项目来源：HealthyPi 移动 |众筹 (crowdsupply.com)

HealthyPi Move的硬件和软件是完全开源的，设计文件和软件可在GitHub 存储库中找到：

• HealthyPi Move硬件
• HealthyPi Move 软件
• ProtoCentral OpenView 2 移动和桌面应用程序

HealthyPi Move是一款采用手表外形的开源生物识别显示器。它支持连续或间歇监测重要的生物特征信号，如心电图、心率、HRV、PPG、SpO₂、血压趋势和呼吸。HealthyPi Move被设计为一个创新和定制的平台，使用户能够将健康跟踪集成到他们的项目和个人健康程序中。HealthyPi Move可在一台设备中用于日常使用和高级研究应用。

根据与大型 HealthyPi 产品相同的原则设计 HealthyPi Move：开放硬件、开源软件、临床级精度、易用性和独立操作，无需依赖云服务或付费订阅。Move可用于广泛的应用，包括个人健康跟踪、医疗保健相关设备的开发，甚至临床研究——经机构审查委员会（IRB）批准。如果可以通过FDA（或同等机构）认证和审批流程，HealthyPi Move也可以用于医疗患者监测！

拥有您的设备和数据

数据是最近健康行业中最有价值和交易的项目，部分原因是需要为数据研究训练人工智能模型。除了Physionet等少数开放数据共享平台外，大多数收集的数据都被锁定在专有系统中，公司可以将其出售给出价最高的人。使用 HealthyPi Move，用户可以拥有自己的健康数据。HealthyPi Move不会收集或出售用户的数据，也没有用于存储用户的数据的云服务，同时也没有其他人可以访问用户个人的数据的订阅模式。用户可以选择与医务人员分享，也可以自行与研究分享。

如今，真正拥有任何电子设备都是一个挑战，因为大多数设备都被设计为一次性的，而不是可维修的，带有隐藏的螺丝、胶合部件和专有软件。HealthyPi Move的设计是可维护和可升级的，以保护用户的维修权利。坏了显示器？只需购买具有相同规格的替代品并自行更换即可。HealthyPi Move方便打开和固定，它并不像大多数设备那样用胶水固定在一起。在设计时考虑了模块化，因此主板、传感器板和电池都易于更换。最后，HealthyPi Move是用户可编程的，因此用户可以自己编写算法和应用程序。

传感器和生物识别信号

HealthyPi Move配备了传感器，可以监控各种生物识别信号。以下是一些机载关键传感器：

心电图（ECG）

心电图使用心脏的电活动来指示心脏健康状况。HealthyPi Move包含一个单导联心电图，其中一组电极位于设备背面，可接触一只手腕的皮肤，另一组电极位于设备顶部，用另一只手的手指触摸，从而形成导联II型心电图配置。

ECG 数据由板载 SoC 处理，可以在显示屏上实时可视化，也可以通过蓝牙 （BLE） 发送到智能手机或计算机。心率和 HRV 也是根据 ECG 数据实时计算的。呼吸频率也间接地从使用 EDR 方法的心电图中得出。

从心电图数据得出的参数包括：

• 心率
• 心率变异性 （HRV）
• 呼吸频率
• 其他参数（如 QT 间期、QRS 持续时间等）

光电容积造影 （PPG）

HealthyPi Move在不同位置配备了两个PPG传感器，这是这种外形尺寸的可穿戴设备的首创。基于手腕的 PPG 位于设备下方，用于日常心率和 SpO₂ 监测。基于手指的 PPG 是可选的，可插入设备的 USB Type-C 端口。它可用于更准确的 SpO₂ 监测，特别是在低血流灌注条件下，对于血压趋势监测也非常有用。下面是 HealthyPi Move 手腕和手指传感器的图片。这里展示的手指传感器是与表带一起佩戴的原型，但最终版本将集成到一个小而灵活的指环中，通过柔性电缆连接到主板。

HealthyPi Move可与手腕传感器或手指传感器配合使用，甚至可以同时运行。这种双位置 PPG 配置开辟了一系列有趣的新应用，从日常健身跟踪到血压趋势和脉搏传输时间 （PTT） 测量，所有这些都使用相同的设备。HealthyPi Move有两个MAX32664传感器集线器，一个用于手腕传感器，一个用于手指传感器。它们带有医疗级 PPG 算法库，除了输出原始数据外，还可用于计算 HR、SpO₂ 和 BPT 值。腕式传感器具有四个 LED（两个绿色、一个红色和一个红外）和两个光电二极管，用于可靠的 PPG 数据采集。手指传感器具有带有红色和红外 LED 的MAX30101传感器模块以及光电二极管。

血压趋势 （BPT） 是使用从手指传感器获取的 PPG 数据实时计算的。集成在指环中的微型传感器板具有MAX30101集成的光学传感器模块，HealthyPi Move传感器板具有板载MAX32664D生物识别传感器集线器，可提供可用于计算SpO₂和BPT值的PPG算法库。多项研究表明，根据 PPG 数据计算的 BPT 值与使用传统袖带式血压计获得的值相当。

从PPG数据得出的参数包括：

• 血氧水平 （SpO₂）
• 血压趋势 （BPT） - 需要手指传感器
• 心率
• 心率变异性 （HRV）
• 其他参数，如脉冲传输时间 （PTT）、睡眠模式等

皮肤电反应 （EDA/GSR）

EDA 或 GSR 提供皮肤电导率的测量值，该电导率随其水分含量而变化。这是精神状态变化的良好指标，可用于监测压力水平和情绪反应。HealthyPi Move的背面有两个电极，它们接触手腕的皮肤并测量皮肤的电导率，这与EDA / GSR活性相关。GSR/EDA数据可以在显示屏上记录或可视化。

从EDA/GSR数据得出的参数包括：

• 压力水平（尚未开发）
• 对刺激的情绪反应（尚未开发）
• 其他参数（如皮肤电导率、身体成分等）可以使用您自己的算法得出
• 除上述功能外，HealthyPi Move还板载了以下附加传感器：
• 体温传感器（设备背面带有感应板）
• 带有 6 轴加速度计和陀螺仪的惯性测量单元 （IMU） 可监控您的活动水平。IMU 可用于监测身体活动、睡眠模式和其他需要运动感应的参数。

板载计算和接口

HealthyPi Move 由 Nordic nRF5340 双核 SoC 提供支持，该 SoC 具有 Cortex-M33 应用处理器和 Cortex-M33 网络处理器。应用处理器运行主应用程序，网络处理器运行 BLE 堆栈。nRF5340 具有 1 MB 的片上闪存和 512 KB 的 RAM，足以运行 HealthyPi Move 应用程序和用户应用程序，并具有充足的处理能力。板载 128 MB 闪存通过高速 QSPI 接口连接，可用于存储长达 10 天的处理数据，假设采样时间为 4 秒。该设备还可用于在较短的时间内存储原始数据，非常适合在没有智能手机或计算机的情况下独立收集数据。

软件更新和编程

由于 Zephyr 软件堆栈和 nRF Connect SDK 都支持 MCUBoot 引导加载程序，因此可以使用 HealthyPi 移动应用程序的 BLE 接口或通过计算机的 USB 接口使用无线 （OTA） 更新新软件。

如果用户希望直接使用 nRF DK 或任何其他 J-Link 编程器对 nrf5340 进行编程，可以通过将 SWD 引脚连接到我们的编程适配器板来实现，该适配器板插入 USB Type-C 端口。编程适配器板还具有一个 UART 接口，可用于调试应用程序。USB Type-C 端口内部多路复用，允许 SWD 和 UART 访问、充电和数据传输。HealthyPi Move上的多路复用电路依靠USB边带引脚和调试附件模式（DAM）来实现此功能，而不会妨碍USB Type-C端口全速正常运行或快速充电，并支持USB供电（PD）。

特点和规格

• 微控制器：Nordic nRF5340 双核 ARM M33
• 传感器
• • MAX30001 心电图和生物阻抗前端
  • MAX30101光学PPG传感器
  • MAX32664 传感器集线器
  • MAXM86146手腕 PPG 传感器前端，带运动补偿
  • LSM6DSO 6 自由度 IMU
  • MAX30205体温传感器
• 内存：128 MB NOR QSPI 闪存，用于数据存储
• 显示屏：1.28英寸TFT显示屏，带电容式触摸屏
• 接口
• • 低功耗蓝牙 （BLE） 5.2
  • USB Type-C用于数据传输、充电、JTAG和UART访问（通过USB Type-C调试附件模式）
  • 2 个用于用户输入的侧面按钮
• 电源管理：Nordic nPM1300 单芯片 PMIC
• • 集成 800 mA 电池充电器，支持 USB Type-C Power Delivery
  • 2 个集成式可编程降压转换器，用于高效电源管理
  • 用于电池监控的集成电量计
  • 用于选择性电源管理的集成负载开关
  • 200 mAh 锂聚合物电池
  • USB Type-C 充电口
• 板载实时时钟，带超级电容备份
• 监控参数
• • 心电图
  • 心率（来自 ECG 或 PPG 腕部或手指传感器）
  • 心率变异性 （HRV）（来自 ECG 或 PPG 腕部或手指传感器）
  • PPG（来自手腕或/和手指 PPG 传感器）
  • SpO₂（来自手腕或手指 PPG 传感器）
  • 血压（仅来自手指 PPG 传感器）
  • EDA/GSR型
  • 呼吸频率（心电图得出）
  • 温度
  • 活动级别和步数
  • 能量消耗（燃烧的卡路里）
• 软件
• • 基于Zephyr RTOS和nRF Connect SDK的固件
  • 用 Flutter 编写的 Android、iOS、macOS、Windows 和 Linux 配套应用
• 尺寸：直径 43 毫米，厚度 16 毫米，兼容 22 毫米表带

外壳设计

HealthyPi Move 外壳设计简单、纤薄、易于接近且尽可能轻巧，同时仍然足够坚固以容纳必要的传感器和电子设备。当前版本（如上图所示）是SLA 3D打印版本，外壳的最终版本将采用注塑成型，并由生物相容性 ABS 型材料制成。外壳的设计使整个 PCB 和电池组件可以从背面一次性插入并用螺钉固定。外壳将包括一个表带连接机构，可容纳任何标准的22毫米表带。HealthyPi Move的外壳经历了多次迭代（并且仍在进行更改），以确保佩戴舒适且易于使用。其中几个迭代如下所示：

指环传感器将被模制成硅基材料，佩戴起来既灵活又舒适。使用柔性、可拆卸的电缆连接到主板。这两种机箱设计都是在 Autodesk Fusion 360 上内部开发的，源代码可在 GitHub 存储库中找到。外壳的制造将由值得信赖的合作伙伴进行。