2021年08月26日 | 设计出高安全性高可靠性的产品，迎接自动体外除颤器市场

心血管疾病导致的死亡位居各类疾病之首，而其中心源性猝死占心脏病死亡的比例约为50%或更高。心源性猝死绝大多数由心脏骤停即室颤引起，且95%发生在院外，生存率不足1%。对这类病人的最佳救治时间是“黄金4分钟”，由于自动体外除颤器(AED)是可被非专业人员使用的医疗设备，因此，AED被誉为心源性猝死患者的“救命神器”。

近年来，国家逐步加大对AED等急救医疗设备的配置力度。《健康中国行动（2019-2030年）》提出，要完善公共场所急救设施设备配备标准；《中华人民共和国基本医疗卫生与健康促进法》也明确了公共场所应当按照规定配备AED等必要的急救设备设施，提高院前急救效率。在需求和政策双重推动下，近年来AED市场迎来高速增长。Frost&Sullivan数据显示，2014-2018年中国除颤仪行业市场规模（按销售额统计）由5.6亿元增长至10.2亿元，，预测2026年中国AED行业市场规模将超过30亿元。作为一家高性能半导体技术企业，ADI公司深耕医疗电子领域数十载，始终将领先模拟技术与医疗产业深度融合，面对新一轮的市场要求，依托核心技术优势，提供大量的放大器、数据转换、信号处理、音频处理、隔离和电源管理解决方案，使AED应用的产品质量和可靠性达到最佳程度。

安全性第一，正确认识自动体外除颤器

AED是一种便携式电子器件，可以自动诊断可能危及患者生命的心室纤维性颤动和心室性心博过速两种心律失常症状。自动一词是指设备可以自主分析患者状况；为了帮助分析的顺利开展，多数设备都是语音提示，有些还可能有显示屏，用于指导用户操作。借助简单的语音和可视命令，AED在设计时充分考虑易用性，即使是外行也可轻松上手。

除颤器可以是体外式、经静脉式或植入式，具体取决于所用或所需设备的类型。体外除颤器按操作方式可以分为手动型和自动型两种，按能量传输方式则可分为单相波形和双相波形两种。

除颤需要通过一种称为除颤器的设备将治疗剂量的电能送入患者心脏。这会使心肌的重要部分去极化，终止节律障碍，并借助人体心脏窦房结中的天然起搏器重新建立正常窦性心律。能量选择由AED设备根据心电图（ECG）和两个除颤器电极的阻抗自动确定，然后，安全处理器控制电路，以选定的能量为高电压电容充电。在电容充电完成之后，设备会提示用户进行电击操作，这是一项高风险的操作，必须进行双重确认，以确保操作人员和患者的安全。在除颤前后，都可以使用选配的多导联ECG监护仪（3/5/10导联）对治疗效果进行评估。除颤器电极中的ECG是简单的单导联ECG，用于R小波识别等基本ECG测量，而可选的多导联ECG则是诊断监视电平，可以检测复杂问题。

如何应对AED设计面临的高要求？

在AED设计中，安全性是首要考虑因素。任何操作都必须确保操作人员和患者的安全，因此有必要采用一些冗余设计。比如如果超时，则使已充电电容放电；如果目标阻抗超出人体的承受范围，则禁用能量传输功能。而且设备必须在内部高电压器件与低电压器件之间提供隔离机制。正如大家所知，除颤工作于高电压模式，而信号处理器则工作于低电压模式。其次，快速响应至关重要，由于AED是一种用于挽救生命的设备，因此，设备响应越快，挽回生命的可能性就越大。此外，AED可以用于多种领域，例如救护车、 直升机等高振动条件；阳光、多雨天气等室外应用环境，因此，AED可能需要具备抗振能力、防水能力等，以适应各种复杂条件。

ADI的系统级整体解决方案可满足以上设计要求，并在提供评估板、仿真工具和应用专业技术的同时，还可为客户的设计和开发工作提供支持。

ADI公司的整体解决方案

在安全性上，ADI的精密模拟微控制器ADUC702X系列产品可满足系统的设计要求，该系列产品为完全集成的1 MSPS、12位数据采集系统，在单芯片内集成高性能多通道ADC、16位/32位MCU和Flash/EE存储器。其中ADC具有多达12路单端输入，另外还有4个ADC输入通道，与4个DAC输出引脚复用。4路DAC输出仅在特定型号上提供(ADuC7020、ADuC7026、ADuC7028和ADuC7029)。然而，在无DAC输出的情况下，这些引脚仍然可以用作ADC的输入引脚，这样ADC的输入最多可以达到16通道。ADC可以在单端或差分输入模式下工作。低漂移带隙基准电压源、温度传感器和电压比较器完善了ADC的外设设置。总之，ADI这系列的低成本单芯片MCU，搭载丰富的外设，可完全满足AED设计在安全性上的要求。 

在ADI设计的AED系统信号链中，除了可满足设计要求的产品模块外，还有多导联ECG分立式模拟前端(AFE)解决方案，它是在除颤前后对治疗效果进行评估不可或缺的重要部分。ECG系统通过测量活组织表面电位来记录心脏在一段时间内的电性活动，它使用生物电位电极来拾取身体特定部位的心脏信号，两个电极间的差分电压或某一电极与多电极平均电压之间的差分电压可在测量后显示为ECG输出上的一个通道。AFE的主要功能是将心脏信号数字化。由于需要抑制来自强射频源、起搏信号、导联脱落信号、共模频率、其他肌肉信号及电噪声的干扰，该过程十分复杂。

为了防止ECG前端受损，ECG系统需要内置保护电路来应对静电放电、除颤器放电或其他过压过流事件。如果没有某种形式的保护，多数有源器件将无法耐受ESD 测试相关的电压。为了帮助设计师设计分立式除颤器保护电路，ADI低功耗、5电极 ECG AFE ADAS1000是功能全面的5通道ECG，集成了呼吸和脉搏检测功能，经过测试能够耐受高水平的ESD和输入电流电压。ADAS1000 ECG AFE的封装引脚具有大ESD保护结构，已经过评估，能够耐受最大的源/吸电流。

ADAS1000是ADI专门针对监控级和诊断级心电图测量而设计，由5个电极输入和1个专用右腿驱动(RLD)输出参考电极构成，旨在简化采集和确保高质量ECG信号的任务。为了简化产线测试、开发以及提供整体上电测试，ADAS1000提供了许多特性。例如，通过校准DAC提供直流和交流测试激励、循环冗余校验(CRC)冗余测试，以及对所有相关寄存器地址空间的回读功能。输入结构为差分放大器输入，允许用户选择不同配置方案来实现优质应用。

ADAS1000功能框图

ADAS1000不但支持基本的心电图信号监控元件，还配有多种功能，比如前面提到过的呼吸测量（胸阻抗测量）、导联线/电极连接状态、内部校准、起搏伪像检测功能等。一个ADAS1000支持5个电极输入，为进行传统的6导联心电图测量提供了方便。通过另外级联一个ADAS1000-2（辅助）器件，系统可以进行真正的12导联测量；通过级联多个器件（3个及以上），系统可测量15条及以上的导联线。

结语

AED市场东风已至，但由于使用频率以及应用场景等多方因素影响，AED产品的安全性、可靠性性成为目前各大厂商技术攻克要点。ADI在发挥最强项的信号调理和信号处理能力基础上，集成电源、无线传输等完整信号链，推出模组乃至完整的系统级解决方案，使得AED系统设计人员能够在ADI提供的系统信号链产品中找到一系列解决方案来应对他们面临的设计挑战。