穿戴心电监测和专用心电ECG芯片
作者：互联网
中国心血管疾病患者有近3亿，特别是随着人口老龄化及城镇化进程的加速，中国城乡居民心血管病患病率呈上升趋势。据统计，心血管病死亡已成为城乡居民总死亡原因的首要因素。实时监测心脏活动对心脏病的早期预防具有重大的意义，传统的心电监护设备具有体积笨重、价格较高、不易于携带的局限性。而智能可穿戴心电设备将心电监护设备以穿戴的形式可与智能终端如手机结合起来，能够持续监测心脏电生理活动并让用户随时随地的了解自己的心脏健康状态。
在传统的医疗设备中，监测心跳速率和心脏活动是经由测量电生理讯号与心电图 (ECG) 来完成的，需要将电极连接到身体来量测心脏组织中所引发电气活动的信号。常见的设备用医院的心电图机，长期监护的动态心电仪器Holter等。目前主流的动态心电监测主要主要通过ECG和PPG两种信号收集技术。简单来说ECG监测就是传统医院的电极式心电图监测技术，而PPG是LED光学监测技术。
基于光学监测的PPG技术是一种无需测量生物电信号就能获得心脏功能信息的光学技术。其基本原理是随着心跳会有压力波通过血管进行传递，这个波会稍微改变血管的直径，PPG监测就是利用这个变化来获得心脏每次跳动的变化。PPG主要用于测量血氧饱和度 (SpO2)，因此其能够用简单的方式获得被测者的心率（即心跳）数据。
基于电极的ECG监测技术是通过生物电来进行检测，利用在人体皮肤表面贴上的电极，可以侦测到心脏的电位传动。心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着无数心肌细胞动作电位变化，这些生物电的变化称为心电，通过捕捉生物电信号再经过数字化处理，转化为经过数字化信号处理后，就能输出准确、详细的心脏健康信息。
相比较而言：基于光学监测的PPG技术更为简单，成本较低，但是获得的数据准确度不高且只有心跳数值。而基于电极式的ECG监测技术技术更复杂，获得的信号精度更高且是包含心脏全周期的心电波形，包括PQRST波群，因此成本也较高。 而智能穿戴心电监测，想要获得精度较高心电ECG信号，自然高性能心电ECG专用芯片必不可少，而这种高精度的芯片由于技术门槛较高，目前主要由国外的TI, ADI等公司提供，国产芯片任重道远。
TI公司的心电专用芯片有ADS129X系列，包括可以面向穿戴应用的ADS1291, ADS1292。ADS129X系列芯片内置24-bit的ADC，具有较高的信号精度，但是应用在穿戴场合的缺点是：这个芯片封装尺寸较大，功耗较大，外围元器件相对较多。另外这个芯片在使用金属电极的心电采集上表现一般，而穿戴应用下金属电极的使用是必然。该系列芯片还有个重大问题是的成本单价较高，特别是缺芯背景下，供货短缺且价格居高不下。
ADS公司的心电专用芯片有ADAS1000和AD8232，其中AD8232面向穿戴应用，而ADAS1000更多为高端医疗设备用。ADAS1000具有和ADS129X相比拟的信号质量，更多的问题功耗较大，外围较为复杂且芯片售价高昂。AD8232从功耗，尺寸上看是比较适合在穿戴应用的，信号质量相对ADS129X系列来说相差较大，同样在金属干电极的应用表现上，也需要有较好的算法。要在穿戴应用场景下使用金属电极，信号准确度一般且有失真，但如果只是获得准确的心率信号这个芯片无非是完全满足的。
相比较国外，国产心电芯片相对较少，玩家也较少，做的好的也是凤毛麟角。目前来看，芯森微电子推出的KS108X心电专用芯片，从信号精度、芯片功耗和封装尺寸上来看具有较好的穿戴心电监测应用前景。该系列芯片包含用于单通道信号采集的KS1081和用于双通道信号采集的KS1082。该芯片具有较低的噪声，100uA左右的功耗，较大范围的可调放大倍数，以及3mm*3mm的尺寸，且外围元件只有4-5个，很少。特别值得一提的是该系列芯片有高达G欧姆的输入阻抗，因此能够支持金属干电极或者织物电极实现心电信号采集，这一主要特点正是穿戴心电监测应用除了信号精度之外最关键的核心要素。从测试来看，KS1081芯片能够在手腕手指心电采集上加上简单50Hz滤波，可以拿到很不错的心电ECG完整波形，包括PQRST波。因此在穿戴应用环境下，兼顾考虑体积，功耗续航和信号完整性和精度，整体上来讲，比较适合穿戴心电产品应用的，如手环手表心电，手持式心电，心电带等。
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