X'inhu r-rwol tad-dijodi fil-monitoraġġ tar-rata tal-qalb tal-polz intelliġenti?

1, prinċipju tat-teknoloġija PPG: il-mekkaniżmu ewlieni tad-dijodi
Il-monitoraġġ tar-rata tal-qalb tal-polz intelliġenti huwa bbażat prinċipalment fuq it-teknoloġija PPG, u l-proċess ewlieni tiegħu jinkludi erba 'passi: emissjoni tas-sors tad-dawl, penetrazzjoni u riflessjoni tas-sinjal tad-dawl, riċeviment tas-sinjal tad-dawl u proċessar tas-sinjal. F'dan il-proċess, dajowds għandhom rwol doppju ta 'emissjoni tas-sors tad-dawl u riċeviment tas-sinjal tad-dawl:

Emissjoni tas-sors tad-dawl: Id-dijodu LED (ġeneralment dawl aħdar, wavelength 530nm) mibni fil-polz regolarment jarmi dawl li jippenetra l-ġilda. Id-dawl aħdar jiġi assorbit b'mod effiċjenti mill-emoglobina fid-demm, filwaqt li d-dawl mhux assorbit jiġi rifless lura lejn il-wiċċ tal-ġilda. Din l-għażla tal-wavelength hija bbażata fuq il-karatteristiċi ta 'assorbiment qawwi tad-demm lejn dawl aħdar, li jista' jimmassimizza l-kuntrast tas-sinjal.
Riċeviment tas-sinjal ottiku: Photodiodes (bħal VEMD2704 ta 'Vishay) huma responsabbli biex jirċievu sinjali ottiċi riflessi u jikkonvertuhom f'sinjali elettriċi. Meta l-qalb tippompja d-demm, il-volum tal-bastiment arterjali jinbidel perjodikament, u jikkawża varjazzjonijiet fl-intensità tad-dawl rifless. Photodiodes jiġġeneraw sinjali elettriċi sinkronizzati mar-rata tal-qalb billi jaqbdu dawn il-bidliet sottili fl-intensità tad-dawl.
Ipproċessar tas-sinjal: Iċ-ċippa integrata-tal-polz tiffiltra, tamplifika, u tanalizza s-sinjal elettriku bl-użu ta' algoritmi, u fl-aħħar mill-aħħar tikkalkula l-valur tar-rata tal-qalb. Pereżempju, ix-Xiaomi Mi Band 7 jikseb protezzjoni elettrostatika permezz tad-dijodu TVS (ESD5641D12) ippakkjat f'DFN2x2-3L, li jiżgura l-istabbiltà tat-trażmissjoni tas-sinjal.

2, Għażla ta 'apparat: adattament għall-prestazzjoni u xenarji
Il-prestazzjoni tal-fotodijodi tiddetermina direttament l-eżattezza u l-affidabbiltà tal-monitoraġġ tar-rata tal-qalb. F'applikazzjonijiet prattiċi, jeħtieġ li jiġu kkunsidrati b'mod komprensiv il-parametri ewlenin li ġejjin:

Firxa tar-rispons tal-wavelength: Il-monitoraġġ tar-rata tal-qalb jeħtieġ li jkopri l-faxxa tad-dawl aħdar (530nm), filwaqt li l-monitoraġġ tal-ossiġnu tad-demm jeħtieġ li jappoġġja kemm dawl aħmar (660nm) kif ukoll dawl infra-aħmar (940nm). Xi wristbands high-, bħall-Apple Watch, jużaw multi wavelength photodiodes biex jiksbu monitoraġġ sinkroniku tar-rata tal-qalb u l-ossiġnu tad-demm billi janalizzaw id-differenzi fl-assorbiment tad-dawl f'wavelengths differenti.
Sensittività u proporzjon tas-sinjal-għal-l-istorbju: Taħt moviment, l-intensità tar-rifless tad-dawl fuq il-wiċċ tal-ġilda tvarja b'mod drammatiku, u jeħtieġ li photodiodes ikollhom sensittività għolja biex jaqbdu sinjali dgħajfa. Il-VEMD2704 ta 'Vishay itejjeb il-proporzjon tas-sinjal-għall--l-istorbju għal aktar mid-doppju ta' dak tal-apparati tradizzjonali billi jottimizza l-kurva tar-rispons tad-dawl infra-aħmar, u b'mod effettiv inaqqas l-interferenza tal-artifact tal-moviment.
Daqs tal-pakkett u konsum tal-enerġija: Wristbands intelliġenti għandhom rekwiżiti stretti għall-minjaturizzazzjoni tal-apparat u konsum baxx ta 'enerġija. Pereżempju, VEMD2704 jadotta mikro pakkett ta '1.8mm × 2.0mm b'konsum ta' enerġija ta '0.1mW biss, li jista' jissodisfa r-rekwiżit tal-ħajja tal-batterija tal-polz sa 7 ijiem.

3, Sfida ta 'Applikazzjoni: Interferenza minn Fatturi Ambjentali u Fiżjoloġiċi
Minkejja l-maturità għolja tat-teknoloġija PPG, xorta tiffaċċja sfidi multipli fl-użu prattiku, li jeħtieġ li jiġu indirizzati permezz ta 'kombinazzjoni ta' għażla tad-dijodu u ottimizzazzjoni tal-algoritmi

Interferenza tad-dawl ambjentali: Dawl qawwi (bħal dawl tax-xemx) jista 'jikkawża saturazzjoni ta' fotodiodes, li jwassal għal distorsjoni tas-sinjal. Is-soluzzjoni tinkludi:
Bl-użu ta 'filtri narrowband, il-wavelength fil-mira biss (bħal 530nm) jitħalla jgħaddi;
Aġġusta dinamikament il-kurrent tas-sewqan LED biex jibbilanċja s-saħħa tas-sinjal u l-effetti tad-dawl ambjentali.
Artifact tal-moviment: It-tbandil tad-driegħ jew il-kontrazzjoni tal-muskoli jistgħu jibdlu l-mogħdija tad-dawl fuq il-wiċċ tal-ġilda, u jikkawżaw varjazzjonijiet tas-sinjal. Pereżempju, id-dejta tar-rata tal-qalb tal-polz tista 'tkun temporanjament anormali waqt il-ġiri. Id-direzzjonijiet tal-ottimizzazzjoni jinkludu:
Agħżel photodiodes b'kapaċità qawwija ta' kontra l--interferenza (bħal kapaċitaturi ta' junction baxx);
Li tgħaqqad id-dejta tas-sensorju tal-aċċelerazzjoni, telimina l-interferenza tal-moviment permezz ta 'algoritmi.
Differenzi fil-ġilda: Ġilda skura jew tatwaġġi jistgħu jnaqqsu l-effiċjenza tar-rifless tad-dawl u jaffettwaw l-eżattezza tal-monitoraġġ. Xi wristbands itaffu din il-problema billi jżidu l-qawwa tas-sewqan LED jew billi jużaw sorsi tad-dawl b'ħafna wavelength (bħal dawl aħmar u aħdar).

4, Ottimizzazzjoni Teknika: Innovazzjoni minn Apparat għal Sistemi
Biex ittejjeb l-eżattezza tal-grad mediku tal-monitoraġġ tar-rata tal-qalb, l-industrija qed tippromwovi titjib teknoloġiku minn żewġ livelli: disinn tal-apparat u integrazzjoni tas-sistema

Innovazzjoni tal-apparat:
Integrazzjoni multi wavelength: Per eżempju, il-fotodijodu BPW34 ta 'ROHM jintegra sensuri ħodor, aħmar u infra-aħmar fuq ċippa waħda biex jinkiseb monitoraġġ sinkroniku tar-rata tal-qalb, l-ossiġnu tad-demm u l-pressjoni tad-demm.
Sottostrat flessibbli: It-teknoloġija tad-dijodu likwidu 3D (3D LD) proposta mill-Università tal-Belt ta 'Hong Kong tikseb trażmissjoni ta' għaraq unidirezzjonali u respirabilità mtejba billi tibni mikrostrutturi eteroġenji ta 'tixrib, issolvi l-problema tad-drift tas-sinjal ikkawżata mill-akkumulazzjoni tal-għaraq fil-polz tradizzjonali.
Ottimizzazzjoni tal-algoritmu:
Mudell ta 'tagħlim fil-fond: Il-polz tas-serje Huawei GT jużaw netwerks newrali konvoluzzjonali (CNN) biex janalizzaw il-karatteristiċi tal-forma tal-mewġ tas-sinjali PPG, jiddistingwu bejn ir-rata tal-qalb reali u l-artifacts tal-moviment, u jnaqqsu l-iżbalji statiċi tar-rata tal-qalb għal ± 1bpm.
Fużjoni b'ħafna sensuri: Tgħaqqad elettrodi ECG ma 'sensors PPG, tikkalibra d-dejta tar-rata tal-qalb billi tqabbel id-dewmien tal-ħin tas-sinjali ECG u sinjali ottiċi, u ttejjeb l-eżattezza fix-xeni dinamiċi.