Beth yw rôl deuodau wrth fonitro cyfradd curiad y galon bandiau arddwrn smart?

1, egwyddor technoleg PPG: y mecanwaith craidd o deuodau
Mae monitro cyfradd curiad y galon bandiau arddwrn smart yn seiliedig yn bennaf ar dechnoleg PPG, ac mae ei broses graidd yn cynnwys pedwar cam: allyriad ffynhonnell golau, treiddiad signal golau ac adlewyrchiad, derbyniad signal golau, a phrosesu signal. Yn y broses hon, mae deuodau yn chwarae rôl ddeuol o allyriadau ffynhonnell golau a derbyniad signal golau:

Allyriad ffynhonnell golau: Mae'r deuod LED (golau gwyrdd fel arfer, tonfedd 530nm) sydd wedi'i ymgorffori yn y band arddwrn yn allyrru golau sy'n treiddio i'r croen yn rheolaidd. Mae golau gwyrdd yn cael ei amsugno'n effeithlon gan haemoglobin yn y gwaed, tra bod golau heb ei amsugno yn cael ei adlewyrchu yn ôl i wyneb y croen. Mae'r detholiad tonfedd hwn yn seiliedig ar nodweddion amsugno cryf gwaed tuag at olau gwyrdd, a all wneud y mwyaf o gyferbyniad signal.
Derbyniad signal optegol: Mae Photodiodes (fel VEMD2704 Vishay) yn gyfrifol am dderbyn signalau optegol a adlewyrchir a'u trosi'n signalau trydanol. Pan fydd y galon yn pwmpio gwaed, mae cyfaint y llong rhydwelïol yn newid o bryd i'w gilydd, gan achosi amrywiadau mewn dwyster golau adlewyrchiedig. Mae ffotodiodes yn cynhyrchu signalau trydanol wedi'u cydamseru â chyfradd curiad y galon trwy ddal y newidiadau cynnil hyn mewn dwyster golau.
Prosesu signal: Mae'r sglodyn gosodedig o'r hidlwyr band arddwrn, yn chwyddo, ac yn dadansoddi'r signal trydanol gan ddefnyddio algorithmau, gan gyfrifo gwerth cyfradd curiad y galon yn y pen draw. Er enghraifft, mae'r Xiaomi Mi Band 7 yn cyflawni amddiffyniad electrostatig trwy'r deuod TVS (ESD5641D12) wedi'i becynnu yn DFN2x2-3L, gan sicrhau sefydlogrwydd trosglwyddo signal.

2, Dewis dyfais: addasu i berfformiad a senarios
Mae perfformiad ffotodiodes yn pennu'n uniongyrchol gywirdeb a dibynadwyedd monitro cyfradd curiad y galon. Mewn cymwysiadau ymarferol, mae angen ystyried y paramedrau allweddol canlynol yn gynhwysfawr:

Ystod ymateb tonfedd: Mae angen i fonitro cyfradd curiad y galon gwmpasu'r band golau gwyrdd (530nm), tra bod angen i fonitro ocsigen gwaed gefnogi golau coch (660nm) a golau isgoch (940nm). Mae rhai bandiau arddwrn pen uchel, fel yr Apple Watch, yn defnyddio ffotodiodau aml-donfedd i gyflawni monitro cydamserol o gyfradd curiad y galon ac ocsigen gwaed trwy ddadansoddi'r gwahaniaethau mewn amsugno golau ar donfeddi gwahanol.
Sensitifrwydd a signal-i-cymhareb sŵn: O dan fudiant, mae dwyster adlewyrchiad golau ar wyneb y croen yn amrywio'n ddramatig, gan olygu bod gan ffotodiodau sensitifrwydd uchel i ddal signalau gwan. Mae VEMD2704 Vishay yn gwella'r gymhareb signal i sŵn i fwy na dwywaith cymaint â dyfeisiau traddodiadol trwy optimeiddio'r gromlin ymateb golau isgoch, gan leihau ymyrraeth arteffactau mudiant yn effeithiol.
Maint pecyn a defnydd pŵer: Mae gan fandiau arddwrn clyfar ofynion llym ar gyfer miniatureiddio dyfeisiau a defnydd pŵer isel. Er enghraifft, mae VEMD2704 yn mabwysiadu pecyn micro 1.8mm × 2.0mm gyda defnydd pŵer o 0.1mW yn unig, a all fodloni gofyniad oes batri y band arddwrn am hyd at 7 diwrnod.

3, Her Cais: Ymyrraeth gan Ffactorau Amgylcheddol a Ffisiolegol
Er gwaethaf aeddfedrwydd uchel technoleg PPG, mae'n dal i wynebu heriau lluosog o ran defnydd ymarferol, y mae angen mynd i'r afael â nhw trwy gyfuniad o ddewis deuod ac optimeiddio algorithm

Ymyrraeth golau amgylcheddol: Gall golau cryf (fel golau haul) achosi dirlawnder ffotodiodau, gan arwain at ystumio signal. Mae'r datrysiad yn cynnwys:
Gan ddefnyddio hidlwyr band cul, dim ond y donfedd darged (fel 530nm) a ganiateir i basio drwodd;
Addaswch y cerrynt gyrru LED yn ddeinamig i gydbwyso cryfder y signal ac effeithiau golau amgylcheddol.
Arteffact cynnig: Gall siglo braich neu gyfangiad cyhyr newid y llwybr golau ar wyneb y croen, gan achosi amrywiadau signal. Er enghraifft, gall data cyfradd curiad calon y band arddwrn fod yn annormal dros dro wrth redeg. Mae cyfarwyddiadau optimeiddio yn cynnwys:
Dewiswch ffotodiodau sydd â gallu gwrth-ymyrraeth cryf (fel cynwysyddion cyffordd isel);
Cyfuno data synhwyrydd cyflymu, dileu ymyrraeth cynnig drwy algorithmau.
Gwahaniaethau croen: Gall croen tywyll neu datŵs leihau effeithlonrwydd adlewyrchiad golau ac effeithio ar gywirdeb monitro. Mae rhai bandiau arddwrn yn lleddfu'r broblem hon trwy gynyddu pŵer gyrru LED neu ddefnyddio ffynonellau golau aml donfedd (fel golau coch a gwyrdd).

4, Optimeiddio Technegol: Arloesedd o Ddyfeisiadau i Systemau
Er mwyn gwella cywirdeb gradd feddygol monitro cyfradd curiad y galon, mae'r diwydiant yn hyrwyddo uwchraddio technolegol o ddwy lefel: dylunio dyfeisiau ac integreiddio system

Arloesi dyfais:
Integreiddio aml donfedd: Er enghraifft, mae ffotodiode BPW34 ROHM yn integreiddio synwyryddion gwyrdd, coch ac isgoch ar sglodyn sengl i gyflawni monitro cydamserol o gyfradd curiad y galon, ocsigen gwaed a phwysedd gwaed.
Swbstrad hyblyg: Mae'r dechnoleg deuod hylif 3D (3D LD) a gynigir gan Brifysgol Dinas Hong Kong yn cyflawni trosglwyddiad chwys un cyfeiriad a gwell anadladwyedd trwy adeiladu microstrwythurau gwlychu heterogenaidd, gan ddatrys y broblem drifft signal a achosir gan chwys yn cronni mewn bandiau arddwrn traddodiadol.
Optimeiddio algorithm:
Model dysgu dwfn: Mae bandiau arddwrn cyfres Huawei GT yn defnyddio rhwydweithiau niwral convolutional (CNN) i ddadansoddi nodweddion tonffurf signalau PPG, gwahaniaethu rhwng cyfradd curiad y galon go iawn ac arteffactau mudiant, a lleihau gwallau cyfradd curiad y galon sefydlog i fewn ± 1bpm.
Cyfuno aml-synhwyrydd: Cyfuno electrodau ECG â synwyryddion PPG, graddnodi data cyfradd curiad y galon trwy gymharu oedi amser signalau ECG a signalau optegol, a gwella cywirdeb mewn golygfeydd deinamig.