從數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和算法有效性入手,,多模式生命體征監(jiān)測(cè)前端助力破局可穿戴電子產(chǎn)品“內(nèi)卷”困境
2022-11-25
來(lái)源:ADI公司
繼智能手機(jī)后,,近年來(lái)可穿戴設(shè)備正“包攬”全身,,逐步成為消費(fèi)者新時(shí)尚:耳戴TWS耳機(jī),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(jī)后撬動(dòng)著消費(fèi)電子市場(chǎng)增長(zhǎng)的新亮點(diǎn),。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(chǎng)景單一,、功能更新緩慢,、同質(zhì)化嚴(yán)重、入局者眾多……
“貝索斯曾經(jīng)說(shuō)過(guò),很多人關(guān)注并追求未來(lái)十年會(huì)變化的東西,,但是他問(wèn)自己更多的是未來(lái)十年什么是不會(huì)變的,。從可穿戴產(chǎn)品來(lái)看,人類(lèi)對(duì)于健康的追求是不變的,,健康消費(fèi)一定是大趨勢(shì),。”在前不久的第10屆易維訊年度中國(guó)硬科技媒體論壇暨產(chǎn)業(yè)鏈研創(chuàng)趨勢(shì)展望研討會(huì)上,,ADI中國(guó)產(chǎn)品事業(yè)部高級(jí)市場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)理何源表示,,“隨著老齡化人口的增加以及對(duì)醫(yī)療保健整體支出的強(qiáng)烈關(guān)注,院外醫(yī)療監(jiān)護(hù)已成為一種發(fā)展趨勢(shì),,對(duì)有潛在風(fēng)險(xiǎn)的患者進(jìn)行日常生活監(jiān)護(hù),,或者讓患者攜帶監(jiān)護(hù)儀由醫(yī)院回到家中,可使其康復(fù)過(guò)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(kāi)發(fā)出新的單芯片生物醫(yī)學(xué)模擬前端系列來(lái)支持全球客戶(hù)迎接這個(gè)大趨勢(shì)?!?/span>
緊追健康大趨勢(shì),可穿戴設(shè)備如此打破內(nèi)卷僵局
可穿戴設(shè)備是否會(huì)注定一頭栽入存量市場(chǎng),,此后陷入“內(nèi)卷”困境,?在回答這個(gè)問(wèn)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(hù)的衣服或配件的一種便攜式設(shè)備??纱┐髟O(shè)備不僅僅是一種硬件設(shè)備,,更是通過(guò)軟件支持以及數(shù)據(jù)交互、云端交互來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能,??纱┐髟O(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(lèi),以手腕為支撐的手表手環(huán)類(lèi),,以及以頭部為支撐的虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備類(lèi)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(cè),?!皩?shí)際上,專(zhuān)業(yè)級(jí)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(cè)和診斷目的,,例如智能云血壓儀,、心率血氧探測(cè)儀、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)設(shè)備(RPM)等等,。商用消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品中,,健康與醫(yī)療也正是腕類(lèi)設(shè)備的主要應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),不少TWS耳機(jī)都升級(jí)了心率監(jiān)測(cè)功能,,甚至在看似與醫(yī)療健康毫無(wú)關(guān)系的VR/AR設(shè)備上,,也可以通過(guò)加入傳感器以實(shí)時(shí)檢測(cè)與記錄使用者的當(dāng)前健康狀態(tài),并給予專(zhuān)業(yè)建議,?!焙卧粗赋觥?span style="text-indent: 2em;">
生命體征監(jiān)測(cè)功能作為可穿戴設(shè)備發(fā)展的核心功能,,這恰與當(dāng)前政策環(huán)境和社會(huì)需求相符合:中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“健康中國(guó) 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(jìn)可穿戴設(shè)備,、智能健康電子產(chǎn)品和健康醫(yī)療移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)等發(fā)展;《“十四五”國(guó)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(diǎn)提出研發(fā)穿戴式動(dòng)態(tài)心電監(jiān)測(cè)設(shè)備和其他生理參數(shù)檢測(cè)設(shè)備,,發(fā)展便攜式健康監(jiān)測(cè)設(shè)備,、自助式健康檢測(cè)設(shè)備等健康監(jiān)測(cè)產(chǎn)品,開(kāi)發(fā)新型信號(hào)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(guó)健康城市白皮書(shū)調(diào)查,, 35歲到65歲之間的人群,,正在成為慢性病的大軍?!奥÷?tīng)上去好像很常見(jiàn),,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(gè)趨勢(shì):在人群中的發(fā)病率呈明顯的上升趨勢(shì),;發(fā)病的人群年齡呈現(xiàn)年輕化,?!焙卧粗赋觯安贿^(guò)這些慢性病或多或少都有一些癥狀提前顯示出來(lái),,我們可以對(duì)這些亞健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),,做到提早發(fā)現(xiàn),及時(shí)治療,。這正是可穿戴醫(yī)療設(shè)備的巨大機(jī)會(huì),。”
從健康管理的“美食理論”出發(fā),,構(gòu)建“信得過(guò)”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(dāng)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(hào)并測(cè)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(cè)技術(shù),;Bio-z技術(shù)同樣以電為主要技術(shù)載體,,通過(guò)生物電阻測(cè)量來(lái)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(yùn)用于更精準(zhǔn)的情緒測(cè)量方面,。
上述三種技術(shù)測(cè)量都是基于理想環(huán)境下的描述,。例如在醫(yī)院中進(jìn)行心電檢測(cè),溫度濕度適宜,、狀態(tài)穩(wěn)定、設(shè)備輔助完善,、時(shí)間充足,、有專(zhuān)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(cè)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(huì)出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題,?!焙卧捶治稣f(shuō),“可穿戴設(shè)備的生命體征檢測(cè)受各項(xiàng)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?chē)姶鸥蓴_,、皮膚狀態(tài)不同,、漏光、環(huán)境光的干擾,、動(dòng)態(tài)光的偽像……這些難題都大大增加了可穿戴設(shè)備測(cè)量的難度,。”
“要讓可穿戴設(shè)備足夠靠譜,,需要從數(shù)據(jù)準(zhǔn)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?dòng)地舉例說(shuō)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(zhǔn)的體征信號(hào)采集才能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),,良好建模的優(yōu)化算法才能保障通過(guò)數(shù)據(jù)真實(shí)還原體征特點(diǎn)?!盇DI在半導(dǎo)體領(lǐng)域深耕數(shù)十年, 一直都專(zhuān)注于模擬與混合信號(hào)處理等技術(shù),,在數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換,、模擬/數(shù)字信號(hào)處理上都有很深厚的積淀,,ADI中國(guó)產(chǎn)品事業(yè)部推出的多模式生命體征監(jiān)測(cè)傳感器前端ADPD6000便從這兩方面入手,既從硬件電路設(shè)計(jì)上抓好數(shù)據(jù)入口,,也同時(shí)在算法優(yōu)化上在最大程度上從系統(tǒng)層面解決上述問(wèn)題,。
軟硬件多管齊下,造就值得信賴(lài)“專(zhuān)家號(hào)”
ADPD6000系列是高度集成的模擬前端(AFE),,針對(duì)測(cè)量各種生命體征信號(hào)而設(shè)計(jì),,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(cè)量。
用于PPG的光路部分設(shè)計(jì)往往頗具難度,,因?yàn)槊總€(gè)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(zhǔn)度。對(duì)此,,ADPD6000提供了極高的鏈路信噪比,,保證了信號(hào)質(zhì)量和可測(cè)覆蓋度,可以減少因?yàn)槌R?jiàn)干擾因素導(dǎo)致的測(cè)量誤差,,同時(shí)輔以環(huán)境光抑制和動(dòng)態(tài)干擾抑制,,力求拿到準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。
在ECG電極部分同樣面臨很多挑戰(zhàn),?!袄绾涞亩酒つw比較干燥,或者大齡用戶(hù)皮膚比較松弛,,這些很常見(jiàn)的用例下很多時(shí)候都可能測(cè)不到結(jié)果,。”何源指出,,“ADI提供可靠,、穩(wěn)定、成熟的專(zhuān)業(yè)級(jí)架構(gòu)技術(shù),,并配合干電極測(cè)試覆蓋度等優(yōu)化,,可適配更多應(yīng)用場(chǎng)景,即使是在干燥的冬季,,ADPD6000也可保證足夠的測(cè)量精度,。”
除此之外,,ADI針對(duì)用戶(hù)佩戴不穩(wěn)而容易導(dǎo)致的導(dǎo)聯(lián)脫落場(chǎng)景也有對(duì)應(yīng)方案,,ADPD6000系列可準(zhǔn)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(dòng)功能,,有效抵消環(huán)境和共模干擾,使信號(hào)更純凈,。
Bio-z電極方面的難點(diǎn)也在于每個(gè)人接觸的狀態(tài)不一樣,由于用戶(hù)的操作帶來(lái)的誤差很大,。ADPD6000系列具備獨(dú)有的專(zhuān)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(cè)量精度,,適配更多應(yīng)用場(chǎng)景,,對(duì)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(lái)的非對(duì)稱(chēng)誤差,,最終能將誤差降到很小,媲美專(zhuān)業(yè)級(jí)設(shè)備,。
“ADI還提供穩(wěn)定且自適應(yīng)的算法,,應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)的理論,可以適配更多的環(huán)境和測(cè)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(kāi)發(fā)板極支持,,甚至也可根據(jù)用戶(hù)不同的需求做定制化的開(kāi)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(lái)會(huì)有更多空間和應(yīng)用場(chǎng)景,。
值得一提的是,,ADPD6000系列產(chǎn)品由ADI中國(guó)產(chǎn)品事業(yè)部研發(fā),實(shí)現(xiàn)了全鏈條的國(guó)產(chǎn)化,,本土化設(shè)計(jì),、開(kāi)發(fā)和支持,具備技術(shù),、服務(wù)和供應(yīng)多重優(yōu)勢(shì),,能提供24小時(shí)響應(yīng)。這也使得先進(jìn)技術(shù)能順利落地,,發(fā)揮更大的本土化優(yōu)勢(shì),。
結(jié)語(yǔ)
社會(huì)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(jìn)了社會(huì)疾病圖譜的演進(jìn),,中國(guó)的慢病人群逐年的增長(zhǎng)。中國(guó)健康管理白皮書(shū)調(diào)查結(jié)果顯示,,中國(guó)已發(fā)病的慢病人群已逾3億,,整體更呈年輕化趨勢(shì),其中65歲以下占近半數(shù)。
在此背景下,,居民的健康觀念逐漸由被動(dòng)治療轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)監(jiān)測(cè),,具備健康管理的可穿戴設(shè)備在一定程度上彌補(bǔ)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(chǎng)帶來(lái)重要的拉動(dòng)功能,?!俺诉\(yùn)動(dòng)追蹤,現(xiàn)在的手表可以測(cè)心率,、血氧飽和率,、情緒、壓力,、健康狀態(tài),,以及測(cè)體脂率等等。包括人類(lèi)五大健康指標(biāo):心率,、血氧,、血壓、呼吸,、體溫,,這些未來(lái)終將都會(huì)一一被可穿戴產(chǎn)品攻克?!焙卧磳?duì)可穿戴技術(shù)的未來(lái)發(fā)展充滿(mǎn)了信心,。
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