Silicon Labs 微處理器是新型動態(tài)心臟監(jiān)測儀的核心，該監(jiān)測儀可連續(xù)運行長達(dá) 14 天，需要出色的性能和相對較低的功耗。
心臟監(jiān)測儀已經(jīng)問世一個多世紀(jì)。然而，心臟電生理學(xué)家 Gust H. Bardy 博士對準(zhǔn)確捕獲心律失常的能力信心不足。當(dāng)他的妻子 Lorene 生病并出現(xiàn)心律問題時，他對此更加懷疑了。無法清晰準(zhǔn)確地記錄她的各種心律失常。她卒于 2012 年 4 月 26 日心臟驟停，這是更廣泛的心臟和血管失常的結(jié)果。一年后，Bardy 博士開始踏上了提高動態(tài)心律監(jiān)測儀的信號質(zhì)量和診斷準(zhǔn)確性的旅程，這既是一項公共衛(wèi)生使命，也是為了紀(jì)念 Lorene。此時，他推出了 Bardy Diagnostics，并聘請了一支小型工程師團(tuán)隊，將心律診斷精度的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為監(jiān)測心臟的設(shè)備的電路板。大部分工作都圍繞在記錄的心電圖中顯示更多的細(xì)微差別，向團(tuán)隊介紹心律失常的多樣性和復(fù)雜性，并顯著改變和改進(jìn)了經(jīng)常與動態(tài)心電圖監(jiān)測儀一起使用的軟件。
?
挑戰(zhàn)
通過提高動態(tài)心律監(jiān)測儀的信號質(zhì)量、診斷準(zhǔn)確性和實用性，開發(fā)一種更準(zhǔn)確的方法來識別心律不齊。
解決方案
Silicon Labs 的 EFM32TG210 MCU 具備體積、低功耗和集成外圍設(shè)備等優(yōu)勢，可幫助 Bardy Diagnostics 打造小巧輕便的便攜式心臟監(jiān)測儀。
結(jié)果
Carnation 移動式監(jiān)護(hù)儀（簡稱 CAM）是少數(shù)幾款以 P 波為中心的心律監(jiān)測設(shè)備，專為準(zhǔn)確測量和適應(yīng)用戶的積極生活方式而設(shè)計。
如今，WHO 估計心血管疾病 (CVD) 是全球主要的死亡原因，估計每年奪走 1,790 萬人的生命。在這些死亡病例中，心律失常占很大的比例。準(zhǔn)確快速地識別心律失常風(fēng)險最高的患者，并確保他們接受適當(dāng)及時的治療，可以預(yù)防過早死亡。新技術(shù)通過解析心臟波形中的較小信號和更精細(xì)的細(xì)節(jié)，提供更具體的診斷，從而提高傳統(tǒng)心電圖監(jiān)測設(shè)備的準(zhǔn)確性和有效性。1, 2
?
使用動態(tài)心臟監(jiān)測儀 CAM 打造更智能的利基市場
準(zhǔn)確的診斷始于準(zhǔn)確的心電圖描記。眾所周知，心電圖或 ECG/EKG 是一種用于記錄心臟電活動的設(shè)備。本器械是無創(chuàng)性的，通常包括放置在胸部和四肢皮膚上的電極，以測量心臟的電活動。輸出信號可用于確定或檢測可能導(dǎo)致心臟驟停、中風(fēng)或意識喪失的異常心律（即心律失常）。這些監(jiān)測儀稱為長期心電圖 (LT-ECG) 監(jiān)測儀，可佩戴 24/7 長達(dá) 14 天，無需更換監(jiān)測電極，使患者能夠淋浴、舒適睡眠和進(jìn)行鍛煉。這與歷史悠久的 Holter 監(jiān)測儀形成鮮明對比，Holter 監(jiān)測儀只能僅佩戴 1-2 天，配有多根懸垂導(dǎo)線，并采用簡單的工程和心律分析。Bardy 博士發(fā)明的 CAM? 貼片是一種提供卓越舒適性和合規(guī)性的 LT-ECG 設(shè)備。
Gabriel 表示：“雖然傳統(tǒng)的監(jiān)測儀在檢測 R 波（來自心臟的最大電信號）方面非常出色，而且確實是心臟波形的重要組成部分，但僅 R 波不足以診斷許多異常心律。其他波的低振幅偏移中隱藏著許多其他信息。波形形狀的微小變化似乎對于幫助人們獲得改善健康和管理嚴(yán)重疾病所需的特定治療至關(guān)重要。”
需要優(yōu)化設(shè)計各個級別的 CAM 系統(tǒng)，以捕捉這些微小而微妙的信號。然而，人為因素至關(guān)重要，因為該設(shè)備對患者的日常活動干擾要最小。
“老實說，和典型的心臟監(jiān)測儀一樣，當(dāng)您的身體被一圈電纜和傳感器包圍時，您唯一能去的地方就是躲在臥室里。”?
從 Bardy 博士的角度來看，如果您想實踐良好的醫(yī)學(xué)，徹底革新一個領(lǐng)域，那么設(shè)計的各個方面都至關(guān)重要。從包裝到對心電圖進(jìn)行全面解讀的人員的培訓(xùn)，每件作品都必須充滿愛。然而，一切都圍繞著 Bardy 監(jiān)測儀的關(guān)鍵功能：能夠感知來自心臟的非常精細(xì)、細(xì)微的電信號。這既是一項電氣設(shè)計挑戰(zhàn)，又是機械、生物和化學(xué)方面的挑戰(zhàn)。尺寸、重量和舒適度對于成功至關(guān)重要。但是，如果沒有心電圖的細(xì)微細(xì)節(jié)，其他一切都沒有價值。
Gabriel 直言不諱地表達(dá)了公司對質(zhì)量和清晰度的堅定承諾，以及以患者為本的精神。“有勇氣嘗試不同的東西是關(guān)鍵。50 多年前最先進(jìn)的藥物卻是如今的不良藥物。CAM 非常像一朵花，花瓣是設(shè)計的不同方面：化學(xué)、機械、電氣、固件、軟件、硬件、算法，尤其是做出最終判讀決策的人。哪怕只去除一個花瓣，花朵的美麗也會大大減少。”
Silicon Labs MCU 是便攜式心臟監(jiān)測儀的核心
Silicon Labs 花了二十多年時間磨練其無線通信技術(shù)，以便像 Bardy Diagnostics 等公司能夠推動其領(lǐng)域的創(chuàng)新。開發(fā)無線醫(yī)療設(shè)備面臨著三項基本工程挑戰(zhàn)。您必須保證精確、快速地提供準(zhǔn)確的測量結(jié)果，您需要通過強大的技術(shù)來增強醫(yī)療設(shè)備的無線安全性，并且您必須通過可靠的設(shè)計和低功耗技術(shù)來最大限度地延長電池壽命。
Bardy Diagnostics 小巧輕便的 CAM 貼片基于 Silicon Lab EFM32 架構(gòu)。患者接口傳感器連接到系統(tǒng)的核心 MCU EFM32TG210。此設(shè)備提供集成外設(shè)（ADC、SPI、ASYNC 串行接口和定時器功能），運行功率極低，使 CAM 貼片能有效“捕捉”那些微小的心臟細(xì)節(jié)，這將 CAM 貼片與其他可用的監(jiān)測儀區(qū)分開來。
“首先，ADC 提供了分辨率和濾波選項，確保他們能夠獲得所需的原始數(shù)據(jù)采集，同時保持在功率預(yù)算范圍內(nèi)。其次，與其他架構(gòu)相比，EFM32TG 微控制器的電源管理提供了卓越的節(jié)能效果。得益于極快的睡眠和喚醒轉(zhuǎn)換、外圍設(shè)備的自動操作和低功耗時鐘生成，EFM32TG 超出了系統(tǒng)要求，并且可使用標(biāo)準(zhǔn) CR1225 電池進(jìn)行長達(dá) 14 天的連續(xù)心電圖記錄，”Silicon Labs 的 Brian Blum 解釋道。
Gabriel 還指出，EFM32TG210 的性能和功耗模式使他們能夠按照規(guī)范設(shè)計和構(gòu)建 CAM 貼片，并最終實現(xiàn)預(yù)期結(jié)果。他認(rèn)為，在設(shè)計設(shè)備時，擁有符合性能期望的 MCU 是保持項目進(jìn)度和預(yù)算的關(guān)鍵。“EFM32 架構(gòu)非常好，只需一塊 48 mAh 的 CR1225 電池，即可進(jìn)行長達(dá) 14 天的全面數(shù)據(jù)記錄。正在捕獲的信號可以低至 150 uVpp，即使在該范圍內(nèi)，模擬波形的精細(xì)細(xì)節(jié)仍然保持清晰。該 EFM32 架構(gòu)包含高性能 ADC，可捕獲這些細(xì)節(jié)，同時保持電磁安靜的輻射特性，使小細(xì)節(jié)不會受到干擾。集成的過采樣和超強且可配置的 ADC 功能是救生的關(guān)鍵。該 EFM32 架構(gòu)在當(dāng)時絕對具有革命性，大多數(shù)芯片供應(yīng)商仍在追趕。”
Bardy Diagnostics 的未來前景如何？
“平臺最明顯的目標(biāo)是更小、更輕、運行時間更長、連接更好。我們著眼于新一代 Silicon Labs EFM32 設(shè)備，例如 Pearl Gecko 和支持藍(lán)牙的 BG22，以便未來在該領(lǐng)域進(jìn)行改進(jìn)。”Gabriel 說道。
藍(lán)牙是連接的理想之選，因為它提供經(jīng)過充分測試的、成熟的無線解決方案，而且功耗低，提供與患者的移動設(shè)備或其他支持藍(lán)牙的網(wǎng)關(guān)互操作，并且在協(xié)議中具有很大的靈活性，以權(quán)衡吞吐量、延遲和能耗。藍(lán)牙安全提供卓越的保護(hù)，包括安全配對、128 位加密、數(shù)據(jù)隱私、反跟蹤等。
隨著 CAM 貼片繼續(xù)推進(jìn)動態(tài)心臟監(jiān)測和診斷，看到 Bardy 醫(yī)生的愿景（在很大程度上基于他的個人經(jīng)驗）正在幫助世界各地的患者，這令人非常激動。
“我們擁有多個工程師團(tuán)隊，他們非常努力地創(chuàng)造出下一代尤為先進(jìn)的設(shè)備。身體是一首美麗的電子交響樂，有各種各樣的生命體征，可以表明關(guān)于一個人健康的重要細(xì)節(jié)。也許在未來，我們將會看到更靈敏的儀器或同時采集更多生命體征的儀器，以提供更好的互聯(lián)護(hù)理。”
1Rho R. 等人。兩種動態(tài)貼片心電圖監(jiān)測儀的比較：P 波和信號清晰度的優(yōu)勢。《美國心臟病期刊》。2018 年 3 月。
2Smith WM. 等人。使用小型、單通道、以 P 波為中心的胸骨心電圖監(jiān)測貼片與標(biāo)準(zhǔn) 3 導(dǎo)聯(lián) Holter 系統(tǒng)在 24 小時內(nèi)的診斷值比較。《美國心臟病期刊》。2017 年 3 月。
