下一个医疗前沿：互联可穿戴设备

下一代可穿戴设备作为诊断和监控设备，通过添加人工智能和云分析，将医疗保健领域从被动变为主动，以促进对各种状况的整体评估。这些可穿戴设备中的大多数都连接到物联网系统中，因此可以方便患者在家中进行医疗治疗。

随着患者的日常生活，智能温度计和联网吸入器等医疗级可穿戴设备为医疗保健专业人员提供了更大的数据集。然而，这些可穿戴设备必须将无缝连接和更长的电池寿命与小尺寸、易于集成和传感器精度相结合。

医疗腕带和智能手表等注重健康和生活方式的消费设备专注于预防和维护，而不是治疗。消费类可穿戴设备提供健康跟踪功能，如血氧饱和度监测、睡眠跟踪、心电图 (ECG) 感应和心脏健康监测。

单个可穿戴设备可以监测多个生物标志物——体温、血压、身体水分、酒精、乳酸和葡萄糖趋势——同时实现对一个人的健康和幸福的实时和非侵入性监测。德勤预测，到 2024 年，可穿戴医疗传感器市场将以19% 的复合年增长率增长，到 2024年智能手表/健身追踪器出货量将达到 2.8 亿只，可穿戴医疗传感器出货量将达到 1.6 亿只。

消费级和医疗级可穿戴设备设计的硬件和软件领域正在发生很多事情。首先，让我们看一下故事的硬件方面。

智能手表提供健康跟踪功能，如血氧饱和度监测、睡眠跟踪、心电图感应和心脏健康监测。（来源：Shutterstock）

生物医学芯片实验室

在医疗保健应用的可穿戴设备设计方面，中小型半导体公司看起来相当突出。以Onera Health为例，这是一家荷兰裔美国公司，总部位于比利时的纳米电子研究中心 imec。Onera Health 最近展示了一种用于可穿戴设计的超低功耗生物信号芯片。

其生物医学片上系统 (SoC) - 能够获取和处理多个生物信号 - 现在可用于为医疗保健应用的广泛可穿戴设备提供服务。这家总部位于荷兰埃因霍温的半导体公司声称，其 Biomedical-Lab-on-Chip 将临床级生理测量和分析与超低功耗相结合，以更好地服务于空间受限的医疗可穿戴设计。

Onera 在拉斯维加斯的 CES 2022 之前展示了其生物医学芯片实验室。（来源：Onera Health）

它是一个多通道传感器读出系统，具有集成的数据处理、电源管理和接口功能。广泛的片上生物医学传感器读数包括 10 个读数，用于 ExG、EEG、ECG、EMG 和 EOG 覆盖；两个生物阻抗读数；和两个用于光电容积描记术 (PPG) 的读数。该芯片还提供大量 SRAM 和嵌入式闪存，以支持具有精确数据同步的多个数据流。

此外，该生物医学芯片具有多个标准接口：通用异步接收器/发送器 (UART)、串行外围接口 (SPI)、I 2 C 和 I 2 S。接口部分对于准确可靠地测量阵列心电图、温度和差分电容等生命体征。

此外，必须设计一个医疗保健接口 IC，以服务于医疗保健可穿戴设备和健身追踪器的各种家用和一次性医疗传感器。例如，EnSilica 推出的ENS62020传感器接口 IC 旨在与物联网处理器一起工作，每个传感器仅消耗约 10 µA 的电流。

ENS62020 接口 IC 具有高灵敏度电容传感器接口，使其适用于采用 MEMS 传感器的设计。它包含两个光电二极管驱动器/光电探测器读数、两个差分 ECG 传感器通道，适用于噪声水平 <1.6-µVrms 的三导联 ECG、一个高灵敏度电容传感器通道、一个温度传感器和一个低功耗模数转换器.

软件方面

软件方面也有很多动作。Zepp Health最近推出了用于可穿戴设计的黄山 2S 芯片，还发布了智能手表操作系统 (OS)。该公司声称，Zepp OS 的大小为 55 MB，是该公司之前的 Amazfit OS 大小的 1/10，是 Apple WatchOS 8 大小的 1/28。

Zepp OS 支持 4G/5G 模块，并集成 TCP/IP 网络协议，让智能手表无需智能手机即可直接连接云端。此外，它还具有稳定的蓝牙通道，可与智能手机、智能家居、支付系统和其他医疗保健设备连接。其小程序框架使开发人员能够利用公司生物传感器阵列和人工智能芯片的数据创建新的应用程序。

Zepp Health 已将用于可穿戴设计的 Zepp OS 和 Huangshan 2S 芯片授权给中国的亿通科技，亿通科技正在利用这些技术构建模块与汽车和智能家电建立连接。

用于活动监控、上下文和手势识别的软件算法构成了可穿戴设计方案的另一个关键部分。例如，Maxim Integrated 的 MAXREFDES104# 评估和开发平台用于健康感应可穿戴应用，现在是 Analog Devices Inc. 的一部分，它具有一个生物识别算法集线器，其中嵌入了心率、血氧饱和度和 ECG 算法。算法输出和原始数据可以通过蓝牙传输到 PC GUI，用于演示、评估和定制开发。

健康传感器可穿戴平台集成了二合一的 PPG 和 ECG 模拟前端传感器、人体温度传感器、微控制器、电源管理 IC 和三轴加速度计。医疗可穿戴设计解决方案采用 3D 打印外壳。

下一代医疗可穿戴设备

消费级和医疗级可穿戴设备继续小型化，同时提高其测量和分析能力。与此同时，可穿戴设计生态系统继续围绕诊断和监控任务的硬件和软件构建块构建。

医疗可穿戴设计方面的此类突破可以帮助数百万人在与睡眠、神经、心脏和呼吸护理相关的健康疾病和慢性病中苦苦挣扎。在这里，虽然功能强大的 SoC 继续提高处理性能和降低功耗，但算法正在得到增强，以有效地执行血压测量等任务。

围绕这些硬件和软件构建块构建的下一代医疗可穿戴设备可用于各种医疗保健环境。这些设备使临床医生能够使用可操作的数据进行个性化护理。此外，这些可穿戴设备为各种临床和非临床环境中的医生提供生理和健康相关数据，以优化患者护理并降低医疗成本。

在物联网和云技术的帮助下，可穿戴设备在医疗保健领域继续受到关注。而 Covid-19 大流行只会加剧对消费级和医疗级可穿戴设备的需求。

审核编辑 黄昊宇