德賽電子 發表於 2014-02-20 11:23:08
引言
說到可穿戴設備，我們不妨先對其下一個比較準確的定義：可穿戴設備是延續性地穿戴在人體上，具備先進的電路系統、無線聯網及獨立處理能力的終端設備，它最重要的兩個特點就是可長期穿戴和智能化。
業界認為，2013年是可穿戴設備的發展元年。這一年，可穿戴設備以星火燎原之勢在國內外迅速蔓延開來，初涉其中或者躍躍欲試者眾。據研究機構預測，未來2-3年，可穿戴技術市場規模將由目前的30-50億美元增長至300-500億美元，未來3-5年終端複合增速將不低於50%。更有機構測算，2012年中國可穿戴設備市場規模達到6.1億元，預計到2015年中國可穿戴設備市場規模將超過100億元，達到114.9億元。
這就意味著未來幾年智能穿戴產品將開始融入大眾生活，並將改變大眾生活方式，這種強大的力量不容小覷。當然，就目前可穿戴產品的發展狀態來看，仍然處於初級階段，主要以手環、手錶、眼鏡等一些相對單一的產品形式為主，集中分布於娛樂休閒、健身、醫療健康領域。主要運用在運動、睡眠、生活輔助等幾大方面。
iWan就是在這樣的大環境下應運而生的。
iWan有何武林秘笈？
對於任何一款產品而言，都有其獨創的研發和設計，iWan也同樣如此。尤其在睡眠管理上，更獨具「秘笈」。
2013年是iWan誕生和成長的一年。這一年，iWan從工作室走向社會，尤其在點名時間以400%的達成率眾籌成功、受到各大媒體報導之後，iWan的關注度空前增長，在業界產生很大的影響，也使德賽成為國內首個「可穿戴設備委員會」創會成員之一。那麼，iWan究竟有何武林秘笈，使之如此蓬勃發展？如此備受關注的呢？
秘笈寶典一：雲平臺
因iWan的研發重心是睡眠檢測。這首先需要一個平臺管理睡眠數據，為用戶提供長期的健康服務。為此與廣州中醫藥大學、廣東體院等多所院校深入合作，以雲構架的方式開發健康平臺。
其主要分為三個層次：IaaS（基礎設施即服務）、PaaS（平臺即服務）、SaaS（軟體即服務）。Iaas採用web伺服器集群和接口伺服器集群，分別為web平臺和接口服務提供數據存儲、計算服務、負載管理和備份，同時通過圖片伺服器，大大提高網站性能及接口性能。Pass為用戶提供了一站式服務，用戶的註冊、登錄、個人信息管理、資料庫資源池管理等。Saas為客戶端提供運動、睡眠、血壓等服務，在平臺端為用戶提供了各種大數據的運算與分析。
下圖為雲平臺組織構架。
秘笈寶典二：睡眠檢測子系統構架
搭建好平臺，下一步自然需要將其與手環連接起來。這就需要構建一個連接系統，以實現健康平臺與手環兩者之間數據、信息的相互借鑑轉化。
健康平臺、手環的連接示意圖如下。通過此連接，可以很好地實現睡眠檢測。
秘笈寶典三：基於心率變異性的睡眠檢測方法
睡眠，是一直備受人們關注的問題。那麼，如何檢測睡眠，如何科學得得出睡眠信息，則是人們想知而又無從可知的事情。iWan通過深入地研究，從睡眠分期、心率變異性、睡眠心率的變化規律等方面，深入地對睡眠作了前期的研究和探討。
●睡眠分期
目前，世界各國多以美國加州大學腦研究所發布的睡眠分期方法為通用標準。它以30秒為單位，根據腦電波形將睡眠過程劃分為：醒覺期（Awake）、快速眼動期（Rapid Eye Movement Sleep，REMS） 和非快速眼動期（Non-REM Sleep，NREMS） 。其中，非快速眼動期又可分為淺睡期（Light Sleep， LS. 包括1期睡眠S1和2期睡眠S2） 和深睡期（Slow Wave Sleep ， SWS， 包括3期睡眠S3和4期睡眠S4）。一般應用中，只區分醒覺期、快速眼動期、淺睡期和深睡期等4個睡眠時相，基本上可滿足臨床需要。
●心率變異性
心率變異性（（Heart Rate Variability，HRV）是指心率節奏快慢隨時間所發生的變化，即逐次心動周期的時間差別，它反映了心率連續的瞬時波動。有分析認為，心率的波動是受體內神經體液的調控，通過心率變異性分析可獲得對心臟節律控制的神經系統的有關信息。
還有研究發現：心率變異性信號包括高頻（HF）成分和低頻（LF）成分。其中，高頻成分反映了副交感功能，並與呼吸運動同步，因此又被稱為呼吸成分，大約3秒鐘出現一次；低頻成分同時受到交感與副交感神經系統的調控。因此HRV與睡眠周期具有一定的相關性。
●心率變異性的檢測
HRV一般利用心電信號（ECG）中R-R波間期（R-R Interval，RRI）的變化來表示。R-R波間期是指在ECG信號的連續QRS波群中兩個R峰之間的時間間隔值，如下圖所示。
對採集的ECG信號進行HRV信號的提取步驟主要包括：尋找並確定R波峰點、剔除異常（如早搏R波峰和噪聲信號）、確定R-R間期值以及繪製HRV曲線。
●睡眠心率的變化規律
經檢索文獻庫資料，目前未發現基於分鐘脈搏計數方法實現睡眠分期的相關研究。只有部分文獻提及己發現的健康成人夜間睡眠心率變化的一般規律，概括如下：
（1） REMS和醒覺的平均心率都比NREMS快；NREMS比醒覺時心率慢10～30 次/分。
（2） REMS和醒覺時心率變化的標準差大於NREMS；
（3） 心率有隨著睡眠時間的延長而下降的趨勢；
（4） 後半夜REMS的心率變化有增大的趨勢。當REMS 的持續時間大於20min～30min 時，心率通常不會持續保持在高水平， 而會發生較大起伏的振蕩（周期為20min 左右） ；
（5） 深睡期心率最低且平穩。
此外，我們額外補充一個假設判據：醒覺期心率均值一般高於REMS。
● 睡眠分析處理過程
（1）通過手環採集睡眠動作數據和心率數據，並記錄數據。
（2）手機APP使用藍牙4.0與手環連接，並導出數據。
（3）手機APP通過網絡把睡眠動作數據和心率數據傳給雲平臺。
（4）雲平臺通過對數據的分析和處理，將睡眠分期數據結果返回給手機APP。
（5）手機APP接收返回的分析結果並顯示。
秘笈寶典四：心率檢測的硬體原理
硬體，自然是智能產品研發必不可少的部分。iWan在硬體原理上亦有其獨特的構架。
●手環端系統架構
手環系統主要有四個部分組成：
（1）BLE Radio&Modem
（2）MCU控制器
（3）Sensor
（4）外部存儲設備
●BLE（ATT）：Client/Servier架構
（1）服務設備提供數據，客戶端使用這些數據。
（2）服務端通過操作屬性方式，提供數據訪問服務。
（3）設備的服務/客戶角色，不依賴於GAP層中心設備/外圍設備角色和LL層的MASTER/SLAVE角色定義
（4）一個設備可能同時做為一個客戶端和伺服器，而兩個設備上的屬性不會相互影響。
●心率測試技術
基本測量的原理：血氧的含量，飽和度的測量在手指測量是最多的，也可以在腳趾、耳朵，這是最常見的測量血氧的地方。原理就是用紅光和紅外光發射，這兩個要非常將近，保證他們在手指基本上非常接近的位置，可以保證檢測的準確度。這本身對傳感器技術，LED也是挑戰。紅光和紅外光是分開工作的，當紅光工作的時候，紅外光是關閉的，可以保證紅光和紅外光之間的工作非常幹擾，剛才講距離要非常近，保證在同一個身體組織結構裡面取得的信息。
當你有脈動的時候，走過毛細血管的時候把氧分子丟下了，回到這邊是還原的血紅蛋白。所以檢測的時候，紅光和紅外光都是一個光，一方面會受到組織結構的衰減，再有受到靜脈血的衰減，還有動脈的衰減，動脈有兩個部分，一部分是存量的，總是在裡面的，由於心臟的博動，有一部分脈動的血紅蛋白，血紅蛋白會增加。
因為有心跳的原因，就是脈動了，通過手指傳送的光強會不斷的變化。
這樣通過一定的算法既可以檢測到心率了，當然發光二極體噪聲的處理是很關鍵的。
總結——iWan的現狀、發展與展望
手環在睡眠管理上的發展，不應該僅僅局限於一個工具或者單一的檢測，就如同可穿戴設備，不能當作是當做PC或是智慧型手機的衍生，而應從大處和長遠著眼，應深刻理解大數據的變革，在這個充滿著「開放、分享、平等、合作「的網際網路的精神的時代，只有真正地理解網際網路精神實質，做到助益他人，才能成人達己，才能使一個可穿戴設備產品走向成功。
用戶最有發言權。考慮到這一點，iWan在研發過程中已經讓用戶參與進來，使之與我們共同改善和分享。在著名眾籌網站點名時間以400%的達成率籌資成功，由此可見，iWan以健康產品為定位是正確的。當今時代是一個個人與社會飛速發展的時代，同樣也是一個更加關注健康的時代。或許可以這樣認為，一款產品都應該或多或少與健康有關，都應該貼近身心、美化生活。為此，我們針對iWan專門搭建了一個專業的健康平臺（http://care.desay.com/weme/index.jsp），主要包含睡眠和運動兩大模塊，同時兼有血壓測量等健康指數的檢測，用戶可在此上傳相關數據，就能得出相應的健康信息和建議。誠然，至於iWan究竟能走多遠，我們一時還無法盡言。但整體來看，是成長的，是進步的，是向前發展的。對於這一點我們當然信心滿滿。我們還設想，睡眠管理是一根主幹，旁生出各類「枝葉」，比如血壓監測、運動輔助、血糖監測等等。這些，都將和睡眠管理一起，將健康生活元素構建成一個體系，讓產品真正服務於人，服務於生活，服務於社會——這才是iWan真正想做、並要做到的事情。
——本文選自電子發燒友網2月《可穿戴技術特刊》「透視新設計」欄目，轉載請註明出處，違者必究！
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