生提供生理和健康相關數據，以優化患者護理并降低醫療成本。

在物聯網和云技術的幫助下，可穿戴設備在醫療保健領域繼續受到關注。而 Covid-19 大流行只會加劇對消費級和醫療級可穿戴設備的需求。

審核編輯 黃昊宇