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擦亮眼睛!看清穿戴医疗终极目标

[导读] 新日本无线广告企划课的张挺先生表示,传感器是任何可穿戴设备的最初必要环节,它的测量精确度直接关系到后面数据的处理和输出的准确性,同时会根据不同使用条件、用途和环境而需求大相径庭。

关键词:可穿戴设备智能医疗光电传感器

随着云服务、智能器件、网络等技术的进步,无论谁都可以在短时间内并且廉价实现物联网(IoT)的时代已经到来。所有产业都在创新、速度、全球化以及智能等方面慢慢开始着变革,这次变革被称为第4次产业革命,这其中会创出各种先端技术,其中就包括可穿戴设备和智能医疗电子。

当前的智能医疗市场还处于不完善不成熟的发展阶段,虽然各个厂家都推出了自己的方案,但是市场一直处于外热内冷的阶段,并没有一个系统且有效的应用产品震撼市场。真正的原因除了成本之外,最主要的还在“智能”和“医疗”这两个关键字上。所谓的“智能”就是指能否像机器人那样,无论遥控、声控还是手势控制,只要发出命令就可以听从指挥;“医疗”所指是能否像医院那样具备精确测量并可以正确诊断病情。当然这是大家所关心的,也是智能可穿戴医疗市场的终极目标。鉴于此,电子发烧友网《智能医疗特刊》诚邀新日本无线电子元器件事业部第一产品企划部广告企划课张挺先生探讨可穿戴医疗领域相关问题。

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新日本无线广告企划课的张挺先生表示,传感器是任何可穿戴设备的最初必要环节,它的测量精确度直接关系到后面数据的处理和输出的准确性,同时会根据不同使用条件、用途和环境而需求大相径庭。

新日本无线广告企划课的张挺先生指出,新日本无线在医疗电子领域主要以接触入口端(传感器)为主展开布局,推出了各种样式组合的反射式光电传感器,让测量更准确,应用更广泛、成品研发更简单,为配合可穿戴设备应用的目的,还从音频发声部件、无线连接射频器件等方面推出了小型、低功耗的相应产品和解决方案,这3块是主推的针对智能可穿戴设备的主力产品。

  重拳出击 推出可穿戴设备主打产品

可穿戴式设备、便携式医疗设备市场确实发展很快,为现有产品群的重新设计开发再创造了一次大展宏图的机会。对此张挺先生表示,现有产品群的重新设计开发并不是说重新利用现有产品,而是在现有产品的基础上,不仅要再次缩小尺寸,而且也要大幅度的降低功耗,除此基本设计之外,新功能的开发也是必不可少的。同时表示,在新功能的开发上,除了不同种类产品之间的结合之外,新用途的开发也是新日本无线今后产品的目标。

在谈到具体的产品上,张挺先生谈道,目前主要推反射式光电传感器,此产品是针对可穿戴设备特别开发的主打产品,以反射式测量方式来改变现今的指夹式测量方式。反射式光电传感器是内置有发光LED和受光二极管或晶体管的一体化封装小型产品。

用于生命体征检测的反射式光电传感器,主要特点就是利用反射光进行测量,比以往的指夹式测量方式在测量部位上应用更加广泛,凡是可以测量到血压的任何部位都可以采用此产品测量。张挺先生表示,反射式光电传感器不会像指夹式那样有任何压迫感,只需器件接触体表就可以轻松测量了。

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与此同时,配合各种应用用途,新日本无线主要推出了3种光的组合,红光和红外线更适合测量血氧,绿光更适合测量血压,指定发光波长的最大偏差只有10nm,具有高S/N比的特性,精确度会很高,并且受光部件也配有高灵敏度的光电二极管或光电晶体管,只接收指定波长的光。

除了封装小型之外,张挺先生指出,还有适合量产的可回流焊的特点,生产过程不会给精度造成任何影响,由于是用于身体近接触应用,在用材上采用的都是环保材质,并且采用的LED的光线频率也是偏低范围,所以对皮肤不会有任何副作用影响,光电传感器的一般功耗在10~230uW,所以在穿戴测量时,不会感到任何发热现象。

为了便于传感器的其他应用,还备有照度传感器产品,只用于感光用途,对于需要自定义发光波长和感光位置的用户,可以自行设计配置自己所需的发光LED。这样,传感器的应用会更加广泛,设计会更加自由。

除此之外,在可穿戴应用上,新日本无线也推出了小型、低功耗的蜂鸣器驱动器和射频前端模块,为可穿戴设备的发声功能和无线通信功能提供简单优质的解决方案。

新日本无线产品的总体主要特点就是测量准确、设计方便、性能卓越、品质保障。

攻克难关 剖析产品设计层层挑战

脉搏是血液随心脏收缩而挤压流入动脉血管造成动脉血管压力变大管径扩张,而反射式光电传感器就是利用血液对可见光到红外线范围区域的光吸收特性(随着血液中血红蛋白量的变化,皮肤光学参数的变化),当血液量增减时,通过检测反射光的变化量从而知道动脉血管管径扩张变化的一种检测方法。

张挺先生指出,脉搏血氧仪是通过测量血液中含氧血红蛋白的比例(血氧饱和度)来判断隐患疾病或疾病的恶化程度。当血液遇到红光时,呈红色的含氧血红蛋白(HbO2)对红光吸收率较低,红光会大部分反射和透射过去;而呈黑色的去氧血红蛋白(Hb)对红光吸收率较高,反射和透射的光就会相对少。而红外线对含氧和去氧血红蛋白的吸收率一样,反射量就都一样。比较受光元件收到的这两种反射光的大小就可以知道HbO2和Hb的比例,也就是血氧饱和度。

在此其中,主要的难点技术是LED和受光元件的配置以及LED和受光元件之间隔板的设计以及封装技术。张挺先生表示,根据LED发光的强弱和配置距离以及隔板高度的最佳组合设计,能够获得较高S/N的血管反射信号,采用了LED的对称配置,并让受光元件位于LED之间,此构造下,即使检测部位偏转不定,也不会影响对检测信号的精度计算。

精准布局 瞄准中国医疗电子市场

当前中国医疗电子市场还处于初级发展阶段,还有很多很多的发展空间。张挺先生指出,中国病情诊断和治疗还比较依赖于医院,而医院的服务质量和设备人手不足,造成慢性疾病患者或轻微症状患者不能够得到长期有效的诊断和对症治疗,似乎无论病症轻重,都按重症治疗方法来处置。人们平时对身体健康的持续观测也缺乏认识,普遍都是有病才投医,造成轻患不能及时发现,医疗电子在中国家庭的普及还有很长一段路程,从对身体健康观测的认识到家用医疗设备的购置,便携式医疗设备的价格普及和精确度等同于医院设备以及操作性的老幼皆知都是必不可少的。

最后,张挺先生强调,新日本无线进入中国市场主要持有两种策略方针:一是从产品的性能上;二是从产品的质量上。简单说产品性能,其实包括各方面的改进:其一,产品的功能要全,能满足各种用户要求,并且追求新颖,为客户提供意想不到的解决方案;其二,产品的精度要高,保证测量数据的准确性,误差降到最低。同时,在产品的质量上要顾及各种使用环境,针对恶劣或不稳定环境,产品的性能指标要保证稳定不变;并且除了耐用的品质保障之外,还精选用材,对环境和人体不产生任何危害。

 展望未来 物联网技术十大发展趋势

今后,为实现全球物联网构造的形成,张挺先生指出,有十种技术、产品或服务是必须的:一是智能器件,作为M2M和M2P的架桥被期待利用;二是公共云,通过使用SaaS/PaaS/IaaS,更容易在全球规模展开系统构筑;三是面向IoT的PoC云服务;四是极小极薄的传感器;五是无线传感网络,希望低功耗且多点连接;六是近距离无线通信;七是普适计算模块,指IoT/M2M设备、装置、终端嵌入的3G/LTE通信模块;八是面向IoT的SoC的开发;九是单板机的开发,既小型又廉价,可利用各种开发语言,用GUI或浏览器运行,具有GPIO等高性能多功能的计算机;十是利用自然环境发电解决对IoT的电源供给问题,实现长期持续且无需维护的理想新能源。

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责任编辑:刘世隆