今年 9 月，蘋果新一代手表 Apple watch 6 推出測(cè)血氧功能，之后的一兩個(gè)月里，帶有測(cè)血氧功能的智能手表扎堆發(fā)布，vivo WATCH、華為手表 GT2、榮耀手表 GS Pro、華米 Amazfit GTR 2 和 GTS 2 等旗艦級(jí)智能手表幾乎都包含這一功能。
10 月，華米科技發(fā)布售價(jià)僅為 299 的 Amazfit Pop 也配備測(cè)血氧功能，血氧傳感器已開始向中低端機(jī)滲透，或?qū)⑾破鸶蟮睦顺薄?/p>
那么，智能手表上的測(cè)血氧功能究竟是什么?其發(fā)展前景如何?
從臨床檢測(cè)走向大眾的血氧檢測(cè)
智能手表的測(cè)血氧功能，事實(shí)上是通過測(cè)量人體動(dòng)脈血氧飽和度來判斷是否健康，血氧飽和度具體是指血液中與氧氣結(jié)合的血紅蛋白含量占比，即血液中血氧的濃度。
一般而言，若血氧飽和度在 94% 以下，就會(huì)被視為供氧不足。許多臨床疾病都會(huì)造成供氧不足的情況，直接影響細(xì)胞正常的新陳代謝，嚴(yán)重時(shí)更是會(huì)威脅生命，因此血氧檢測(cè)對(duì)于臨床醫(yī)學(xué)而言十分重要。
追溯血氧測(cè)量最原始的方法，需要先采血，再經(jīng)過血?dú)夥治鰞x進(jìn)行電化學(xué)分析，最終得出血氧飽和度。這一方法步驟繁雜，且無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)檢測(cè)。
不過隨著臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展，如今普遍采用無創(chuàng)式血氧測(cè)量，只要為患者佩戴一個(gè)指壓式光電傳感器，就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的血氧檢測(cè)。其實(shí)質(zhì)是使用波長(zhǎng) 660nm 的紅光和 940nm 的近紅外光作為攝入光源，測(cè)定通過組織床的光傳導(dǎo)強(qiáng)度，計(jì)算血氧濃度及血氧飽和度，經(jīng)儀器顯示結(jié)果。
用智能手表測(cè)血氧的原理類似于指壓式測(cè)量，但不同的是，手表發(fā)射光源所照射的部分是手腕，并不像手指那樣 “透明”，可見光與紅外光無法穿透，因此更具挑戰(zhàn)性。
但智能手表作為使用頻率十分高的可穿戴設(shè)備，其發(fā)展空間的刺激遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于需要面臨的挑戰(zhàn)。
“vivo 智能手表之所以決定加上測(cè)血氧功能，是因?yàn)檎J(rèn)為血氧監(jiān)測(cè)是當(dāng)前智能手表在健康領(lǐng)域的重要一步。”vivo 資深工程師說，“與其他智能設(shè)備不同，智能手表被用戶全天佩戴，給數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)提供了很大的想象空間。我們希望它能持續(xù)進(jìn)化，監(jiān)測(cè)更豐富、更重要的健康數(shù)據(jù)。”
10 月 20 日，華米科技創(chuàng)始人兼 CEO 黃汪在微博上發(fā)布文章《血氧，應(yīng)該成為智能手表的標(biāo)配》，他指出，疫情下，血氧飽和度已經(jīng)成為了新冠的輔助檢測(cè)手段，通過可穿戴設(shè)備持續(xù)監(jiān)測(cè)血氧變化，結(jié)合心率數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)潛在的呼吸暫停問題。“血氧如此重要，旗艦智能手表今年紛紛搭載血氧監(jiān)測(cè)，當(dāng)然也就不足為奇了。”
艾邁斯半導(dǎo)體現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師經(jīng)理李銘豪認(rèn)為，“智能手表測(cè)血氧對(duì)監(jiān)測(cè)人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，高原反應(yīng)的監(jiān)控以及老年病人身體狀態(tài)的監(jiān)控都有一定的幫助。”
那么，智能手表究竟是如何測(cè)血氧的?用手表測(cè)血氧真的靠譜嗎?
光學(xué)傳感器是智能手表測(cè)血氧的核心
“智能手表的血氧監(jiān)測(cè)模塊由光學(xué)傳感器、前段信號(hào)采集系統(tǒng)、算法三部分組成。其原理是根據(jù)血液中氧合血紅蛋白(HbO2)和脫氧合血紅蛋白(Hb)對(duì)紅光和紅外光的吸收率不同的特點(diǎn)，通過光學(xué)傳感器向皮膚照射紅光和紅外光，然后得到經(jīng)皮膚下血管反射后的紅光和紅外光，最后通過算法計(jì)算出血氧。”華米科技一位資深技術(shù)人員稱。
光學(xué)傳感器是血氧檢測(cè)模塊的核心，通常由若干個(gè) LED 燈和二極管組合而成。蘋果官網(wǎng)顯示，Apple Watch 6 配備的血氧傳感器由四組 LED 光簇和四個(gè)光電二極管組成，并集成在水晶玻璃表背之中。
如果要求一塊智能手表既能測(cè)心率，又能測(cè)血氧，是可以經(jīng)由同一顆光學(xué)傳感器實(shí)現(xiàn)的。
艾邁斯半導(dǎo)體已經(jīng)推出了集成測(cè)血氧和測(cè)心率功能的光學(xué)傳感器。李銘豪表示，“測(cè)心率通常用綠光，測(cè)血氧用紅光和紅外光，相比于只能測(cè)心率的光學(xué)傳感器，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)功能的光學(xué)傳感器在組成上通常會(huì)增加若干個(gè)紅光和紅外光 LED。”
作為測(cè)血氧的核心，光學(xué)傳感器的精度對(duì)于測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。例如，二極管產(chǎn)生的紅光波長(zhǎng)出現(xiàn)偏差，就可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。
“智能手表測(cè)血氧，是通過測(cè)毛細(xì)血管得到的信號(hào)，信號(hào)非常微弱。通常這個(gè)信號(hào)淹沒在上面，反饋的信號(hào)可能只有 1% 左右是有用的。因此，光學(xué)、濾波等設(shè)計(jì)非常重要。”李銘豪說。
目前，業(yè)界的公司都在采取各種措施提升精度。
華米科技資深技術(shù)人員表示，“任何一個(gè)傳感器都存在各種各樣非理想情況的誤差，在控制誤差方面，華米在選擇光電器件時(shí)對(duì)所有的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試和評(píng)估，其次，華米的每個(gè)產(chǎn)品在產(chǎn)線都經(jīng)過多次測(cè)量，保證出廠產(chǎn)品參數(shù)精度在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。另外，在設(shè)計(jì)之初選擇人體皮膚光譜吸收率曲線相對(duì)平坦的波段，限定波長(zhǎng)誤差對(duì)血氧結(jié)果的影響在可接受的范圍內(nèi)。”
增加傳感器的數(shù)量也是提升精度的方法之一，vivo watch 就是配置自研 5 核光學(xué)心率血氧傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)血氧功能。“5 核指的是由 5 顆傳感器組成的多傳感系統(tǒng)，其中電路與光學(xué)設(shè)計(jì)是 vivo 自主研究的成果，相比行業(yè)內(nèi)單傳感器或多傳感器設(shè)計(jì)，它的信號(hào)接收面積更大，接收能力更強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)效果。”vivo 資深技術(shù)人員表示。
不過，從目前智能手表測(cè)血氧的實(shí)際效果來看，雖說有精度的提升，但距離實(shí)現(xiàn)醫(yī)療級(jí)別的血氧監(jiān)測(cè)，還是有一定的差距。在傳出 Apple Watch 6 測(cè)血氧功能不準(zhǔn)確的消息時(shí)，蘋果公司就出來澄清過，該功能僅作為健康參考，不作為醫(yī)療診斷標(biāo)準(zhǔn)。
“消費(fèi)類和醫(yī)療類的精度要求是不同的，以心率為例，手腕上差幾跳脈搏都是沒有問題的，但在醫(yī)療上，就只能有 1-2 跳的差距。”李銘豪說。
目前還沒有一款智能手表上的測(cè)血氧功能通過 NMPA 或 FDA 認(rèn)證，即達(dá)到醫(yī)療診斷水平。
下一步，更多的可穿戴設(shè)備?
未來，基于光學(xué)傳感器的血氧監(jiān)測(cè)是否有更廣闊的發(fā)展空間呢?
觀察其他智能傳感在可穿戴設(shè)備上的發(fā)展，準(zhǔn)確性越高、體積越小、功耗越低，可適用的場(chǎng)景就越多。
談及血氧傳感器未來的發(fā)展，華米科技認(rèn)為，未來的血氧監(jiān)測(cè)將是更準(zhǔn)確、更無感、以及運(yùn)動(dòng)連續(xù)血氧監(jiān)測(cè)和更多的健康服務(wù)，其中更準(zhǔn)確指測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確，更無感指降低測(cè)試時(shí)對(duì)用戶的要求，更多的健康服務(wù)指的是通過血樣參數(shù)，監(jiān)控兒童哮喘以及其他心臟疾病狀態(tài)。
另外，華米也已有計(jì)劃讓其血氧檢測(cè)功能通過 NMPA 認(rèn)證，對(duì)于具體進(jìn)展，華米表示會(huì)在合適的時(shí)間同大家分享。
當(dāng)精度提升之后，會(huì)有更多的可穿戴設(shè)備搭載血氧傳感器嗎?
華米科技透露，增加一個(gè)測(cè)血氧功能，硬件成本增加不大，血氧的研發(fā)投入主要在于光學(xué)模組設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)以及測(cè)試，由于這些設(shè)計(jì)具有通用性，批量出貨后，成本增加就不明顯了。這意味著，血氧傳感器未來的發(fā)展，受成本影響較小。
李銘豪表示，“在耳機(jī)或者其他可穿戴設(shè)備裝上血氧傳感器是可能的，但如果用真無線耳機(jī)測(cè)血氧，功耗將是問題。我們也一直在提出一些新方案，新的應(yīng)用場(chǎng)景，但具體結(jié)合還要看市場(chǎng)需求。”
因此，短期來看，血氧傳感器的下一步發(fā)展將是在智能手表上精度的提升，但距離進(jìn)入更多的可穿戴設(shè)備，也并不遙遠(yuǎn)。
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