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從數(shù)據(jù)準確性和算法有效性入手,多模式生命體征監(jiān)測前端助力破局可穿戴“內(nèi)卷”困境

發(fā)布時間:2022-11-24 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】繼智能手機后,近年來可穿戴設(shè)備正“包攬”全身,逐步成為消費者新時尚:耳戴TWS耳機,腕戴智能手環(huán)/智能手表,頭戴智能眼鏡/智能頭顯,身穿心電T恤……多種多樣的智能穿戴設(shè)備正成為繼手機后撬動著消費電子市場增長的新亮點。但看似百花齊放的繁榮表象背后,可穿戴設(shè)備發(fā)展卻暗藏隱憂——應(yīng)用場景單一、功能更新緩慢、同質(zhì)化嚴重、入局者眾多……


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ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部高級市場應(yīng)用經(jīng)理何源


“貝索斯曾經(jīng)說過,很多人關(guān)注并追求未來十年會變化的東西,但是他問自己更多的是未來十年什么是不會變的。從可穿戴產(chǎn)品來看,人類對于健康的追求是不變的,健康消費一定是大趨勢?!痹谇安痪玫牡?0屆易維訊年度中國硬科技媒體論壇暨產(chǎn)業(yè)鏈研創(chuàng)趨勢展望研討會上,ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部高級市場應(yīng)用經(jīng)理何源表示,“隨著老齡化人口的增加以及對醫(yī)療保健整體支出的強烈關(guān)注,院外醫(yī)療監(jiān)護已成為一種發(fā)展趨勢,對有潛在風(fēng)險的患者進行日常生活監(jiān)護,或者讓患者攜帶監(jiān)護儀由醫(yī)院回到家中,可使其康復(fù)過程更快捷、更舒適的可穿戴醫(yī)療設(shè)備將成為人們的剛需,我們已經(jīng)開發(fā)出新的單芯片生物醫(yī)學(xué)模擬前端系列來支持全球客戶迎接這個大趨勢?!?/p>


緊追健康大趨勢,可穿戴設(shè)備如此打破內(nèi)卷僵局


可穿戴設(shè)備是否會注定一頭栽入存量市場,此后陷入“內(nèi)卷”困境?在回答這個問題之前,不妨從可穿戴設(shè)備的本質(zhì)出發(fā),探尋其發(fā)展的核心路徑。可穿戴設(shè)備,即直接穿在身上,或是整合到用戶的衣服或配件的一種便攜式設(shè)備。可穿戴設(shè)備不僅僅是一種硬件設(shè)備,更是通過軟件支持以及數(shù)據(jù)交互、云端交互來實現(xiàn)強大的功能。可穿戴設(shè)備目前的主流產(chǎn)品形態(tài)包括以耳部為支撐的耳戴設(shè)備類,以手腕為支撐的手表手環(huán)類,以及以頭部為支撐的虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實設(shè)備類等。


可穿戴設(shè)備或多或少都與人體部位存在部分接觸,因此不管什么形態(tài)的可穿戴產(chǎn)品,都可用于健康管理與生命體征監(jiān)測。“實際上,專業(yè)級可穿戴設(shè)備早已在醫(yī)療保健領(lǐng)域被廣泛用于監(jiān)測和診斷目的,例如智能云血壓儀、心率血氧探測儀、遠程監(jiān)護設(shè)備(RPM)等等。商用消費級產(chǎn)品中,健康與醫(yī)療也正是腕類設(shè)備的主要應(yīng)用場景和技術(shù)發(fā)展趨勢,不少TWS耳機都升級了心率監(jiān)測功能,甚至在看似與醫(yī)療健康毫無關(guān)系的VR/AR設(shè)備上,也可以通過加入傳感器以實時檢測與記錄使用者的當前健康狀態(tài),并給予專業(yè)建議?!焙卧粗赋觥?/p>


生命體征監(jiān)測功能作為可穿戴設(shè)備發(fā)展的核心功能,這恰與當前政策環(huán)境和社會需求相符合:中共中央國務(wù)院印發(fā)的《“健康中國 2030”規(guī)劃綱要》指出,要發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的健康服務(wù),培育一批有特色的健康管理服務(wù)產(chǎn)業(yè),探索推進可穿戴設(shè)備、智能健康電子產(chǎn)品和健康醫(yī)療移動應(yīng)用服務(wù)等發(fā)展;《“十四五”國家老齡事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老服務(wù)體系規(guī)劃》里也重點提出研發(fā)穿戴式動態(tài)心電監(jiān)測設(shè)備和其他生理參數(shù)檢測設(shè)備,發(fā)展便攜式健康監(jiān)測設(shè)備、自助式健康檢測設(shè)備等健康監(jiān)測產(chǎn)品,開發(fā)新型信號采集芯片和智能數(shù)字醫(yī)療終端。政策引領(lǐng)下,可穿戴設(shè)備行業(yè)將邁入高速發(fā)展的坦途。


據(jù)中國健康城市白皮書調(diào)查, 35歲到65歲之間的人群,正在成為慢性病的大軍?!奥÷犐先ズ孟窈艹R姡俏:艽?,比如肥胖、超重、血脂異常、脂肪肝…這些病癥正在形成兩個趨勢:在人群中的發(fā)病率呈明顯的上升趨勢;發(fā)病的人群年齡呈現(xiàn)年輕化。”何源指出,“不過這些慢性病或多或少都有一些癥狀提前顯示出來,我們可以對這些亞健康狀態(tài)進行監(jiān)測,做到提早發(fā)現(xiàn),及時治療。這正是可穿戴醫(yī)療設(shè)備的巨大機會。”


從健康管理的“美食理論”出發(fā),構(gòu)建“信得過”的可穿戴設(shè)備


可穿戴設(shè)備上有關(guān)生命體征的解決方案當前主要包括PPG(光電容積脈搏波描記法)、ECG(心電圖)、Bio-z(生物阻抗分析)三種技術(shù)。PPG技術(shù)以光為主要技術(shù)載體,多用于心率信息的獲取,采用光電容積傳感器即可得 PPG 信號并測算出心率;ECG技術(shù)以電為主要技術(shù)載體,即心電圖,這也是醫(yī)院檢查中大家較為熟悉的監(jiān)測技術(shù);Bio-z技術(shù)同樣以電為主要技術(shù)載體,通過生物電阻測量來做體脂率、基礎(chǔ)代謝率、骨骼肌、含水量的參數(shù)的判斷,還可運用于更精準的情緒測量方面。 


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醫(yī)院中的理想測量環(huán)境可以有效保障數(shù)據(jù)準確性


上述三種技術(shù)測量都是基于理想環(huán)境下的描述。例如在醫(yī)院中進行心電檢測,溫度濕度適宜、狀態(tài)穩(wěn)定、設(shè)備輔助完善、時間充足、有專業(yè)的醫(yī)生做身體數(shù)據(jù)分析,因此醫(yī)院中更容易獲得穩(wěn)定的測量結(jié)果?!暗绻麑⑼惶讝|西搬到腕上的可穿戴設(shè)備中,就會出現(xiàn)各類問題?!焙卧捶治稣f,“可穿戴設(shè)備的生命體征檢測受各項干擾因素影響大,并且不同情況下、不同人群的身體狀況都不一樣,例如佩戴是否牢固、周圍電磁干擾、皮膚狀態(tài)不同、漏光、環(huán)境光的干擾、動態(tài)光的偽像……這些難題都大大增加了可穿戴設(shè)備測量的難度?!?/p>


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像食材與廚藝之于美食,數(shù)據(jù)的準確性和算法的有效性對體征監(jiān)測二者缺一不可。


“要讓可穿戴設(shè)備足夠靠譜,需要從數(shù)據(jù)準確性和算法優(yōu)化兩方面入手,就像烹飪一道佳肴一樣?!焙卧瓷鷦拥嘏e例說明,“數(shù)據(jù)是食材,算法是廚藝。想要得到美味,既少不了上好的食材作為源頭,也少不了精湛的廚藝加工呈現(xiàn)。精準的體征信號采集才能提供準確的數(shù)據(jù),良好建模的優(yōu)化算法才能保障通過數(shù)據(jù)真實還原體征特點?!盇DI在半導(dǎo)體領(lǐng)域深耕數(shù)十年, 一直都專注于模擬與混合信號處理等技術(shù),在數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、模擬/數(shù)字信號處理上都有很深厚的積淀,ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部推出的多模式生命體征監(jiān)測傳感器前端ADPD6000便從這兩方面入手,既從硬件電路設(shè)計上抓好數(shù)據(jù)入口,也同時在算法優(yōu)化上在最大程度上從系統(tǒng)層面解決上述問題。


軟硬件多管齊下,造就值得信賴“專家號”


ADPD6000系列是高度集成的模擬前端(AFE),針對測量各種生命體征信號而設(shè)計,集成了ECG、PPG和Bio-z等多種技術(shù),可用于心率、心電、血氧、體脂、情緒及壓力等多種參數(shù)的測量。

  

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ADPD6000應(yīng)用及架構(gòu)示意圖


用于PPG的光路部分設(shè)計往往頗具難度,因為每個人胖瘦不同,手表佩戴的松緊不同,膚色不同,包括體毛、紋身、傷疤等因素都能影響采集精準度。對此,ADPD6000提供了極高的鏈路信噪比,保證了信號質(zhì)量和可測覆蓋度,可以減少因為常見干擾因素導(dǎo)致的測量誤差,同時輔以環(huán)境光抑制和動態(tài)干擾抑制,力求拿到準確可靠的數(shù)據(jù)。


在ECG電極部分同樣面臨很多挑戰(zhàn)。“例如寒冷的冬季皮膚比較干燥,或者大齡用戶皮膚比較松弛,這些很常見的用例下很多時候都可能測不到結(jié)果?!焙卧粗赋?,“ADI提供可靠、穩(wěn)定、成熟的專業(yè)級架構(gòu)技術(shù),并配合干電極測試覆蓋度等優(yōu)化,可適配更多應(yīng)用場景,即使是在干燥的冬季,ADPD6000也可保證足夠的測量精度?!?nbsp;


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數(shù)據(jù)+算法多項優(yōu)化


除此之外,ADI針對用戶佩戴不穩(wěn)而容易導(dǎo)致的導(dǎo)聯(lián)脫落場景也有對應(yīng)方案,ADPD6000系列可準確判斷接觸狀態(tài),保證積累可靠的數(shù)據(jù),并且集成了右腿驅(qū)動功能,有效抵消環(huán)境和共模干擾,使信號更純凈。


Bio-z電極方面的難點也在于每個人接觸的狀態(tài)不一樣,由于用戶的操作帶來的誤差很大。ADPD6000系列具備獨有的專利技術(shù),能去除手表材質(zhì)、ID限制的影響,即使在復(fù)雜的環(huán)境下也可保證阻抗的測量精度,適配更多應(yīng)用場景,對多變的外部變量幾乎免疫。此外,ADPD6000系列可有效去除由于小電極帶來的非對稱誤差,最終能將誤差降到很小,媲美專業(yè)級設(shè)備。


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ADI提供全面的參考方案和系統(tǒng)級支持


“ADI還提供穩(wěn)定且自適應(yīng)的算法,應(yīng)用機器學(xué)習(xí)的理論,可以適配更多的環(huán)境和測試狀態(tài)?!?何源表示。據(jù)何源介紹, ADI可提供包括軟件、硬件、算法的開發(fā)板極支持,甚至也可根據(jù)用戶不同的需求做定制化的開發(fā),助力廠家打造差異化的產(chǎn)品。此外,該系列產(chǎn)品還有豐富的路線圖,新一代產(chǎn)品也已經(jīng)送樣,未來會有更多空間和應(yīng)用場景。


值得一提的是,ADPD6000系列產(chǎn)品由ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部研發(fā),實現(xiàn)了全鏈條的國產(chǎn)化,本土化設(shè)計、開發(fā)和支持,具備技術(shù)、服務(wù)和供應(yīng)多重優(yōu)勢,能提供24小時響應(yīng)。這也使得先進技術(shù)能順利落地,發(fā)揮更大的本土化優(yōu)勢。


結(jié)語


社會老齡化的加劇、生活習(xí)慣的演變以及居住環(huán)境等不同因素,推進了社會疾病圖譜的演進,中國的慢病人群逐年的增長。中國健康管理白皮書調(diào)查結(jié)果顯示,中國已發(fā)病的慢病人群已逾3億,整體更呈年輕化趨勢,其中65歲以下占近半數(shù)。


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來源:國家統(tǒng)計局,中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng),頭豹研究院編輯整理


在此背景下,居民的健康觀念逐漸由被動治療轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃颖O(jiān)測,具備健康管理的可穿戴設(shè)備在一定程度上彌補了因醫(yī)療資源的短缺導(dǎo)致的供需缺口,健康管理技術(shù)將為可穿戴市場帶來重要的拉動功能。“除了運動追蹤,現(xiàn)在的手表可以測心率、血氧飽和率、情緒、壓力、健康狀態(tài),以及測體脂率等等。包括人類五大健康指標:心率、血氧、血壓、呼吸、體溫,這些未來終將都會一一被可穿戴產(chǎn)品攻克?!焙卧磳纱┐骷夹g(shù)的未來發(fā)展充滿了信心。



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