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多波長光學測量,,實現(xiàn)傳統(tǒng)的SpO2測量無法實現(xiàn)的功能

2019-03-30

  光電容積脈搏波描記術(shù)(Photoplethysmography,PPG)是一種用于心率監(jiān)測儀(HRM)和外周毛細血管氧飽和度(SpO2)測量的流行光學技術(shù),。它簡易方便,,因為只需將LED和光電探測器(PD)連接到身體上即可。

  PPG的基本理論基于人體組織的光吸收變化,,這與氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的相對濃度的變化相關,。由心臟收縮和舒張引起的血容量變化可用于估計動脈血氧飽和度。

  實現(xiàn)傳統(tǒng)的參數(shù)測量無法實現(xiàn)的功能

  可參考我們最新的參考設計了解更多信息,,“支持Bluetooth?5的多波長光學HRM和SpO2監(jiān)控參考設計,。"

  PPG信號易受運動偽影的影響,這取決于光源的波長,。光吸收以及因此進入組織的穿透深度取決于波長,。紅外和近紅外(NIR)等較長波長的吸收相對較低,可實現(xiàn)更深入的組織穿透,。諸如綠色和藍色等波長較短的光被黑色素強烈吸收,;因此,進入組織的穿透深度相對較淺,。因此,,紅色和近紅外光PPG受制于偽影,而綠色和藍色光PPG相對沒有偽影。


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  圖1所示為波長為400至1,000 nm的光信號的皮膚穿透深度,。

  圖1:顯示一系列不同波長光源的光學穿透深度(δ)

  在多路復用配置中使用多個LED和PD可實現(xiàn)多波長測量和監(jiān)測,。每個二極管和檢測器可支持不同波長,也可以多路復用的方式(在不同的采樣階段)使用,,以監(jiān)控不同的參數(shù),。

  采用Bluetooth?5的多波長光學HRM和SpO2監(jiān)控參考設計采用AFE4420單芯片生物傳感前端,同時支持四個LED和四路時分多路復用光電探測器輸入,。它集成了靈活的LED驅(qū)動器和光電探測器的完整接收器鏈,。

  信號采集最多可在16相完成,且每相都可靈活分配LED和PD(參見圖2),。它與CC2640R2FSimpleLink?藍牙低功耗無線微控制器(MCU)通信,,后者通過串行外設接口或I2C集成了Arm?Cortex?-M3和2.4-GHz射頻(RF)收發(fā)器。該設計支持使用聯(lián)合測試行為組織連接捕獲有線數(shù)據(jù),,并通過Bluetooth 5將其發(fā)送捕獲無線數(shù)據(jù),。

  圖2: 多波長光學HRM和SpO2監(jiān)控參考設計框圖

  該設計的主要特點包括:

  ·用于計算心率、SpO2和其它相關參數(shù)的原始PPG數(shù)據(jù),。AFE4420在市場上具有獨特的集成度、低功耗和尺寸,,并提供超低功耗模式的靈活性和集成的先進先出功能,,可使MCU保持睡眠模式,以延長電池壽命,。

  ·使用CC2640R2F實現(xiàn)無線連接,。CC264R2F集成Arm Cortex-M3和2.4-GHz RF收發(fā)器支持Bluetooth 4.2和5.0配置文件,也可用作主機處理器,。內(nèi)部DC/DC轉(zhuǎn)換器有助于提高整體系統(tǒng)效率并延長電池壽命,。內(nèi)置的低電池檢測算法有助于減少可穿戴應用中的外部組件。

  ·使用紐扣電池進行低功耗操作,。該設計采用單個3-V,、500 mA Cr3032紐扣電池,經(jīng)測試可連續(xù)運行100小時,;若不間斷傳送,,則電池壽命為30天。

  該參考設計專為醫(yī)療,、個人健康護理和健身應用而設計,,并附有設計指南、原理圖,、布局圖和物料清單文件,,可助您快速評估和加速產(chǎn)品開發(fā)。它有助于實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄功能,并支持針對不同配置的優(yōu)化,。


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