智能手表中的 ECG 应用

一、什么是 ECG

ECG = Electrocardiogram，在临床上被称之为心电图（机），通过对心电活动的曲线和图形资料的利用为临床提供诊断信息。EGC面向的是心血管疾病患者，但是心脏病有一个重要特质，就是隐匿+发病危险性高，即可能在你从未有生理感知时突然发病，且有休克或致死高可能性。

尤其是这两年，因加班、熬夜、剧烈活动而猝死的案例屡见不鲜。心脏疾病成为了一颗随时会引爆的炸弹，对于高危人群而言，能够时刻洞察自己的心电图，有助于排除风险。由于手表手环等产品可以长期佩戴，也就是能够对那些有潜在心脏病患者的人来说，能够长期进行心电监测。这就是可穿戴式ECG的历史使命。

看看下面这组数据，也许就能知道 ECG 监测对于人体健康的重要意义。2019年中国心血管病现患人数约为3.30亿，其中：脑卒中1300万、冠心病1100万、肺原性心脏病500万、心力衰竭890万、风湿性心脏病250万、先天性心脏病200万、下肢动脉疾病4530万、高血压2.45亿。而中国的高血压人群一直在快速增长，并且患病年龄前移至30岁上下。对于这部分人群，第一要测压控压，第二就是要充分了解自己的心脏状况。从这个角度说，搭配智能手表上的实时监测和提醒，对于此类疾病的预防肯定有大大的益处的。

二、智能穿戴上的 ECG 与临床 ECG 差别

作为生命拯救助类设备, ECG信号采集对医疗设备来说至关重要。所以心电图准确率达到了99.9%，且有权威性的全球心脏数据库作为支撑。也就是说，ECG信号的采集是医疗工作中的第一步。而 ECG 是低频、低信噪比的微弱双极性生物电信号，如果要以极高精准性采集到的这个信号，就需要在设计上【抗干扰】和【放大信号】。心电图采集设备中的心电采集设计上，包括：导联选择电路、输入缓冲电路、威尔逊电阻网络、前置放大电路、带通滤波电路、次级放大电路、50Hz陷波电路、电压抬升电路等。

图 1 ：ECG 信号采集电路示意图

而心电放大器则是，将信号放大至 80-100 左右的倍数, 防止错误信号的干扰或者是未采集到的隐匿信号。信号放大后，还要能稳稳地接住，也就是要将放大后的信号完整地落在 0.05~100Hz 频率范围内，这就用到了带通滤波电路。这里还要特地提一下，【导联系统】：心脏电兴奋传导系统产生的电压是幅度和方向均随时间变化的向量，从而形成各种导联，不同导联测出的 ECG 不同。简单来说：就算都是只用电极法，不同体表部位的 ECG 都不同。而导联，是指放置在体表任意两点且与心电图机正负端相连的两个电极间的电位差变化，也就是为了克服单一位置 ECG 的不完整性，去检测更加复杂的心脏变化。而目前在智能手表市场上的，基本都是单导联的，数据无法作为医疗凭证，但依旧具有风险预防的参考价值。在这里以以下产品为例。在产品背面心率检测组件的外沿，可以看到两个半圆形的金属片，它们就是 ECG 的两个电极，设计的面积比较大，能够有效地与人体接触。由于 ECG 监测需要双手操作，表侧边的按钮被设计成剩下的电极，便于另一个手的手指搭到按钮上进行 ECG 的测量，如图 2 所示，所有的空间及功能已经被发挥的淋漓尽致。

图 2：智能手表 ECG 底部结构图

三、ams 集成 ECG 功能心率传感器 AS7038R

ams AS7038R，为分离式，内部含有 PD、AFE。针对红光波段有专门的滤波片；最高支持三电极单导联 ECG 测量。并且搭配 OSRAM 的 LED 产品，实现在智能穿戴上心率监测完整方案。

图 3 ：ams AS7038R 关键参数