現在，諸如MCU與AFE等高性能組件已用在多種醫療設備及小型峰值體能訓練裝置之中。

在過去幾十年里，醫療電子產品在個人疾病管理和診斷中發揮了重要的作用。從血糖血壓監測到使用電子溫度計進行發燒處理等，其應用實例不勝枚舉。目前，多項旨在提高用戶生活質量的創新正在實施之中。醫療電子應用領域所取得的巨大進步，已促使開發人員不再將眼光局限于個人保健這一方面

目前，將傳統和新型醫療電子產品與被稱為“生物反饋”的先進軟件智能結合起來使用的諸多應用正在逐步興起。此項技術可使用戶保持健康狀態或進行峰值體能 (peak performance) 訓練。生物反饋技術已經在各種各樣的應用中嶄露頭角。簡單到復雜的生物反饋系統與諸如超低功耗微控制器 (MCU)、高端嵌入式處理器及高性能模擬前端 (AFE) 等新式半導體器件可為生物反饋領域里的無限創新助一臂之力。

現實需要，呼之欲出

根據世界衛生報告的統計數據，10年之后，美國65歲以上的老年人將比現在多大約32%。到2025年，全世界超過50歲的人口將達到12億 － 為2006年時的兩倍。人口的老齡化將推高保健成本。2009年度美國國民衛生支出報告顯示：美國目前的保健費用占到了國內生產總值 (GDP) 的17%以上，歐洲則緊隨其后。預計保健成本在未來的10年中將會翻番。新興市場國家也表現出相似的發展趨勢。中國的保健支出從1995年占GDP的3.5%增長到2007年的5.6%。據《Economic Times》刊載的一篇文章所指，2008年，印度政府提議將公共保健支出從GDP的1%增加至3%。

毫無疑問，醫療電子產品市場在所有重要領域都在快速成長，包括消費醫療、診斷、成像、外科手術及監測設備。2009年，消費醫療的出貨量在半導體產品的收入中所占的比例為33%（見圖1）。

圖1：2009年全球消費醫療出貨量，從中可以了解各類消費醫療出貨量在半導體產品收入中所占的百分比。

健身設備領域包括新涌現的小型個人峰值體能訓練裝置，近期開始得到廣泛普及。峰值體能被定義為通過強化個體的運動機能和心理機能從而達到身體機能的最佳水平。通過諸多旨在增強認知技能、情緒控制以及注意力和專注度等素質的運動訓練，人們可以達到上述狀態。

對于運動員來說，這種機能的增強可能意味著比賽勝負結果的不同。而就CEO、CTO及其他負責制定重大決策的高級管理人員而言，此類技術則有可能增強其對精神壓力的調控能力。

從本質上說，峰值體能健身設備是這樣一種工具，它通過提供某種直接、可測量的反饋以及對日常鍛煉方法的優化，幫助個體獲得“精神戰勝物質”的技能、進而而在常規體育運動中獲得最大益處。

個人生物反饋設備包括以下幾種分類：帶腦電圖 (EEG) 和腦血流圖 (HEG) 的神經反饋、心率變異性分析 (HRV)、壓力與放松、肌動電流圖 (EMG) 肌肉活動反饋、體表溫度與核心溫度測量以及脈搏血氧測量等。這些都是對保健行業所熟知并且經受住時間考驗的診斷技術的的最新使用。如今，越來越多的新興健身產品正朝著增強使用者身體機能的方向發展，不僅僅面向一般的健身用途。

神經反饋系統

神經反饋系統基于負責測量和記錄腦電活動的傳統EEG系統之上，借助新型半導體產品替代昂貴的傳統醫院用裝置，可以把這些系統設計成為能夠在家中使用的兼具緊湊性和經濟性的電池供電式系統。

圖2：神經反饋系統方框圖。

圖2為神經反饋系統的方框圖。通過一個AFE與一個MSP430G2452 MCU組合起來，實現對信號調節和信號流動的數字轉換與管理。這是神經反饋系統的主要前端模塊。神經系統的后端則由用于向用戶提供反饋的元件組成。較為簡單的用戶反饋系統可通過可聽音、彩色LED等來實現與用戶的溝通。訓練課程中，通過聽覺或視覺提示來鎮靜或激活大腦。這種裝置的高端版本包括一部運行復雜軟件的筆記本電腦或PC以及一些快速執行傅里葉變換 (FFT) 的濾波器，用于分析腦電波并提供旨在幫助訓練的用戶友好型反饋。

HRV測量系統

HRV測量系統與常見的健身設備心率測量系統相似。測量心率的常用技術有兩種：一種基于心電圖 (EKG)，另一種則基于光脈沖拾波器（如同在脈搏血氧計系統中那樣）。EKG是最常用的技術，因為它在任何情況下都能夠為配戴者提供可靠的性能，不管用戶處在何種狀態（例如：搖動或休息）都不受影響。這種系統需要將電極連接至用戶的胸部或手臂。EKG易于開發且能連續工作，主要是因為EKG信號的幅度通常為1 mV。借助新式低成本電子器件，對該過程的操控已變得的相當簡單。在現用的EKG型心率測量設備中，胸帶運動手表是一個很好的例子。

簡單地說，心率變異性分析就是記錄心率并計算其隨時間的變化趨勢。就個體而言，在身體完全放松的狀態下HRV幾乎或完全沒有。專家指出：低心率且無HRV則表示人體處于最佳的放松狀態。

圖3：心率變異性測量系統方框圖。

圖3為HRV系統方框圖。在這種配置方案中，一個AFE將EKG信號放大1000倍。由MCU實施數字轉換和進一步的處理。HRV的計算方法是：首先計算心率，并利用MCU存儲器中的記錄心率信息推算出其隨時間的走勢。在其最簡單的獨立型實現方案中，HRV利用LED柱狀圖來顯示。在更加高級的裝置中，HRV可通過USB或無線連接發送至PC或智能手機設備。

這里給出了一個采用MSP430G2452的EKG型心率測量系統的參考設計。

該電路可輕松擴展以執行HRV測量。計算HRV的另一種方法是采用常常和脈搏血氧計一起使用的技術來測量心率。圖4為基于脈搏血氧計技術的光脈沖拾波 器系統