専用センサーがヘルスケアウェアラブルをサポート

ウェアラブルテクノロジーと医療機器の相乗効果は明ら​​かであり、さまざまな心臓モニタリング機能に対する食品医薬品局（FDA）の認可を受けたApple Watch Series4で実証されています。同様の話が、拡張現実（AR）および仮想現実（VR）機能を備えた聞き取り可能なデザインで形作られています。

このアプリケーションでは、小さなセンサーが有線または無線通信とともに、心理的要因やその他の兆候を記録することにより、異常で予期しない状況を識別します。ただし、高度に小型化された医療用ウェアラブルデバイスでは、体温や心拍数などの人間の生体認証をより正確に測定する必要があるため、ヘルスケアとフィットネスのモニターでセンシング機能を大幅に強化する必要があります。

健康とフィットネスの情報を記録するために個人が着用するウェアラブル医療センサーは、血圧、心拍数、その他の代謝活動などの身体信号を監視できます。これらのウェアラブルセンサーは、喘息、高血圧などの心血管障害、神経障害、肺障害の進行中の治療を監視しながら、身体の生物学的および心理的変化に関する重要な情報を提供します。

図。 1：医療グレードのセンサーは、高度な監視システムの作成における役割のために、ウェアラブル設計において非常に重要です。 （画像：ams）

この記事では、ウェアラブルヘルスケアデバイスの開発者が小さなセンサーを選択してポータブルデザインに統合する際の、3つの主要なデザイン上の考慮事項について概説します。プロセスは、センサーデバイスの感度と精度から始まります。

センサー測定の精度

精度はセンサー全体にとって最も重要な考慮事項ですが、ウェアラブルデバイスは小さく、体に装着されるため、特定の設計上の課題があります。体温、心拍数、血中酸素飽和度（SpO ₂ ）などのバイタルサインの測定精度に影響を与える、熱による自己発熱と一定の身体接触に悩まされる可能性があります。 。

AS7026 amsの光学センサー（図1 ）高度なアルゴリズムを使用して、心拍数、心拍変動、心電図（ECG）、およびフィットネストラッカーとスマートウォッチの血圧測​​定の精度を確保します。

センサーICメーカーは、これらの課題に対応するために進歩を遂げています。たとえば、ロームセミコンダクターの BH1790GLC スポーツバンドやスマートウォッチなどのウェアラブルデバイス向けに最適化された心拍数モニタリング用の光学センサーは、LEDの明るさが低くても、脈波を高精度で検出できるようにすることで感度を向上させます。

また、 MAX30208 マキシム・インテグレーテッドのデジタル温度センサーは、30°Cから50°Cの範囲で±0.1°Cの精度を実現しながら、熱による自己発熱を排除します。臨床グレードの温度センサーは、周囲光をキャンセルして精度を高め、動き補償のアルゴリズムを採用して測定精度を高めます。

ウェアラブルセンサーの電力の難問

スマートウォッチやスポーツバンドに心拍数モニタリングを組み込むことは、バッテリー容量が限られているために課題となっています。つまり、心拍数を監視するための光学センサーでは、ウェアラブルデバイスの動作時間を延長するために、消費電力を大幅に削減する必要があります。

マキシム・インテグレーテッドの MAXM86161 を例にとってみましょう ヒアラブルやその他のウェアラブルアプリケーションを対象としたインイヤー心拍数モニターとパルスオキシメータ。センサーにはアナログフロントエンド（AFE）が統合されているため、別のチップを使用して光モジュールに接続する必要がありません。マキシム・インテグレーテッドは、MAXM86161センサーの消費電力は、動作モードで10μA未満、シャットダウンモードで1.6μAで、最も近い競合他社よりも約35％少ないと主張しています。

ここで重要なのは、医療用ウェアラブル市場にサービスを提供するセンサーに関しては、エネルギーの節約と小型化が密接に関連していることに注意することです。 MAXM86161インイヤー心拍数モニターは、2.9 x 4.3 x 1.4 mmのOLGAパッケージで提供され、SpO ₂ 用の赤と赤外線の3つのLEDが含まれています。 心拍数の測定と緑。

心臓モニタリングデバイスには、より小さく、より軽く、目立たない生体電位AFEチップが用意されており、ウェアラブルデバイスが患者の着用に不快感を与えず、バッテリー寿命が長くなります。 AD8233 Analog Devices Inc.（ADI）のチップは、50μAの標準静止電流を特徴とすることで消費電力をマイクロアンペアまで下げるECGフロントエンドとして設計されています。

医療用ウェアラブル用のセンサープラットフォーム

他のポータブル設計と同様に、モジュラーセンサープラットフォームは、医療用ウェアラブル向けのすぐに使えるソリューションを容易にするために提供されています。たとえば、 Aistin Blue iProtoXiの開発キットには、フィットネスとアクティビティ追跡用のアプリケーションサンプルが付属しています。現在はロームセミコンダクターの一部であるKionixの最新センサーが組み込まれています。キットには、 KionixWindowsセンサー評価が含まれています センサーの構成とデータ取得を簡素化するソフトウェア。

もう1つの例は、 MAXREFDES101 です。 MaximIntegratedのHealthSensor Platform 2.0（図2 ）体温、心拍数、およびECGを正確に監視するためのラピッドプロトタイピング、評価、および開発を容易にします。ディスプレイ、バッテリー、マイクロボード、センサーボードを収納する時計の筐体で構成されています。

図。 2：手首に装着するデバイス用のセンサーが満載のプラットフォームは、ECG、心拍数、および温度の測定を容易にします。 （画像：マキシム・インテグレーテッド）

センサーボードには、光学センサー、統合された生体電位および生体インピーダンスAFE、温度センサー、および生体認証センサーハブが含まれます。ここでは、 MAX32664 生体認証センサーハブは、組み込みのファームウェアとアルゴリズムを提供し、光学センサーとのシームレスな通信を可能にすることで、開発プロセスを簡素化します。

Health Sensor Platform 2.0は、スポーツウォッチから、ECGモニター、フィットネストラッカーに至るまでのウェアラブルデザインをサポートしています。また、開発者はオンボードアルゴリズムの独自の分析と評価を行うことができます。

センサーアルゴリズムの役割

スマートウォッチ、フィットネストラッカー、およびその他の医療用ウェアラブル内のバイオセンサーは、さまざまな健康パラメーターを監視する際に非常に正確である必要があります。最も一般的なタイプのバイオセンサーの1つである光学センサーはその好例です。コヒーレントおよび非コヒーレント光源と相互作用し、吸収、反射、散乱または分散して、センサー信号の精度を変更します。

そのため、光学センサーはバイタルサイン監視アルゴリズムと統合されており、周囲光のキャンセルやその他のモーションキャンセルの課題に適切に対処できます。次に、前述のように、医療用センサーは非常に小さなフォームファクターを提供する必要があります。これにより、小さなウェアラブルにうまく適合し、消費電力を最小限に抑えることができます。

最後に、リファレンスデザインと開発キットが利用できることで、ウェアラブルデザインエンジニアの開発作業を数か月節約できると同時に、新しいセンサーを簡単に統合するための高度なツールを提供できます。ウェアラブルセンサーに高度な監視システムが採用されたことで、すべてが実現しました。