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電子產(chǎn)品“內卷”困境

繼智能手機后，近年來(lái)可穿戴設備正“包攬”全身，逐步成為消費者新時(shí)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備正成為繼手機后撬動(dòng)著(zhù)消費電子市場(chǎng)增長(cháng)的新亮點(diǎn)。但看似百花齊放的繁榮表象背后，可穿戴設備發(fā)展卻暗藏隱憂(yōu)——應用場(chǎng)景單一、功能更新緩慢、同質(zhì)化嚴重、入局者眾多……

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

“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(huì )上，ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部高級市場(chǎng)應用經(jīng)理何源表示，“隨著(zhù)老齡化人口的增加以及對醫療保健整體支出的強烈關(guān)注，院外醫療監護已成為一種發(fā)展趨勢，對有潛在風(fēng)險的患者進(jìn)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(guò)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(jīng)開(kāi)發(fā)出新的單芯片生物醫學(xué)模擬前端系列來(lái)支持全球客戶(hù)迎接這個(gè)大趨勢?！?/span>

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(huì )注定一頭栽入存量市場(chǎng)，此后陷入“內卷”困境？在回答這個(gè)問(wèn)題之前，不妨從可穿戴設備的本質(zhì)出發(fā)，探尋其發(fā)展的核心路徑?？纱┐髟O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備?？纱┐髟O備不僅僅是一種硬件設備，更是通過(guò)軟件支持以及數據交互、云端交互來(lái)實(shí)現強大的功能?？纱┐髟O備目前的主流產(chǎn)品形態(tài)包括以耳部為支撐的耳戴設備類(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實(shí)/增強現實(shí)設備類(lèi)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(tài)的可穿戴產(chǎn)品，都可用于健康管理與生命體征監測?！皩?shí)際上，專(zhuān)業(yè)級可穿戴設備早已在醫療保健領(lǐng)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(chǎn)品中，健康與醫療也正是腕類(lèi)設備的主要應用場(chǎng)景和技術(shù)發(fā)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(wú)關(guān)系的VR/AR設備上，也可以通過(guò)加入傳感器以實(shí)時(shí)檢測與記錄使用者的當前健康狀態(tài)，并給予專(zhuān)業(yè)建議?！焙卧粗赋?。

生命體征監測功能作為可穿戴設備發(fā)展的核心功能，這恰與當前政策環(huán)境和社會(huì )需求相符合：中共中央國務(wù)院印發(fā)的《“健康中國 2030”規劃綱要》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)可穿戴設備、智能健康電子產(chǎn)品和健康醫療移動(dòng)應用服務(wù)等發(fā)展；《“十四五”國家老齡事業(yè)發(fā)展和養老服務(wù)體系規劃》里也重點(diǎn)提出研發(fā)穿戴式動(dòng)態(tài)心電監測設備和其他生理參數檢測設備，發(fā)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(chǎn)品，開(kāi)發(fā)新型信號采集芯片和智能數字醫療終端。政策引領(lǐng)下，可穿戴設備行業(yè)將邁入高速發(fā)展的坦途。

據中國健康城市白皮書(shū)調查， 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：在人群中的發(fā)病率呈明顯的上升趨勢；發(fā)病的人群年齡呈現年輕化?！焙卧粗赋?，“不過(guò)這些慢性病或多或少都有一些癥狀提前顯示出來(lái)，我們可以對這些亞健康狀態(tài)進(jìn)行監測，做到提早發(fā)現，及時(shí)治療。這正是可穿戴醫療設備的巨大機會(huì )?！?/span>

從健康管理的“美食理論”出發(fā)，構建“信得過(guò)”的可穿戴設備

可穿戴設備上有關(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，這也是醫院檢查中大家較為熟悉的監測技術(shù)；Bio-z技術(shù)同樣以電為主要技術(shù)載體，通過(guò)生物電阻測量來(lái)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。

醫院中的理想測量環(huán)境可以有效保障數據準確性

上述三種技術(shù)測量都是基于理想環(huán)境下的描述。例如在醫院中進(jìn)行心電檢測，溫度濕度適宜、狀態(tài)穩定、設備輔助完善、時(shí)間充足、有專(zhuān)業(yè)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(huì )出現各類(lèi)問(wèn)題?！焙卧捶治稣f(shuō)，“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?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備測量的難度?！?/span>

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(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(yōu)化算法才能保障通過(guò)數據真實(shí)還原體征特點(diǎn)?！盇DI在半導體領(lǐng)域深耕數十年, 一直都專(zhuān)注于模擬與混合信號處理等技術(shù)，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(chǎn)品事業(yè)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(shí)在算法優(yōu)化上在最大程度上從系統層面解決上述問(wèn)題。

軟硬件多管齊下，造就值得信賴(lài)“專(zhuān)家號”

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(shù)，可用于心率、心電、血氧、體脂、情緒及壓力等多種參數的測量。

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(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(jiàn)干擾因素導致的測量誤差，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(hù)皮膚比較松弛，這些很常見(jiàn)的用例下很多時(shí)候都可能測不到結果?！焙卧粗赋?，“ADI提供可靠、穩定、成熟的專(zhuān)業(yè)級架構技術(shù)，并配合干電極測試覆蓋度等優(yōu)化，可適配更多應用場(chǎng)景，即使是在干燥的冬季，ADPD6000也可保證足夠的測量精度?！?/span>

數據+算法多項優(yōu)化

除此之外，ADI針對用戶(hù)佩戴不穩而容易導致的導聯(lián)脫落場(chǎng)景也有對應方案，ADPD6000系列可準確判斷接觸狀態(tài)，保證積累可靠的數據，并且集成了右腿驅動(dòng)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(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，即使在復雜的環(huán)境下也可保證阻抗的測量精度，適配更多應用場(chǎng)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(lái)的非對稱(chēng)誤差，最終能將誤差降到很小，媲美專(zhuān)業(yè)級設備。

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(xué)習的理論，可以適配更多的環(huán)境和測試狀態(tài)?！?何源表示。據何源介紹， ADI可提供包括軟件、硬件、算法的開(kāi)發(fā)板極支持，甚至也可根據用戶(hù)不同的需求做定制化的開(kāi)發(fā)，助力廠(chǎng)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(xiàn)圖，新一代產(chǎn)品也已經(jīng)送樣，未來(lái)會(huì )有更多空間和應用場(chǎng)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(shí)現了全鏈條的國產(chǎn)化，本土化設計、開(kāi)發(fā)和支持，具備技術(shù)、服務(wù)和供應多重優(yōu)勢，能提供24小時(shí)響應。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。

結語(yǔ)

社會(huì )老齡化的加劇、生活習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)，中國的慢病人群逐年的增長(cháng)。中國健康管理白皮書(shū)調查結果顯示，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。

來(lái)源：國家統計局，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(guān)念逐漸由被動(dòng)治療轉變?yōu)橹鲃?dòng)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(shù)將為可穿戴市場(chǎng)帶來(lái)重要的拉動(dòng)功能?！俺诉\動(dòng)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(tài)，以及測體脂率等等。包括人類(lèi)五大健康指標：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纱┐骷夹g(shù)的未來(lái)發(fā)展充滿(mǎn)了信心。