可穿戴心电ECG监测的技术路径及特点

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。