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)測前端助力破局可穿戴電子產(chǎn)品“內(nèi)卷”困境

繼智能手機(jī)后，近年來可穿戴設(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)電子市場增長的新亮點(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)用場景單一、功能更新緩慢、同質(zhì)化嚴(yán)重、入局者眾多……

ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部高級(jí)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(huì)變化的東西，但是他問自己更多的是未來十年什么是不會(huì)變的。從可穿戴產(chǎn)品來看，人類對(duì)于健康的追求是不變的，健康消費(fèi)一定是大趨勢。”在前不久的第10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(jí)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(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，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(gè)大趨勢。”

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(huì)注定一頭栽入存量市場，此后陷入“內(nèi)卷”困境？在回答這個(gè)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?？纱┐髟O(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(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，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(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(shí)際上，專業(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)測和診斷目的，例如智能云血壓儀、心率血氧探測儀、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(jī)都升級(jí)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(shí)時(shí)檢測與記錄使用者的當(dāng)前健康狀態(tài)，并給予專業(yè)建議。”何源指出。

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(dāng)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(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(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。“慢病聽上去好像很常見，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(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(duì)這些亞健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，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”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(yùn)用于更精準(zhǔn)的情緒測量方面。

醫(yī)院中的理想測量環(huán)境可以有效保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(jìn)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(shí)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(huì)出現(xiàn)各類問題。”何源分析說，“可穿戴設(shè)備的生命體征檢測受各項(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、周圍電磁干擾、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)備測量的難度?！?

像食材與廚藝之于美食，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和算法的有效性對(duì)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(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(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)層面解決上述問題。

軟硬件多管齊下，造就值得信賴“專家號(hào)”

ADPD6000系列是高度集成的模擬前端(AFE)，針對(duì)測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)的測量。

ADPD6000應(yīng)用及架構(gòu)示意圖

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)量和可測覆蓋度，可以減少因?yàn)槌Ｒ姼蓴_因素導(dǎo)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(zhǔn)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(shí)候都可能測不到結(jié)果。”何源指出，“ADI提供可靠、穩(wěn)定、成熟的專業(yè)級(jí)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?！?

數(shù)據(jù)+算法多項(xiàng)優(yōu)化

除此之外，ADI針對(duì)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(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，由于用戶的操作帶來的誤差很大。ADPD6000系列具備獨(dú)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(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的非對(duì)稱誤差，最終能將誤差降到很小，媲美專業(yè)級(jí)設(shè)備。

ADI提供全面的參考方案和系統(tǒng)級(jí)支持

“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(huì)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(shí)現(xiàn)了全鏈條的國產(chǎn)化，本土化設(shè)計(jì)、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(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。

結(jié)語

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)。

來源：國家統(tǒng)計(jì)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(dòng)治療轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)監(jiān)測，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)將為可穿戴市場帶來重要的拉動(dòng)功能?！俺诉\(yùn)動(dòng)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(biāo)：心率、血氧、血壓、呼吸、體溫，這些未來終將都會(huì)一一被可穿戴產(chǎn)品攻克。”何源對(duì)可穿戴技術(shù)的未來發(fā)展充滿了信心。