连续无创式血压解决方案

静子猪

转自：https://ez.analog.com/cn/other/f/forum/102447/thread

知识贴，ADI工程师实例讲解连续无创式血压解决方案，有兴趣的可以了解一下~

高血压是当今最主要的医疗问题。为了有效地控制高血压，我国于2017年颁布了“国家基层高血压防治管理指南”，并试图通过早期预防来控制高血压患病率。虽然采用传统的袖带无创式血压(NIBP)设备测量血压的效果已经很好，但使用袖带操作的用户体验不是很好。这类NIBP设备使用柯式音法来监听血液的振动情况，并获取在固定或较长时间间隔(通常超过15分钟)内的收缩压和舒张压。

连续无创式血压(CNIBP)测量是一种实时或以较短时间间隔监测人体收缩压和舒张压的技术。与上述传统的袖带无创式血压(NIBP)测量不同，CNIBP提供了一种连续、舒适的血压测量方法，可以非常方便地集成于现有的腕带、手表等可穿戴设备平台。

脉冲传输时间(PTT)方法是CNIBP应用中的一个研究热点，其原理是识别体积描记器(PPG)波形的关键特征节点，并计算当前PPG信号和其他参考信号（如体积描记器(PPG)、心电图(ECG)和心冲击描记图(BCG)）之间的时间延迟。因此，可采用单独的PPG、多个PPG、PPG+ECG和PPG+BCG几种组合方式，我们以PPG+PPG和PPG+ECG组合为例，如下图1所示。

图1左侧显示了适合CNIBP应用的多个PPG解决方案。血压值可以通过多个PPG信号特征点之间的时间延迟来计算，这些特征点需要先用软件进行预处理和识别。放置PPG传感器的位置不是固定的，但要尽可能地获得足够长的延迟时间，在沿着动脉血管的方向上距离越大延时越大。因此，如果紧凑型可穿戴设备的传感器放置非常紧凑，我们必须能够更快地获取数据。此外，获得的PTT与绝对时间延迟无关，需要通过算法获得最终血压。

图1右侧显示了用于CNIBP解决方案的PPG和ECG组合。在这种情况下，PPG信号是在单手的手腕或手指上获取，而ECG信号则是在双手上获取。我们必须在时域上同步并追踪信号，以方便后续的数据及算法处理，如图2所示同步后的PPG和ECG信号。

设计考虑和主要挑战

》》多传感器同步

•更高的采样速率，以获得较佳的时序精度

•使用单独的同步ADC进行数据采集

•多个传感器共用一个具有固定通道延迟时间的ADC

》》适应复杂的使用环境

•肤色效应，黑色素会大大减弱回光

•毛发皮肤效应，头发提供镜面反射路径以及比正常信号更强的回光

•运动效应，运动使PPG信号漂移并改变光传输路径

•环境光效应，必须抑制并为正常信号留足够的空间\

》》人体工程学设计

•易于使用

•防止误操作设计

•高度可靠、高灵敏度的传感器设计

》》传感器技术

•多传感器融合，例如同步PPG和ECG信号，以便尽量减少信号延迟的影响

•选择具有良好生物兼容性的传感器材料，尤其对ECG电极而言

•低功耗下具有高灵敏度电池寿命和功耗

•受电池尺寸限制，可穿戴设备需要低功耗设计

•提供能量采集功能，以增强电池寿命

•选择低功耗传感器和深度FIFO，以便尽量缩短处理器的唤醒时间

•低功耗处理器和外设X连接技术

•需要低功耗蓝牙、WIFI连接以访问其他智能设备

•数据同步和应用程序自动升级

ADI公司提供大量的高集成度PPGAFE、ECGAFE、低功耗MCU、电源管理解决方案和灵活的分立元件，使可穿戴CNIBP应用的产品质量和可靠性达到最佳程度。此外，ADI公司还提供评估板、仿真工具和应用专业技术，为客户的设计和开发工作提供支持。

图3显示了集成分立元件解决方案的多传感器融合图，使用模拟MUX开关很容易扩展更多的传感器。这些传感器通过模拟MUX开关、ADC扫描进行同步，并逐个采集传感器数据，采样时间间隔取决于ADC采样速率和通道数，而且是固定的。

注：上述信号链代表智能可穿戴医疗健康设备系统。在具体设计中，模块的技术要求可能不同，但下表列出的产品代表了满足部分要求的ADI解决方案。

主信号链：基于AFE的器件

根据图3，一些分立元件可以由最新的高集成度模拟前端(AFE)取代。有些AFE或模块已包含上述分立元件、模拟MUX开关和ADC，因此我们只需选择一个AFE作为主机，并获取所有其他传感器的数据。图4显示了集成AFE解决方案的多传感器融合，将PPG选为主机传感器以便同时获取PPG和ECG信号。此外，可通过SPI或I2C接口读取主机传感器数据。有关产品选型详情，请参见下表。

Andy126