智能手表血氧傳感器含金量到底有多高？

今年 9 月，蘋果新一代手表 Apple watch 6 推出測血氧功能，之后的一兩個月里，帶有測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 等旗艦級智能手表幾乎都包含這一功能。

10 月，華米科技發(fā)布售價僅為 299 的 Amazfit Pop 也配備測血氧功能，血氧傳感器已開始向中低端機滲透，或?qū)⑾破鸶蟮睦顺薄?/p>

那么，智能手表上的測血氧功能究竟是什么？其發(fā)展前景如何？

從臨床檢測走向大眾的血氧檢測

智能手表的測血氧功能，事實上是通過測量人體動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，就會被視為供氧不足。許多臨床疾病都會造成供氧不足的情況，直接影響細胞正常的新陳代謝，嚴重時更是會威脅生命，因此血氧檢測對于臨床醫(yī)學(xué)而言十分重要。

追溯血氧測量最原始的方法，需要先采血，再經(jīng)過血氣分析儀進行電化學(xué)分析，最終得出血氧飽和度。這一方法步驟繁雜，且無法實現(xiàn)連續(xù)檢測。

不過隨著臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展，如今普遍采用無創(chuàng)式血氧測量，只要為患者佩戴一個指壓式光電傳感器，就能實現(xiàn)連續(xù)性的血氧檢測。其實質(zhì)是使用波長 660nm 的紅光和 940nm 的近紅外光作為攝入光源，測定通過組織床的光傳導(dǎo)強度，計算血氧濃度及血氧飽和度，經(jīng)儀器顯示結(jié)果。

用智能手表測血氧的原理類似于指壓式測量，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)展空間的刺激遠遠大于需要面臨的挑戰(zhàn)。

“vivo 智能手表之所以決定加上測血氧功能，是因為認為血氧監(jiān)測是當(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)測提供了很大的想象空間。我們希望它能持續(xù)進化，監(jiān)測更豐富、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手段，通過可穿戴設(shè)備持續(xù)監(jiān)測血氧變化，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，當(dāng)然也就不足為奇了?！?/p>

艾邁斯半導(dǎo)體現(xiàn)場應(yīng)用工程師經(jīng)理李銘豪認為，“智能手表測血氧對監(jiān)測人的運動狀態(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?！?/p>

那么，智能手表究竟是如何測血氧的？用手表測血氧真的靠譜嗎？

光學(xué)傳感器是智能手表測血氧的核心

“智能手表的血氧監(jiān)測模塊由光學(xué)傳感器、前段信號采集系統(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）對紅光和紅外光的吸收率不同的特點，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)傳感器是血氧檢測模塊的核心，通常由若干個 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心率，又能測血氧，是可以經(jīng)由同一顆光學(xué)傳感器實現(xiàn)的。

艾邁斯半導(dǎo)體已經(jīng)推出了集成測血氧和測心率功能的光學(xué)傳感器。李銘豪表示，“測心率通常用綠光，測血氧用紅光和紅外光，相比于只能測心率的光學(xué)傳感器，能同時實現(xiàn)兩項功能的光學(xué)傳感器在組成上通常會增加若干個紅光和紅外光 LED?！?/p>

▲ 圖片源自艾邁斯半導(dǎo)體官網(wǎng)

作為測血氧的核心，光學(xué)傳感器的精度對于測量結(jié)果的準確性至關(guān)重要。例如，二極管產(chǎn)生的紅光波長出現(xiàn)偏差，就可能導(dǎo)致測量結(jié)果不準確。

“智能手表測血氧，是通過測毛細血管得到的信號，信號非常微弱。通常這個信號淹沒在上面，反饋的信號可能只有 1% 左右是有用的。因此，光學(xué)、濾波等設(shè)計非常重要?！崩钽懞勒f。

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對所有的關(guān)鍵參數(shù)進行嚴格測試和評估，其次，華米的每個產(chǎn)品在產(chǎn)線都經(jīng)過多次測量，保證出廠產(chǎn)品參數(shù)精度在設(shè)計的范圍內(nèi)。另外，在設(shè)計之初選擇人體皮膚光譜吸收率曲線相對平坦的波段，限定波長誤差對血氧結(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)心率血氧傳感器實現(xiàn)測血氧功能。“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，它的信號接收面積更大，接收能力更強，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準的監(jiān)測效果?！眝ivo 資深技術(shù)人員表示。

不過，從目前智能手表測血氧的實際效果來看，雖說有精度的提升，但距離實現(xiàn)醫(yī)療級別的血氧監(jiān)測，還是有一定的差距。在傳出 Apple Watch 6 測血氧功能不準確的消息時，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)療診斷標準。

“消費類和醫(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血氧功能通過 NMPA 或 FDA 認證，即達到醫(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，準確性越高、體積越小、功耗越低，可適用的場景就越多。

談及血氧傳感器未來的發(fā)展，華米科技認為，未來的血氧監(jiān)測將是更準確、更無感、以及運動連續(xù)血氧監(jiān)測和更多的健康服務(wù)，其中更準確指測量結(jié)果更準確，更無感指降低測試時對用戶的要求，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，華米也已有計劃讓其血氧檢測功能通過 NMPA 認證，對于具體進展，華米表示會在合適的時間同大家分享。

當(dāng)精度提升之后，會有更多的可穿戴設(shè)備搭載血氧傳感器嗎？

華米科技透露，增加一個測血氧功能，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、算法設(shè)計以及測試，由于這些設(shè)計具有通用性，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測血氧，功耗將是問題。我們也一直在提出一些新方案，新的應(yīng)用場景，但具體結(jié)合還要看市場需求?！?/p>

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，但距離進入更多的可穿戴設(shè)備，也并不遙遠。

責(zé)任編輯：haq