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                      從數據準確性和算法有效性入手,多模式生命體征監測前端助力破局可穿戴“內卷”困境

                      發布時間:2022-11-24 來源:ADI 責任編輯:wenwei

                      【導讀】繼智能手機后,近年來可穿戴設備正“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/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,可穿戴設備發展卻暗藏隱憂——應用場景單一、功能更新緩慢、同質化嚴重、入局者眾多……


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                      ADI中國產品事業部高級市場應用經理何源


                      “貝索斯曾經說過,很多人關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業鏈研創趨勢展望研討會上,ADI中國產品事業部高級市場應用經理何源表示,“隨著老齡化人口的增加以及對醫療保健整體支出的強烈關注,院外醫療監護已成為一種發展趨勢,對有潛在風險的患者進行日常生活監護,或者讓患者攜帶監護儀由醫院回到家中,可使其康復過程更快捷、更舒適的可穿戴醫療設備將成為人們的剛需,我們已經開發出新的單芯片生物醫學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,可穿戴設備如此打破內卷僵局


                      可穿戴設備是否會注定一頭栽入存量市場,此后陷入“內卷”困境?在回答這個問題之前,不妨從可穿戴設備的本質出發,探尋其發展的核心路徑??纱┐髟O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備??纱┐髟O備不僅僅是一種硬件設備,更是通過軟件支持以及數據交互、云端交互來實現強大的功能??纱┐髟O備目前的主流產品形態包括以耳部為支撐的耳戴設備類,以手腕為支撐的手表手環類,以及以頭部為支撐的虛擬現實/增強現實設備類等。


                      可穿戴設備或多或少都與人體部位存在部分接觸,因此不管什么形態的可穿戴產品,都可用于健康管理與生命體征監測?!皩嶋H上,專業級可穿戴設備早已在醫療保健領域被廣泛用于監測和診斷目的,例如智能云血壓儀、心率血氧探測儀、遠程監護設備(RPM)等等。商用消費級產品中,健康與醫療也正是腕類設備的主要應用場景和技術發展趨勢,不少TWS耳機都升級了心率監測功能,甚至在看似與醫療健康毫無關系的VR/AR設備上,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,并給予專業建議?!焙卧粗赋?。


                      生命體征監測功能作為可穿戴設備發展的核心功能,這恰與當前政策環境和社會需求相符合:中共中央國務院印發的《“健康中國 2030”規劃綱要》指出,要發展基于互聯網的健康服務,培育一批有特色的健康管理服務產業,探索推進可穿戴設備、智能健康電子產品和健康醫療移動應用服務等發展;《“十四五”國家老齡事業發展和養老服務體系規劃》里也重點提出研發穿戴式動態心電監測設備和其他生理參數檢測設備,發展便攜式健康監測設備、自助式健康檢測設備等健康監測產品,開發新型信號采集芯片和智能數字醫療終端。政策引領下,可穿戴設備行業將邁入高速發展的坦途。


                      據中國健康城市白皮書調查, 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?,但是危害很大,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:在人群中的發病率呈明顯的上升趨勢;發病的人群年齡呈現年輕化?!焙卧粗赋?,“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進行監測,做到提早發現,及時治療。這正是可穿戴醫療設備的巨大機會?!?/p>


                      從健康管理的“美食理論”出發,構建“信得過”的可穿戴設備


                      可穿戴設備上有關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。PPG技術以光為主要技術載體,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技術以電為主要技術載體,即心電圖,這也是醫院檢查中大家較為熟悉的監測技術;Bio-z技術同樣以電為主要技術載體,通過生物電阻測量來做體脂率、基礎代謝率、骨骼肌、含水量的參數的判斷,還可運用于更精準的情緒測量方面。 


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                      醫院中的理想測量環境可以有效保障數據準確性


                      上述三種技術測量都是基于理想環境下的描述。例如在醫院中進行心電檢測,溫度濕度適宜、狀態穩定、設備輔助完善、時間充足、有專業的醫生做身體數據分析,因此醫院中更容易獲得穩定的測量結果?!暗绻麑⑼惶讝|西搬到腕上的可穿戴設備中,就會出現各類問題?!焙卧捶治稣f,“可穿戴設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、皮膚狀態不同、漏光、環境光的干擾、動態光的偽像……這些難題都大大增加了可穿戴設備測量的難度?!?/p>


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                      像食材與廚藝之于美食,數據的準確性和算法的有效性對體征監測二者缺一不可。


                      “要讓可穿戴設備足夠靠譜,需要從數據準確性和算法優化兩方面入手,就像烹飪一道佳肴一樣?!焙卧瓷鷦拥嘏e例說明,“數據是食材,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。精準的體征信號采集才能提供準確的數據,良好建模的優化算法才能保障通過數據真實還原體征特點?!盇DI在半導體領域深耕數十年, 一直都專注于模擬與混合信號處理等技術,在數據采集、轉換、模擬/數字信號處理上都有很深厚的積淀,ADI中國產品事業部推出的多模式生命體征監測傳感器前端ADPD6000便從這兩方面入手,既從硬件電路設計上抓好數據入口,也同時在算法優化上在最大程度上從系統層面解決上述問題。


                      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計,集成了ECG、PPG和Bio-z等多種技術,可用于心率、心電、血氧、體脂、情緒及壓力等多種參數的測量。

                        

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                      ADPD6000應用及架構示意圖


                      用于PPG的光路部分設計往往頗具難度,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,保證了信號質量和可測覆蓋度,可以減少因為常見干擾因素導致的測量誤差,同時輔以環境光抑制和動態干擾抑制,力求拿到準確可靠的數據。


                      在ECG電極部分同樣面臨很多挑戰?!袄绾涞亩酒つw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果?!焙卧粗赋?,“ADI提供可靠、穩定、成熟的專業級架構技術,并配合干電極測試覆蓋度等優化,可適配更多應用場景,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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                      數據+算法多項優化


                      除此之外,ADI針對用戶佩戴不穩而容易導致的導聯脫落場景也有對應方案,ADPD6000系列可準確判斷接觸狀態,保證積累可靠的數據,并且集成了右腿驅動功能,有效抵消環境和共模干擾,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,能去除手表材質、ID限制的影響,即使在復雜的環境下也可保證阻抗的測量精度,適配更多應用場景,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,媲美專業級設備。


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                      ADI提供全面的參考方案和系統級支持


                      “ADI還提供穩定且自適應的算法,應用機器學習的理論,可以適配更多的環境和測試狀態?!?何源表示。據何源介紹, ADI可提供包括軟件、硬件、算法的開發板極支持,甚至也可根據用戶不同的需求做定制化的開發,助力廠家打造差異化的產品。此外,該系列產品還有豐富的路線圖,新一代產品也已經送樣,未來會有更多空間和應用場景。


                      值得一提的是,ADPD6000系列產品由ADI中國產品事業部研發,實現了全鏈條的國產化,本土化設計、開發和支持,具備技術、服務和供應多重優勢,能提供24小時響應。這也使得先進技術能順利落地,發揮更大的本土化優勢。


                      結語


                      社會老齡化的加劇、生活習慣的演變以及居住環境等不同因素,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查結果顯示,中國已發病的慢病人群已逾3億,整體更呈年輕化趨勢,其中65歲以下占近半數。


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                      來源:國家統計局,中國產業信息網,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變為主動監測,具備健康管理的可穿戴設備在一定程度上彌補了因醫療資源的短缺導致的供需缺口,健康管理技術將為可穿戴市場帶來重要的拉動功能?!俺诉\動追蹤,現在的手表可以測心率、血氧飽和率、情緒、壓力、健康狀態,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品攻克?!焙卧磳纱┐骷夹g的未來發展充滿了信心。



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