為了簡化醫(yī)療設(shè)備開發(fā)難度，加快上市時間，美信（Maxim Integrated）在2016年時就推出了第一代健康傳感器平臺（Health Sensor Platform，簡稱HSP），兩年后的2018年推出了HSP 2.0，幫助正在尋求持續(xù)監(jiān)測多種健康參數(shù)的設(shè)計者快速創(chuàng)建獨特、高精度的可穿戴方案，可節(jié)省長達6個月的設(shè)計和驗證時間。

今年則推出了3.0版健康傳感器平臺HSP3.0。HSP 3.0除了繼承了兩代HSP平臺的優(yōu)點，還在集成方案中增加了光學(xué)血氧SpO2測量和干電極的心電圖測量能力。在算法方面，Maxim Integrated提供了心率(HR)、心率變異(HRV)、呼吸率(RR)、血氧飽和度(SpO2)、體溫、睡眠質(zhì)量和壓力水平等臨床級信息。因此，該平臺可以使終端方案監(jiān)測心臟和呼吸問題，用于管理慢性阻塞性肺疾病(COPD)、傳染病(例如新冠肺炎)、睡眠窒息癥和房顫(AFib)等疾病。

HSP 3.0主要優(yōu)勢

Maxim Integrated工業(yè)與醫(yī)療健康事業(yè)部醫(yī)療健康產(chǎn)品線總經(jīng)理Andrew Baker在介紹HSP 3.0時表示，HSP 3.0與上一代產(chǎn)品相比，體積縮小了40%，且采用了升級版微控制器、電源、安全管理和檢測IC。參考設(shè)計包括完整的光學(xué)和電極設(shè)計，結(jié)合所提供的算法，可以滿足臨床級測量要求。

他特意強調(diào)，HSP 3.0可以提供臨床等級的血氧飽和度SpO2檢測，進而使新的應(yīng)用案例成為可能，比如肺部功能性的檢測。當然，它也可以用在預(yù)防性監(jiān)護和慢性病的管理上。

圖：Maxim Integrated工業(yè)與醫(yī)療健康事業(yè)部醫(yī)療健康產(chǎn)品線總經(jīng)理Andrew Baker

“我們的客戶可以用HSP 3.0開發(fā)新冠患者的呼吸或識別，或者慢性阻塞性肺病COPD的長期監(jiān)測等應(yīng)用。” Andrew Baker在媒體分享會上表示。

HSP 3.0具有高性能光學(xué)設(shè)計的集成，比如SpO2血氧測量就需要設(shè)計師具有豐富的系統(tǒng)級設(shè)計經(jīng)驗才能設(shè)計出合適的光學(xué)器件布局，以達到SpO2測量所需要的光學(xué)性能。“而Maxim Integrated具有豐富的人體生物學(xué)知識，以及光學(xué)機械設(shè)計的經(jīng)驗積累，使得HSP 3.0可以覆蓋更多的使用用戶，并且能夠得到盡可能最好的生物數(shù)據(jù)?！?Andrew Baker指出。

他自豪地表示，HSP 3.0展示了臨床級精度的腕式血樣采樣，采用了Maxim Integrated先進的算法，能夠滿足中國市場的應(yīng)用，達到了國家藥品監(jiān)督管理局的要求。此外，ECG平臺可以達到動態(tài)心電圖IEC IEC60601-2-47的標準。

當然，可以使用HSP 3.0這個完整的參考設(shè)計來針對自己實際的使用場景來做實驗、采數(shù)據(jù)，并開發(fā)出滿足自己需求的產(chǎn)品，而且這些數(shù)據(jù)都能夠達到臨床等級。Andrew Baker進一步指出，HSP 3.0涵蓋了如今遠程病人監(jiān)護的應(yīng)用場景里需要所有的關(guān)鍵生命體征。比如，
第一，體溫趨勢，可以用來檢測傳染病比如說新冠肺炎，或者是發(fā)熱監(jiān)測；
第二，SPO2血樣飽和度檢測，比如可以監(jiān)測肺部功能、睡眠障礙等；
第三，呼吸率，可以監(jiān)測呼吸趨勢；
第四，心率，可以監(jiān)測心率趨勢；
第五，ECG，可以用來做房顫的早期檢測，或者是做心臟健康的檢測等等。

也就是說，HSP 3.0可以使得一些醫(yī)療等級的應(yīng)用場景得以實現(xiàn)，Andrew Baker特別強調(diào)，這些應(yīng)用案例和測量，可以集成在不同的產(chǎn)品形式上，比如腕式、胸貼或者智能戒指等。此外，客戶可以使用Maxim Integrated提供的算法，也可以使用來自第三方的算法，比如說房顫檢測及其數(shù)據(jù)分析。

HSP 3.0系統(tǒng)組成

從HSP 3.0系統(tǒng)框圖上可以看出，該參考設(shè)計主要由兩塊PCB板組成，一塊主機電路板，一塊傳感器電路板。在主機電路板上采用了最新的M4F的MCU---MAX32666，它是支持藍牙功能的低功耗微控制器，包含了兩個Arm Cortex-M4F核和附加的SmartDMA，后者允許獨立運行BLE棧，使兩個主核用于運行主要任務(wù)。此外，微控制器集成完整的安全套件和存儲器糾錯碼(ECC)，大大提高系統(tǒng)可靠性。

圖：HSP 3.0系統(tǒng)框圖。

此外，還包括以下傳感器、電源管理和算法產(chǎn)品：

? MAX86176：噪聲最低的光學(xué)光電容積脈搏波法(PPG)和電學(xué)ECG的二合一模擬前端(AFE)，提供110dB PPG信噪比(SNR)，從而增加SpO2飽和度檢測能力；ECG共模抑制比(CMRR)大于110dB，以支持干電極ECG應(yīng)用。對于PPG部分，Andrew Baker表示，Maxim的產(chǎn)品在讀取通道里做了很多優(yōu)化，支持6個LED和4個PD的驅(qū)動和讀取，而且集成了先進的環(huán)境光抑制技術(shù)。
? MAX20360：高度集成的電池和電源管理IC (PMIC)，優(yōu)化用于先進的體戴式健康檢測設(shè)備。器件包括Maxim Integrated的高精度ModelGauge m5 EZ電量計、精致的觸覺驅(qū)動器，以及獨特的低噪聲升/降壓轉(zhuǎn)換器，最大程度提高SNR、降低光學(xué)生物檢測所需功耗。
? MAX32670：超低功耗微控制器，專用于Maxim Integrated領(lǐng)先的脈搏率、SpO2、HRV、呼吸率、睡眠質(zhì)量監(jiān)測和壓力監(jiān)測算法支持。微控制器可配置為傳感器集中器(支持硬件和算法)或算法集中器(支持多種算法)。MAX32670無縫支持客戶所需的傳感器功能，包括管理MAX86176 PPG和ECG傳感器AFE，并為外部提供原始或計算得到的數(shù)據(jù)。
? MAX30208：低功耗、高精度數(shù)字溫度傳感器，采用2mm x 2mm小型封裝。器件的工作電流比同等競爭器件低64%。器件讀取封裝頂部的溫度，可安裝在軟電纜或PCB上，使其很容易設(shè)計到可穿戴設(shè)備中。MAX30208的精度為0.1°C，滿足臨床溫度要求。

除了這些Maxim Integrated可以提供的產(chǎn)品，也有一些非Maxim Integrated提供的產(chǎn)品，比如閃存和加速度計。對于這些非Maxim Integrated產(chǎn)品，Andrew Baker表示，他們會將這些產(chǎn)品放進參考設(shè)計的文檔中，客戶可以根據(jù)需求采用Maxim推薦的產(chǎn)品，或者自己挑選。

結(jié)語

隨著人們對健康越來越重視，可穿戴醫(yī)療與健康設(shè)備正在急速增長，2019年該類設(shè)備出貨量達到6.4億部，市場分析機構(gòu)Omdia的預(yù)測，2019年至2023年間，可穿戴醫(yī)療與健康設(shè)備將保持22%的年復(fù)合增長率，到2023年可穿戴醫(yī)療與健康設(shè)備總出貨量將突破10億。Maxim Integrated在這個時候推出HSP 3.0平臺正是看到了市場的需求所在。而且新的HSP 3.0雖然功能更加豐富了，但價格依然跟前代產(chǎn)品一致，包括硬件、固件和算法一起的價格是400美元，可通過Maxim Integrated網(wǎng)站購買。