隨著12月7日國家“新十條”防疫政策的發布，動態清零時代已成過去， 各地防疫全面放開的情況下，各地新冠陽性人員比例先后進入高峰期， 其中大部分人員經過感染和自然免疫的過程可以安全度過感染和痊愈的過程， 但對少部分有基礎疾病或免疫力低的人群，會有轉入重癥的可能，對重型病人的分型，國家衛健委《新型冠狀病毒肺炎診療方案》的臨床分型指導如下：

成人符合下列任何一條：

1. 出現氣促，RR≥30 次/分;

2. 靜息狀態下，吸空氣時指氧飽和度≤93%;

3.動脈血氧分壓(PaO2)/吸氧濃度(FiO2)≤300mmHg (1mmHg=0.133kPa);

高海拔(海拔超過 1000 米)地區應根據以下公式對 PaO2/FiO2進行校正:

PaO2/FiO2×[760/大氣壓(mmHg)]。

4.臨床癥狀進行性加重，肺部影像學顯示 24～48 小時 內病灶明顯進展>50%者。

兒童符合下列任何一條：

1. 持續高熱超過 3 天;

2. 出現氣促(<2 月齡，RR≥60 次/分;2～12 月齡，RR ≥50 次/分;1～5 歲，RR≥40 次/分;>5 歲，RR≥30 次/ 分)，除外發熱和哭鬧的影響;

3. 靜息狀態下，吸空氣時指氧飽和度≤93%;

4. 輔助呼吸(鼻翼扇動、三凹征);

5. 出現嗜睡、驚厥;

6. 拒食或喂養困難，有脫水征。

對成人和兒童的分型指導，指氧飽和濃度都作為直接的判斷依據，而且相對于其它診療手段，指夾式血氧儀是家庭或個人更容易獲得的低成本檢測方式，可以實時檢測身體狀況，及時發現轉為重型的可能，為及早治療贏得時間。指夾式脈搏血氧儀在目前的形勢下獲得了越來越多用戶的關注，有些品牌的產品已經出現供不應求的情況。

上海泰矽微電子已成熟大規模量產的單芯片高性能專用信號鏈SoC TCAS24和高性能指夾式血氧儀參考方案助力血氧儀產品開發，為大眾的生命健康貢獻自己的一份力量。TCAS24已大規模應用于多個頭部品牌指夾式血氧儀產品，憑借高性價比和較之傳統方案更高的測量精度正在進入更多品牌廠商，交鑰匙式參考方案提供包括所有的硬件和SDK開源資料，配套開發和生產文檔及工具，節省客戶的開發和測試時間，產品上市周期大大縮短。與此同時泰矽微也可通過第三方IDH提供完整方案或產品，形成芯片，解決方案和產品三維一體的全方位支持模式。

脈搏血氧儀測量原理

脈搏血氧儀使用可發射紅光和紅外光的低壓發光二級管(LEDs)作為發光源。發射光穿透生理組織，然后由光電接收器件檢測轉換并發送到脈搏血氧的微處理器中。人體的靜脈血、動脈血和其它生理組織的光吸收特性，如下圖所示：

圖1 組織光吸收特性

搏動的動脈血引起去氧血紅蛋白(Hb)和含氧血氧蛋白(HbO2)的在吸收光路上的變化。由于Hb和HbO2的光吸收度不同，因此這種吸收變化在紅光和紅外光上進一步轉換為體積描記波形。基于Beer-Lambert定律，紅光和紅外光描記波信號幅度的關聯進一步形成動脈氧飽和度。

臨床痛點

1.適用性

膚色漸變跨度為白色、黃色、黑色，不同膚色對光的吸收量不同，膚色越深，光吸收量就越大。同樣的，不同粗細的手指對光的吸收量也不同，專業上用灌注度來表征。因此，血氧儀在設計上需要動態調節光的強弱，以適應不同灌注度，確保測量精度。這意味著在轉換光強度為數字信號時，MCU的采樣精度需要足夠高，且動態范圍要足夠大，既能掃描全范圍的信號，又能準確識別出信號的波動特征。基于泰矽微TCAS24芯片的采樣信號，灌注性能可以下探到0.1%，遠超目前主流家用產品的相應性能指標，可以很好的覆蓋家用環境的應用。

2.抗運動性能

目前絕大多數血氧儀在算法上主要分為兩種：時域和頻域。

基于時域的算法具有出值快，動態響應高的優勢，但是抗運動性能比較差，主要是因為運動干擾經常會污染時域信號特征，導致生理信號被隨機的運動干擾噪聲影響到準確度。導致單純使用時域算法是無法在噪聲信號中提取有效的生理信號并計算相關參數的，最終表現為血氧參數或脈率參數計算不準確，甚至是無法輸出結果。

基于頻域的算法能夠很好的處理運動干擾對有效的生理信號的影響，但是需要通過一定的采集樣本才能實現，這樣就會導致出值慢，動態響應差。

泰矽微方案采用了時域加頻域相結合的算法設計，結合當前測試的脈率和PI值范圍動態切換時域和頻域的處理，確保算法在動態響應和出值準確度方面達到最佳的權衡。

泰矽微通過結合高精度信號鏈芯片和專利算法設計，有效的解決了臨床痛點，即可滿足不同膚色、不同粗細手指即不同灌注率下的測量，又能支持抗運動干擾，可以實現血氧脈搏的穩定高精度測量。

圖2 算法示意圖

硬件架構

電源模塊：電池采用2節AAA電池供電，經DCDC升壓至3.6V，再通過1路LDO降壓3.3V確保隨電池電量降低后主控芯片供電電壓的穩定

發光模塊：發光部分通過MCU控制發光序列和驅動電壓信號，通過一對H橋切換開關實現紅光LED與紅外光LED的正反切換點亮

接收模塊：PD信號經片上集成TIA IV轉換將微弱的電流信號轉換為電壓信號，經片上集成1級運放處理后，送至MCU采樣。MCU內含14位高精度SARADC實現模數轉換

顯示模塊：支持OLED顯示屏和LED顯示屏

圖3 硬件設計框圖

軟件架構

指夾血氧儀軟件架構如圖所示，各個單元功能如下所示：

MCU主控：所有單元的運行載體，通過中斷任務調度，實現各單元有序執行

采樣處理單元：完成生理信號采樣和噪聲預處理，并輸送給算法單元

血氧算法單元：完成生理信號的實時處理，并輸出測量結果

按鍵處理單元：響應用戶觸發的按鍵消息，實現人機交互功能

GUI顯示單元：提供參數顯示、功能設置、趨勢瀏覽等交互功能

圖4 軟件架構示意圖

泰矽微方案優勢

上海泰矽微指夾血氧儀解決方案(泰矽微TCAS24)，具備如下諸多優勢：

弱灌注性能：0.1%，遠優于目前家用血氧儀性能

抗運動性能：獨有的抗運動設計，即使在運動情況下也能準確識別生理信號

高集成度：TCAS24集成了2路OPA、TIA、VDAC、PGA等信號鏈外設，軟件配置即可實現各種信號鏈外設的內部電路組合，在降低了綜合成本的同時，硬件也更加簡潔，易開發

高精度SARADC：高精度的14 bit ADC性能確保了無論是在哪種膚色、測量部位下，都能準確無誤的獲取生理信號，確保了生理檢測的準確性

超低功耗：TCAS24的電源域設計有效降低了睡眠模式下的功耗，其獨有的Tinywork專利技術則可有效降低動態功耗，延長電池的使用時間。

關于泰矽微

上海泰矽微電子有限公司2019年成立于上海張江，專注于各類高性能芯片的研發，經過3年多的飛速發展，公司已形成覆蓋汽車，醫療，工業及消費等多個領域的產品矩陣，并在相關芯片領域斬獲眾多獎項。公司分別于2021年5月和2022年12月分別通過ISO9001質量體系認證和ISO 26262流程認證，不斷提升公司在產品、流程和質量等方面的管理水準，為客戶提供高品質、高可靠性的芯片產品。公司聚集了一批頂尖的半導體專家，具有各類系統級復雜芯片的研發能力，所開發的芯片累計出貨達數十億顆。泰矽微致力于發展成為平臺型芯片企業，目前已在信號鏈、電源管理、電池管理、人機交互等方向積累了大量核心技術和相關芯片產品。

審核編輯：湯梓紅