La costruzione di un vero dispositivo indossabile wireless da orecchio per il fitness - Parte 1: La misurazione di frequenza cardiaca e SpO2

Nota del redattore: nonostante il grande potenziale di cui dispongono, gli hearable per il fitness sfidano i progettisti in tre settori chiave: la biomisurazione, l'elaborazione audio e la ricarica wireless. I tre articoli di questa serie affrontano, una alla volta, le sfide cui abbiamo accennato, mostrando agli sviluppatori come possono avvalersi di dispositivi a bassissima potenza per la creazione di hearable destinati al fitness. Questa prima parte è dedicata alla biomisurazione.

I dispositivi intrauricolari intelligenti wireless, detti anche veri dispositivi indossabili wireless da orecchio, si sono guadagnati una grande popolarità come dispositivi di riproduzione audio, in particolare durante l'attività sportiva, quando i cavi possono interferire con il movimento o con l'attrezzatura. Con l'implementazione della misurazione della frequenza cardiaca e della saturazione dell'ossigeno, gli sviluppatori possono dar vita a hearable per il fitness in grado sia di riprodurre l'audio sia di fornire dati sulla salute.

L'aggiunta di biomisurazioni ha un grande potenziale ma i vincoli relativi a dimensioni e potenza dei dispositivi pensati a questo scopo pongono sfide progettuali molto complesse.

Questo articolo tratterà della misurazione dei dati relativi alla salute prima di passare a presentare e a illustrare le modalità di utilizzo di un biosensore di Maxim Integrated che misura la frequenza cardiaca e la saturazione d'ossigeno tramite un dispositivo intrauricolare alimentato a batteria.

Misurazione dei dati relativi alla salute

Oltre al ruolo che riveste dal punto di vista clinico in quanto segno vitale, la frequenza cardiaca è diventata un indicatore essenziale delle prestazioni sia per i patiti del fitness sia per gli atleti a livello agonistico. Le variazioni della frequenza cardiaca riflettono il sottostante stato fisiologico di salute e la misurazione non invasiva di queste variazioni può essere effettuata con facilità ed efficacemente tramite la fotopletismografia (PPG). La PPG misura le variazioni nella trasmissione o nel riflesso della luce a una particolare frequenza, in genere intorno a 520 nanometri (verde), causate dalle variazioni del volume del sangue nei tessuti mentre il cuore pompa sangue attraverso quel tessuto.

Oltre a fornire dati di base sulla frequenza cardiaca, questa tecnica relativamente lineare può arrivare a rivelare condizioni preoccupanti sotto il profilo clinico, ad esempio eventi extrasistolici, in modo più semplice rispetto alla misurazione della pressione sanguigna o a un elettrocardiogramma (ECG o EKG) (Figura 1).

Figura 1: Basandosi su semplici metodi ottici, la PGG può rilevare eventi cardiaci insoliti come le extrasistoli senza bisogno di misurazioni della pressione sanguigna o di un elettrocardiogramma. (Immagine per gentile concessione di Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0)

Sebbene il monitoraggio della frequenza cardiaca con la PPG fornisca informazioni importanti, molti utilizzatori sono alla ricerca di una visione più approfondita della propria condizione fisica e dell'efficacia dell'allenamento a cui si sottopongono. Le misurazioni pulsossimetriche forniscono questi dati più approfonditi misurando il rapporto tra emoglobina ossigenata (HbO₂) e deossigenata (l'emoglobina è la molecola di proteina contenuta nei globuli rossi che trasporta ossigeno agli organi e ai tessuti del corpo). Basandosi su questo rapporto, un pulsossimetro fornisce misurazioni della saturazione periferica capillare di ossigeno (SpO₂), che rappresenta una stima affidabile e non invasiva della saturazione arteriosa di ossigeno (SaO₂) che si ottiene con l'emogasanalisi.

Per questa stima, un pulsossimetro misura la differenza di assorbimento della luce di un lembo di pelle a due diverse frequenze, in genere intono a 660 nm (rossa) e 880 nm (infrarossa). Queste due frequenze corrispondono a picchi negli spettri di assorbimento dell'emoglobina rispettivamente nei suoi stati di deossigenazione e ossigenazione e consentono pertanto una rapida valutazione della saturazione di ossigeno nel sangue (Figura 2).

Figura 2: I metodi di pulsossimetria ottica non invasiva utilizzano il rapporto tra emoglobina ossigenata (HbO2, curva rossa) ed emoglobina deossigenata (Hb, curva blu), tipicamente misurate a circa 880 nm la prima e a 660 nm la seconda, per determinare la saturazione capillare di ossigeno (SpO₂). (Immagine per gentile concessione di Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0)

Le tecniche della PGG e della pulsossimetria hanno un'impostazione teorica lineare. Nella pratica, tuttavia, l'implementazione di tali metodi si trova di fronte a sfide di un certo rilievo, specialmente in riferimento alla progettazione di dispositivi indossabili. Sia la PPG sia la pulsossimetria fanno affidamento su un fotodiodo per la misurazione accurata della luce da LED verdi, rossi o infrarossi riflessi da un lembo di pelle nei braccialetti o negli orologi da fitness (oppure trasmessa dal lobo di un orecchio, ad esempio).

Qualsiasi sorgente luminosa esterna o interruzione del percorso ottico composto da sorgente LED, pelle e fotodiodo può compromettere l'accuratezza delle biomisurazioni in questi sistemi. Normali variazioni della luce ambiente, ad esempio, possono introdurre misurazioni artefatte. Errori clamorosi di misurazione possono verificarsi in presenza di variazioni estreme della luce ambiente quali quelle che si hanno quando un utilizzatore si sposta in una zona in cui si alternano la luce brillante del sole e ombre scure (il cosiddetto "effetto palizzata" delle misurazioni ottiche). Infine, movimenti improvvisi del braccio durante un allenamento intensivo o persino alcuni esercizi fisici di routine possono provocare urti al cinturino o all'orologio da fitness, dando origine ad artefatti o alla completa perdita di segnale.

Sistema di rilevamento intrauricolare

A differenza dei monitor sanitari che si indossano al polso, i dispositivi di biorilevamento posizionati all'interno dell'orecchio possono attenuare alcune sorgenti di errore e fornire risultati accurati anche in presenza dei movimenti del polso che compromettono le misurazioni con i cinturini e gli orologi da fitness¹. Nonostante l'affacciarsi sulla scena di numerosi dispositivi di biomisurazione, gli sviluppatori hanno avuto scarse possibilità di realizzare dispositivi intrauricolari per il fitness alla luce delle severe restrizioni in termini di dimensioni e requisiti.

Per rimanere saldamente posizionati all'interno dell'orecchio, questi dispositivi indossabili devono essere piccoli e leggeri. Alla luce di questi requisiti fondamentali, è impossibile utilizzare per la biomisurazione le batterie di grandi capacità necessarie ad alimentare soluzioni progettuali di stampo più convenzionale. Perciò, i progetti di dispositivi intrauricolari per il fitness devono prevedere una sorgente di alimentazione più limitata rispetto a quella disponibile nei prodotti per il polso.

Contemporaneamente, occorre avere a disposizione una potenza sufficiente a supportare gli svariati requisiti funzionali di un'applicazione indossabile per il fitness che viene analizzata in questa serie di articoli. Per eseguire le misurazioni ottiche che sono al centro di questo specifico articolo, un progetto che funzioni ha bisogno di una potenza sufficiente per pilotare i LED verdi, infrarossi e rossi, nonché per alimentare il fotodiodo e il front-end analogico (AFE) associato. A loro volta, questi vari componenti ottici ed elettronici devono stare in un contenitore compatto, conforme a requisiti stringenti in fatto di dimensioni ma in grado di garantire l'integrità del percorso del segnale ottico.

Maxim Integrated offre un biosensore a bassa potenza che risponde a questi diversi requisiti.

Un biosensore specializzato

Studiato appositamente per il monitoraggio sanitario tramite dispositivi intrauricolari, MAXM86161 di Maxim Integrated rappresenta un sottosistema ottico completo per l'acquisizione di dati in grado di eseguire una misurazione continua della frequenza cardiaca e dei valori di SpO₂ con un consumo energetico minimo. È un dispositivo a 14°pin che misura solo 2,9 x 4,3 x 1,4 mm e integra un sottosistema di trasmissione ottica a LED e un sottosistema ricevente con fotodiodo con elaborazione dei segnali, un buffer FIFO di 128 parole e un'interfaccia seriale a circuito interintegrato (I²C) (Figura 3).

Figura 3: MAXM86161 di Maxim Integrated riunisce un sottosistema di trasmissione ottica e un sottosistema ricevitore con un buffer FIFO di 128 parole, un controller e un'interfaccia seriale I²C in una soluzione completa per la biomisurazione. (Immagine per gentile concessione di Maxim Integrated)

Oltre a LED integrati verdi, IR e rossi, il sottosistema di trasmissione ottica MAXM86161 comprende convertitori digitale/analogico dedicati con corrente dei LED di 8 bit che consentono agli sviluppatori di impostare la corrente di comando di ogni LED a 31, 62, 94, o 124 mA, prelevata da una singola sorgente di tensione di alimentazione V_LED nell'intervallo compreso tra 3,0 e 5,5°V. Inoltre, gli sviluppatori possono impostare da programma l'ampiezza di impulso per il pilotaggio dei LED su quattro diverse durate, a partire da 15 a 117°μs. Come segnalato di seguito, questa capacità rappresenta un fattore chiave per soddisfare i requisiti prestazionali di specifiche applicazioni.

All'interno del sottosistema ricevitore, un convertitore analogico/digitale sigma-delta a 19°bit digitalizza l'uscita del fotodiodo integrato a intervalli a partire da 8 sps a 4.096°sps. A sua volta, un filtro digitale riduce il rumore con il metodo di multiplazione a divisione di frequenza (FDM) o di decimazione del coefficiente (CDM), a seconda della scelta dello sviluppatore.

Per le applicazioni che necessitano di misurazioni di campioni a diversi livelli di risoluzione, l'ADC può essere riconfigurato in modo dinamico in modo da funzionare su una delle quattro gamme dinamiche di fondo scala. Riducendo la gamma dinamica, gli sviluppatori possono all'occorrenza aumentare la risoluzione. Un'ulteriore funzionalità fornisce un valore di offset per la misurazione di livelli molto bassi di corrente di buio senza saturare il segnale.

Correzione automatica

Durante il processo di conversione del campione, il circuito di correzione della luce ambiente (ALC) di MAXM86161 può essere utilizzato per eliminare automaticamente la corrente del fotodiodo prodotta da sorgenti estranee di illuminazione. Gli sviluppatori possono anche programmare il dispositivo per misurare periodicamente il livello della luce ambiente, consentendo alle applicazioni di utilizzare i propri algoritmi ALC per correggere dinamicamente i dati campionati o per modificare sistematicamente la corrente di comando LED al fine di ottimizzare i livelli di illuminazione emessa dai LED a fronte delle variazioni dei livelli ambientali.

Oltre alle capacità ALC integrate, MAXM86161 dispone di un meccanismo separato per gestire l'effetto "palizzata" di cui abbiamo parlato sopra, vale a dire le rapide transizioni dell'ambiente dalla luminosità all'ombra che possono causare errori di campionamento. Se attivata, la funzionalità "palizzata" di MAXM86161 rileva automaticamente i campioni prelevati nel corso di situazioni ambientali caratterizzate da tale effetto e sostituisce questi campioni con valori stimati. Quando questa funzionalità è attiva, MAXM86161 paragona l'uscita del filtro passa-basso con un intervallo stimato, sostituendo il valore quando non vi rientra (Figura 4).

Figura 4: Il meccanismo palizzata in MAXM86161 di Maxim Integrated esegue il monitoraggio dei campioni (linea rossa) e sostituisce automaticamente quelli, come il transitorio (linea nera) del grafico, che cadono al di fuori di un intervallo programmabile (linea blu). (Immagine per gentile concessione di Maxim Integrated)

Campionamento autonomo

Durante il campionamento, il controller integrato nel MAXM86161 organizza la sincronizzazione di una sequenza di impulsi LED in uscita e la corrispondente lettura in ingresso del fotodiodo da parte dei sottosistemi trasmettitore e ricevitore. Il programma di questa sequenza viene specificato dallo sviluppatore nelle impostazioni caricate dalle sei "fasce" (LEDCn) contenute nell'insieme di tre registri di controllo della sequenza dei LED (Tabella 1). Ogni fascia LEDCn specifica una particolare attività di campionamento, inclusa l'illuminazione proveniente da uno specifico LED verde, IR o rosso seguita dal campionamento del fotodiodo associato.

Tabella 1: Gli impulsi delle sequenze di uscita LED di MAXM86161 di Maxim Integrated vengono caricati in un insieme di tre registri di controllo della sequenza dei LED. (Tabella per gentile concessione di Maxim Integrated)

MAXM86161 riconosce i diversi valori predefiniti che corrispondono a diverse modalità operative dei LED. Ad esempio, per specificare il campionamento da parte del LED1 (verde), del LED2 (IR) oppure del LED3 (rosso), lo sviluppatore imposta il valore binario del campo LEDCn[3:0] per la fascia desiderata rispettivamente a 0001, 0010 e 0011. Analogamente, per il campionamento della luce ambiente, lo sviluppatore imposta il valore binario per il campo desiderato a 1001. Perciò, per programmare una sequenza di campionamento del LED1, LED2, LED3 e dell'ambiente, lo sviluppatore esegue le seguenti impostazioni:

LEDC1[3:0] = 0001

LEDC2[3:0] = 0010

LEDC3[3:0] = 0011

LEDC4[3:0] = 1001

LEDC5[3:0] = 0000

La fascia finale impostata sul valore binario "0000" indica la fine della sequenza.

Lo sviluppatore deve anche impostare numerosi parametri aggiuntivi di configurazione , tra cui la frequenza di campionamento, la larghezza di impulso, la corrente di comando e altri ancora. In pratica, questi vari parametri di configurazione nonché i registri delle sequenze di LED 0x21 e 0x22 (si veda nuovamente la tabella) dovrebbero normalmente essere impostati prima del registro 0x20, perché la scrittura sul registro 0x20 dà avvio alla sequenza di misurazione di MAXM86161. Come spiegato precedentemente in questo articolo, una routine software deve prima impostare questi altri registri prima di poter scrivere nel registro 0x20 al fine di dare inizio alla sequenza programmata.

Dopo l'inizializzazione della sequenza, il controller coordina automaticamente gli impulsi dell'uscita LED e il campionamento degli ingressi del fotodiodo, ripetendo la sequenza programmata alla frequenza di campionamento desiderata (Figura 5).

Figure 5: Il controller del MAXM86161 di Maxim Integrated esegue automaticamente sequenze di operazioni di campionamento, ciascuna delle quali coinvolge il coordinamento di un impulso dell'uscita LED e della lettura associata del fotodiodo. (Immagine per gentile concessione di Maxim Integrated)

Questo controllo programmabile delle sequenze consente alle applicazioni di modificare al volo le modalità di misurazione. Quando l'applicazione, ad esempio, non necessita delle massime frequenze di aggiornamento per le misurazioni dei valori di SpO₂, può modificare semplicemente i registri di controllo della sequenza per mantenere aggiornamenti frequenti dei dati relativi alla frequenza cardiaca con il LED verde (LED1). Periodicamente, l'applicazione potrebbe reimpostare la sequenza per aggiungere i LED IR (LED2) e rosso (LED3) al fine di eseguire misurazioni dei valori di SpO₂ per un breve periodo prima di tornare al solo aggiornamento della frequenza cardiaca.

Ottimizzazione della potenza

Oltre a utilizzare questo tipo di approccio a livello applicativo per ridurre la potenza, gli sviluppatori possono trarre vantaggio dalle capacità intrinseche di MAXM86161 in fatto di basso consumo. In un'applicazione tipica con una frequenza di campionamento di 25 sps, MAXM86161 consuma meno di 10 μA durante il funzionamento normale. Oltre a ciò, MAXM86161 dispone di una serie di meccanismi a livello di sistema e di dispositivo per l'ottimizzazione della potenza.

Per ottimizzare il funzionamento a livello di sistema, il dispositivo può eseguire biomisurazioni indipendenti durante i periodi di inattività, quando il resto del sistema, incluso il processore, è in modalità di sospensione a bassa potenza. In questo caso, il controller di sequenza del MAXM86161 può continuare a collocare dati di campionamento nella fascia successiva disponibile nel buffer FIFO interno. Quando il buffer raggiunge una capacità di soglia impostata dallo sviluppatore, MAXM86161 può inviare un interrupt al processore dell'host. Rispondendo a questo interrupt, l'host può rimanere in attività il tempo necessario per svuotare il buffer FIFO attraverso l'interfaccia I²C supportata o riattivarsi per un'elaborazione prolungata.

Sia che funzioni in modo autonomo oppure sia controllato più direttamente dall'host, MAXM86161 può essere programmato per utilizzare altri meccanismi di ottimizzazione a livello del dispositivo.

Un meccanismo di questo tipo consente agli sviluppatori di ridurre il consumo di corrente al minimo necessario per soddisfare i requisiti applicativi in fatto di precisione della misurazione. In questo caso gli sviluppatori possono regolare la larghezza programmabile dell'impulso dell'uscita LED menzionata sopra per ottenere il livello di integrità di segnale necessario a modificare le condizioni di misurazione. Se è necessario aumentare il rapporto segnale/rumore (SNR), gli sviluppatori possono aumentare la larghezza di impulso di quanto necessario (Figura 6).

Figura 6: Gli sviluppatori possono impostare la larghezza di impulso dell'uscita LED su quattro diversi valori di durata al fine di ridurre la corrente al minimo richiesto per raggiungere il rapporto segnale/rumore necessario all'applicazione. (Immagine per gentile concessione di Maxim Integrated)

Tramite altri meccanismi, gli sviluppatori possono ridurre la potenza per periodi di tempo in cui il campionamento non è necessario o è necessario solo per frequenze di aggiornamento ridotte.

Se non sono necessarie biomisurazioni per periodi prolungati, MAXM86161 può essere messo in modalità di spegnimento e assorbire pertanto solo 1,6°μA. Di fatto, gli sviluppatori possono disattivare da codice il regolatore a bassa caduta di tensione (LDO) interno per ridurre approssimativamente la corrente di spegnimento a soli 0,05°μA. Ciò detto, la riaccensione di un LDO presenta problemi specifici come il tempo di avvio ritardato o l'aumento della corrente di inserzione, ognuno dei quali potrebbe creare problemi a un determinato progetto alimentato a batteria.

MAXM86161 dispone anche di un meccanismo per passare automaticamente alla modalità di spegnimento a 1,6°μA tra campioni quando le frequenze di campionamento sono di 256°sps o inferiori, consentendo significativi risparmi energetici senza compromettere la funzionalità dell'applicazione.

Questo meccanismo automatico di riduzione della potenza a livello di dispositivo, insieme alle funzionalità di rilevamento di prossimità di MAXM86161, contribuisce a conservare l'energia quando il dispositivo indossabile intrauricolare non è più a contatto con la pelle. Per evitare di consumare inutilmente energia quando l'utilizzatore toglie il dispositivo indossabile, ad esempio, gli sviluppatori possono impostare qualche registro del MAXM86161 in una delle modalità di bassa potenza offerte dal rilevamento di prossimità del dispositivo.

Nella modalità di prossimità, il dispositivo esegue il monitoraggio dei segnali in uscita dal fotodiodo che indicano l'avvicinarsi di un oggetto riflettente come la pelle. In questa modalità, per ridurre la potenza MAXM86161 diminuisce la corrente di comando al LED utilizzato come sorgente di illuminazione e fa scendere la frequenza di campionamento a 8°sps, richiamando pertanto la modalità di spegnimento tra campionamenti. Quando l'uscita del fotodiodo supera la soglia impostata dal programmatore, MAXM86161 può tornare automaticamente alla modalità di piena attività, eseguendo il campionamento senza l'intervento del processore dell'host o l'invio di un interrupt per riattivare il processore.

Supporto per lo sviluppo

Questa funzionalità estesa integrata nel MAXM86161 dà origine a un insieme di semplici requisiti per l'interfaccia hardware. Agli sviluppatori, di fatto, servono solo pochi componenti esterni per aggiungere le capacità di biomisurazione di MAXM86161 a un progetto basato su microprocessore o microcontroller (Figura 7).

Figura 7: Integrando tutte le funzionalità necessarie al biorilevamento ottico, MAXM86161 di Maxim Integrated necessita solo di pochi componenti hardware aggiuntivi per completare il progetto dell'interfaccia hardware. (Immagine per gentile concessione di Maxim Integrated)

Con l'aiuto della scheda di valutazione MAXM86161EVSYS, gli sviluppatori possono realizzare velocemente un prototipo dell'utilizzo di MAXM86161 in un progetto esistente oppure usare il progetto di riferimento associato MAXM86161EVSYS come base per le implementazioni hardware personalizzate.

Forse l'aspetto più complesso dello sviluppo di MAXM86161 consiste nello stabilire la configurazione ottimale per una particolare applicazione. Come spiegato nel corso di questo articolo, il dispositivo di biomisurazione MAXM86161 offre un insieme molto ricco di impostazioni configurabili e di caratteristiche prestazionali.

Per aiutare gli sviluppatori a realizzare in tempi più rapidi una configurazione idonea del dispositivo, Maxim Integrated mette a disposizione un software di valutazione per MAXM86161. Questa applicazione consente agli sviluppatori di utilizzare un'interfaccia grafica utente (GUI) per esplorare i risultati ottenuti con diverse impostazioni del dispositivo. Progettata per essere utilizzata congiuntamente con la scheda di valutazione MAXM86161EVSYS di Maxim Integrated, l'applicazione consente agli sviluppatori di modificare facilmente i parametri operativi del dispositivo e di valutarne i risultati in termini di prestazioni di campionamento e di consumo energetico di MAXM86161 (Figura 8).

Figura 8: Usato insieme alla scheda di valutazione MAXM86161EVSYS di Maxim Integrated, il software applicativo di valutazione per MAXM86161 dell'azienda consente agli sviluppatori di esplorare differenti configurazioni del dispositivo modificandone le impostazioni tramite una serie di menu. (Immagine per gentile concessione di Maxim Integrated)

Sia che utilizzino questa piattaforma di sviluppo per determinare le impostazioni di configurazione di MAXM86161 sia che vi arrivino autonomamente, gli sviluppatori si accorgeranno che programmare MAXM86161 si riduce in larga misura a scrivere routine che caricano tali impostazioni nel dispositivo durante l'inizializzazione o il runtime.

A titolo di esempio, l'autore di questo articolo è riuscito ad avere da Maxim Integrated un semplice driver di MAXM86161 che esemplifica i modelli base di progettazione necessari per azionare il dispositivo. Maxim Integrated metterà presto a disposizione del pubblico questo driver.

Il modulo driver in C comprende una serie di routine esemplificative che illustrano gli aggiornamenti dei vari registri necessari per eseguire varie funzionalità di MAXM86161 come le misurazioni dei valori di SpO₂ (Listato 1).

Copy
/* Write LED and SPO2 settings */
if (data->agc_is_enable)
   err |= max86161_prox_led_init(data);
else
   err |= max86161_hrm_led_init(data);
 
err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_INTERRUPT_ENABLE, DATA_RDY_MASK);
 
err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_LED_RANGE_1,
      ( MAX86161_LED_RGE << LED_RGE2_OFFSET )
      | ( MAX86161_LED_RGE << LED_RGE3_OFFSET ));
 
err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_PPG_CONFIGURATION_1,
      ( MAX86161_PPG_TINT << PPG_TINT_OFFSET )
      | ( MAX86161_ADC_RGE << PPG_ADC_RGE_OFFSET ));
 
err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_PPG_CONFIGURATION_3,
      ( MAX86161_LED_SETLNG << LED_SETLNG_OFFSET ));
 
err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_PD_BIAS,
      ( PD_BIAS_125_CS << PD_BIAS_OFFSET ));
 
err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_FIFO_CONFIG_2, 
      FLUSH_FIFO_MASK | FIFO_STAT_CLR_MASK);
 
err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_LED_SEQ_REG_1, 
      ( LED_RED << LEDC2_OFFSET ) 
      | ( LED_IR << LEDC1_OFFSET ));
 
if (!atomic_read(&data->irq_enable)) {
   enable_irq(data->irq);
   atomic_set(&data->irq_enable, 1);
}

Listato 1: Questo pezzo del software del driver di MAXM86161 esemplifica l'approccio di base per il controllo del dispositivo consistente nella scrittura dei dati di configurazione su vari registri del dispositivo. (Codice per gentile concessione di Maxim Integrated)

Come detto in precedenza, l'esecuzione della misurazione dei valori di SpO₂ si attiene a un modello comune di funzionamento di MAXM86161, che consiste in larga misura nella scrittura di impostazioni sui registri del dispositivo per impostare parametri come la corrente LED, la frequenza di campionamento, la selezione del filtro digitale, l'intervallo dinamico dell'ADC e molti altri.

Dopo l'aggiornamento degli appropriati registri di MAXM86161 per queste impostazioni, la sequenza di misurazione viene definita e immediatamente inizializzata impostando i campi LEDC2 e LEDC3 nel registro 0x20 (MAX86161_LED_SEQ_REG_1) rispettivamente sui valori binari 0010 (LED_IR) e 0011 (LED_RED), come illustrato nel listato 1.

Conclusione

I dispositivi indossabili intrauricolari per il fitness sono in grado di offrire un buon livello di accuratezza nella biomisurazione ma richiedono dimensioni ridotte e un bassissimo consumo energetico. Come abbiamo mostrato, il dispositivo di biomisurazione MAXM86161 di Maxim Integrated fornisce un sistema completo di acquisizione dei dati ottici necessari per il monitoraggio della frequenza cardiaca e dei valori di SpO₂ che non supera i requisiti dei dispositivi indossabili intrauricolari in fatto di dimensioni e di potenza.

Bibliografia

1. Bunn, J., Wells, E., Manor, J., & Webster, M. (2019). Evaluation of Earbud and Wristwatch Heart Rate Monitors during Aerobic and Resistance Training. International Journal of Exercise Science, 12(4), 374–384.