個(gè)人保健與峰值體能訓練因技術(shù)進(jìn)步而得以簡(jiǎn)化

圖4：?jiǎn)涡酒}搏血氧計設計方框圖

呼吸波形測量

有幾種方法可適用于呼吸波形測量?；镜囊环N是采用配有傳感器（如壓電式元件）的可穿戴式胸帶。在一個(gè)吸氣與呼氣周期中，隨著(zhù)胸腔的擴張與收縮，壓電式元件將產(chǎn)生有效的信號電壓，此信號電壓可由簡(jiǎn)單的MCU進(jìn)行處理來(lái)計算呼吸率。

第二種方法是采用一個(gè)靠近鼻孔的小熱敏電阻來(lái)測量呼出的氣體溫度。但這對使用者個(gè)體而言存在一些不便，因而并不常用。不過(guò)，這種方法易于開(kāi)發(fā)，而且形成的系統可有助于計算個(gè)體所燃燒的卡路里。

第三種方法運用了阻抗充氣造影術(shù)的原理。此類(lèi)裝置可采用一個(gè)MCU來(lái)實(shí)現。50 kHz AC激勵信號的低電流（約幾個(gè)μA）通過(guò)兩個(gè)間隔6～8英寸放置的胸部電極傳送。該方法可采用MCU的其中一個(gè)脈寬調制 (PWM) 通道來(lái)實(shí)現。胸部形成了用于該電流流動(dòng)的部分阻抗通路，胸部的阻抗會(huì )隨著(zhù)肺部所含空氣量的不同而變化。這完全是由于吸氣與呼氣所產(chǎn)生的變化，因此可以容易地計算出呼吸波形和呼吸率。

另一種方法是從胸部EKG推導出呼吸波形，除了一個(gè)用于測量HRV的傳統EKG電極裝置以外，此方法不需要任何額外的電極。如果有一個(gè)現成的HRV系統，那么這種方法幾乎無(wú)需花錢(qián)就能實(shí)現。如圖5所示，上方的跡線(xiàn)是經(jīng)過(guò)放大和低通濾波的EKG信號。您會(huì )注意到QRS峰值中的幅度變化。這種變動(dòng)實(shí)際上是由因吸氣與呼氣造成的胸區傳導性 (thorax region conductivity) 變化所引起的。當個(gè)體吸入空氣時(shí)，肺部會(huì )充滿(mǎn)空氣，進(jìn)而導致胸區的阻抗增加，從而產(chǎn)生較低幅度的EKG波形，反之亦然。如圖5中的下方跡線(xiàn)所示，采用簡(jiǎn)單的調幅 (AM) 解調方案能夠顯示呼吸波形。

圖5：從胸部EKG波形推導出呼吸波形。

MCU和MEMS傳感器

實(shí)際上，針對每一種健身方式都存在峰值體能應用，包括諸如舉重、俯臥撐和體操鍛煉等活動(dòng)（見(jiàn)圖6）?？梢詫⒁恍㎝EMS加速計置于人體的關(guān)鍵部位上，如二頭肌、三頭肌、腹肌、腿筋等等，以獲得有關(guān)肌肉收縮與擴張（因鍛煉所致）的測量和反饋結果。反過(guò)來(lái)，反饋可幫助個(gè)體調整鍛煉策略，以最大限度地增加肌肉微差移動(dòng) (muscle differential movements)。人們甚至有可能發(fā)現：自己多年使用的常規鍛煉方式根本不是最優(yōu)的。MEMS傳感器是EMG系統的一種上佳的替代方案。

圖6：MEMS人體局域網(wǎng)

EMG系統可提供相同的反饋，盡管這需要采用更加昂貴而且讓使用者感覺(jué)不舒服的裝置。此外，還可以將多個(gè)MEMS傳感器設計成一個(gè)無(wú)線(xiàn)貼片 (wireless patch) ，并可使其與諸如人體局域網(wǎng) (BAN) 等系統實(shí)現聯(lián)網(wǎng)。

當今的MEMS傳感器和RF無(wú)線(xiàn)技術(shù)正在個(gè)人保健與峰值體能應用領(lǐng)域開(kāi)辟新的可能性。目前，在諸如穩定性監測和鍛煉反饋等應用中已設計有慣性傳感器（如加速計和陀螺儀）。而定向傳感器（比如電子羅盤(pán)和全球定位系統 [GPS]）的應用實(shí)例則包括用于監護和跟蹤老年癡呆癥患者的范圍內監測 (in-range monitoring)、報警以及引導。

傳統的醫療診斷技術(shù)已在生物反饋領(lǐng)域找到了新的用途。新式生物反饋設備兼具便攜性和低成本。此外，MEMS慣性傳感器（例如：加速計和陀螺儀）還實(shí)現了高級生物反饋技術(shù)。而且，無(wú)線(xiàn)技術(shù)（特別是在人體局域網(wǎng)應用中）也在這一迅速崛起的生物反饋行業(yè)中催生了多種新產(chǎn)品。

作者：Murugavel Raju /德州儀器。Murugavel Raju是德州儀器公司（位于美國德克薩斯州達拉斯）MSP430 MCU業(yè)務(wù)部負責系統解決方案開(kāi)發(fā)的全球業(yè)務(wù)經(jīng)理。