远程医疗方式正在颠覆传统的医疗行业,主要有三大驱动力:首先,关键生命体征传感技术的创新加速了人们对医疗数据的采集,也使得人们对医疗健康监护的获取有了更全面的途径,可穿戴医疗健康设备持续的新增更多临床检测功能,使远程病人监护有了更全面、更综合的方案;第二,医疗健康费用方面,全球的总体花费遭遇通货膨胀的速度增加,当前的总量约9万亿美元,远程病人监护能有效降低医疗成本,不管从近期还是远期来说,都能改善健康护理的结果,并且提高生活质量;第三,传统的医疗健康护理一直集中在特定的医疗机构,这就意味着病患必须到这些场所才能获取相关的监测或者治疗,去中心化的医疗健康护理将会提升便捷度,并且可以做到早期检测,离成功治愈更近一步。

 

在这些驱动力之下,支撑远程医疗实现的可穿戴医疗产品这几年呈快速发展态势。市场研究公司Yole Developpement 2020年的报告显示,医疗健康可穿戴产品的市场规模预计将从2019年的3.47亿件持续增长到2025年的7.54亿件,年复合增长率达到14%,主要驱动力来自医疗类穿戴和消费类穿戴两大市场对多项关键生命体征监测的需求。
 

 

日前,Maxim Integrated电池电源方案事业部执行总监Karthi Gopalan在采访中表示,生活和消费电子设备正在加入更多的医疗追踪功能以获得更大的市场占有率,与此同时,传统的医疗器械厂商也在积极地制造外观时尚、更像是消费电子的设备,两个市场正在逐渐靠拢、融合。Maxim Integrated工业与医疗健康事业部医疗健康产品线总经理Andrew Baker也认为,可穿戴设备会越来越多去获取相关医疗部门监管的认证,消费类和医疗类的界限会变得越来越模糊。

 

融合了医疗追踪功能的可穿戴设备,当前主要面临五大挑战:佩戴的舒适性、测量精度、电池寿命、充电时间、以及集成更多监测功能之后所需提供的全方位的数据。这对模拟前端、电源管理芯片都带来了全新的挑战。Maxim如何帮助可穿戴设备厂商应对这些挑战?

 

单片可测量四项生命体征信号的模拟前端MAX86178

 

Maxim日前推出MAX86178三系统生命体征模拟前端(AFE),一片即可测量四项生命体征信号,能够简化可穿戴远程病人监测(RPM)设备的设计。这一高度集成的方案,与传统分立式方案相比,新方案尺寸缩小了30%;与上一代模拟前端MAX86176相比,在测量心率和SpO2的光学PPG子系统、单导联ECG子系统基础上,新增了测量呼吸率的生物电势和生物阻抗(BioZ)子系统,可提供更为丰富的数据。

 

MAX86178在2.6mm x 2.8mm的封装内集成了PPG、ECG和BioZ三种测量系统,可获取四项常见生命体征:心电图(ECG或EKG)、心率(ECG或光学PPG)、血氧饱和度(SpO2)和呼吸率(采用BioZ)。此外,MAX86178还支持光学PPG和ECG同步定时,帮助测量衍生健康指标。

 


 
Andrew Baker认为,可穿戴医疗设备的长期佩戴对很多慢性病的监测非常有帮助,成本低,效果好,用户的接受度也高。它提供的实时测量数据以及历史数据在医疗数据分析中至关重要,进而可以转化为具体有用的可执行结论,让每一个个体在自己的潜在健康问题累计发展成慢性病之前,清楚地认识到这些健康风险。如果能将现在的测量方式从现在需要病人主动配合,变成更多无感知的被动式测量,就能够更好的增加用户黏性。

 

考虑到下一代可穿戴PRM需要工作在较低功耗,来支持使用更小的电池或延长电池寿命,满足更方便的充电要求。为了支持超低功耗特性,MAX86178还为每个子系统提供了可配置的选项,以优化具体应用场景下的电池寿命。同时,ADI还提供MAX20343升/降压调节器,以及MAX20360电源管理IC作为MAX86178的电源优化方案。

 

 

单电感多输出(SIMO)电源管理IC MAX77659

 

在电源管理方面,Maxim最新推出的单电感多输出(SIMO)电源管理IC MAX77659提供更高的集成度,它集成了开关模式升/降压充电器,能够将可穿戴和耳戴式设备充电的速度提高4倍,只需充电10分钟即可为可穿戴、耳戴式和物联网(IoT)设备提供超过4小时的续航时间,而传统方案在充电后只能提供1.5小时续航时间。
 

 

据Karthi Gopalan介绍,MAX77659 SIMO PMIC提供三个独立可编程升/降压调节器,共享同一个电感,可最大程度减小方案总尺寸。调节器在中、高负载条件下的效率高达91%,轻载条件下的静态电流仅为5µA,从而有效延长电池寿命。MAX77659 SIMO PMIC支持自主裕量控制,最大程度降低压降从而减少热损耗,同时为调节充电电流提供足够裕量。  

 

MAX77659采用微小尺寸30焊球晶圆级封装(WLP),尺寸为2.55 mm x 2.37mm。单电感的采用和集成式充电器将材料清单减少60%,方案总尺寸仅为22mm2,减小50%。

 

“随着由电池供电的便携式诊断仪器不断涌现,对于电源管理和生物传感器协同工作的创新成为了电源系统设计师必须要考虑的一个课题。这意味着设计人员需要在不牺牲传感器信号精确度的情况下,实现最少的功耗和最小的外形尺寸。”Karthi Gopalan认为。

 

ADI与Maxim将发挥互补优势,迎接复杂系统设计挑战

 

Maxim与ADI在汽车、工业、通信以及医疗健康领域都有很强的渗透率,双方目前正处于合并过渡阶段。在采访中,Maxim方面表示,接下来将会在如何发挥互补技术优势方面做出更大努力。

 

可以预见的是,未来的可穿戴设备将能够提供全面的远程健康监护,更好地监测关键生命体征,服务于疾病的预测、预防以及慢性病的管理。在可穿戴医疗设备中融合更多传感器、提供更为全面的数据信息过程中,模拟前端、电源管理都是系统设计的重点。Andrew Baker表示,在融合了更多传感器的设计中,需要考虑不同通道信号类型之间的干扰、多个信号之间的同步,并且,系统噪声要足够小,要更为慎重地考虑系统供电设计。