智能手錶血氧傳感器含金量到底有多高?

智能手錶血氧傳感器含金量到底有多高？

雷鋒網 發表於 2020-11-09 16:35:32

今年 9 月，蘋果新一代手錶 Apple watch 6 推出測血氧功能，之後的一兩個月裡，帶有測血氧功能的智能手錶扎堆發布，vivo WATCH、華為手錶 GT2、榮耀手錶 GS Pro、華米 Amazfit GTR 2 和 GTS 2 等旗艦級智能手錶幾乎都包含這一功能。

10 月，華米科技發布售價僅為 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，或將掀起更大的浪潮。

那麼，智能手錶上的測血氧功能究竟是什麼？其發展前景如何？

從臨床檢測走向大眾的血氧檢測

智能手錶的測血氧功能，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合的血紅蛋白含量佔比，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，因此血氧檢測對於臨床醫學而言十分重要。

追溯血氧測量最原始的方法，需要先採血，再經過血氣分析儀進行電化學分析，最終得出血氧飽和度。這一方法步驟繁雜，且無法實現連續檢測。

不過隨著臨床醫學的發展，如今普遍採用無創式血氧測量，只要為患者佩戴一個指壓式光電傳感器，就能實現連續性的血氧檢測。其實質是使用波長 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強度，計算血氧濃度及血氧飽和度，經儀器顯示結果。

用智能手錶測血氧的原理類似於指壓式測量，但不同的是，手錶發射光源所照射的部分是手腕，並不像手指那樣 「透明」，可見光與紅外光無法穿透，因此更具挑戰性。

但智能手錶作為使用頻率十分高的可穿戴設備，其發展空間的刺激遠遠大於需要面臨的挑戰。

「vivo 智能手錶之所以決定加上測血氧功能，是因為認為血氧監測是當前智能手錶在健康領域的重要一步。」vivo 資深工程師說，「與其他智能設備不同，智能手錶被用戶全天佩戴，給數據監測提供了很大的想像空間。我們希望它能持續進化，監測更豐富、更重要的健康數據。」

10 月 20 日，華米科技創始人兼 CEO 黃汪在微博上發布文章《血氧，應該成為智能手錶的標配》，他指出，疫情下，血氧飽和度已經成為了新冠的輔助檢測手段，通過可穿戴設備持續監測血氧變化，結合心率數據，可以發現潛在的呼吸暫停問題。「血氧如此重要，旗艦智能手錶今年紛紛搭載血氧監測，當然也就不足為奇了。」

艾邁斯半導體現場應用工程師經理李銘豪認為，「智能手錶測血氧對監測人的運動狀態，高原反應的監控以及老年病人身體狀態的監控都有一定的幫助。」

那麼，智能手錶究竟是如何測血氧的？用手錶測血氧真的靠譜嗎？

光學傳感器是智能手錶測血氧的核心

「智能手錶的血氧監測模塊由光學傳感器、前段信號採集系統、算法三部分組成。其原理是根據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，通過光學傳感器向皮膚照射紅光和紅外光，然後得到經皮膚下血管反射後的紅光和紅外光，最後通過算法計算出血氧。」華米科技一位資深技術人員稱。

光學傳感器是血氧檢測模塊的核心，通常由若干個 LED 燈和二極體組合而成。蘋果官網顯示，Apple Watch 6 配備的血氧傳感器由四組 LED 光簇和四個光電二極體組成，併集成在水晶玻璃表背之中。

如果要求一塊智能手錶既能測心率，又能測血氧，是可以經由同一顆光學傳感器實現的。

艾邁斯半導體已經推出了集成測血氧和測心率功能的光學傳感器。李銘豪表示，「測心率通常用綠光，測血氧用紅光和紅外光，相比於只能測心率的光學傳感器，能同時實現兩項功能的光學傳感器在組成上通常會增加若干個紅光和紅外光 LED。」

▲ 圖片源自艾邁斯半導體官網

作為測血氧的核心，光學傳感器的精度對於測量結果的準確性至關重要。例如，二極體產生的紅光波長出現偏差，就可能導致測量結果不準確。

「智能手錶測血氧，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、濾波等設計非常重要。」李銘豪說。

目前，業界的公司都在採取各種措施提升精度。

華米科技資深技術人員表示，「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鍵參數進行嚴格測試和評估，其次，華米的每個產品在產線都經過多次測量，保證出廠產品參數精度在設計的範圍內。另外，在設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果的影響在可接受的範圍內。」

增加傳感器的數量也是提升精度的方法之一，vivo watch 就是配置自研 5 核光學心率血氧傳感器實現測血氧功能。「5 核指的是由 5 顆傳感器組成的多傳感系統，其中電路與光學設計是 vivo 自主研究的成果，相比行業內單傳感器或多傳感器設計，它的信號接收面積更大，接收能力更強，能夠實現更加精準的監測效果。」vivo 資深技術人員表示。

不過，從目前智能手錶測血氧的實際效果來看，雖說有精度的提升，但距離實現醫療級別的血氧監測，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，不作為醫療診斷標準。

「消費類和醫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錶上的測血氧功能通過 NMPA 或 FDA 認證，即達到醫療診斷水平。

下一步，更多的可穿戴設備？

未來，基於光學傳感器的血氧監測是否有更廣闊的發展空間呢？

觀察其他智能傳感在可穿戴設備上的發展，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展，華米科技認為，未來的血氧監測將是更準確、更無感、以及運動連續血氧監測和更多的健康服務，其中更準確指測量結果更準確，更無感指降低測試時對用戶的要求，更多的健康服務指的是通過血樣參數，監控兒童哮喘以及其他心臟疾病狀態。

另外，華米也已有計劃讓其血氧檢測功能通過 NMPA 認證，對於具體進展，華米表示會在合適的時間同大家分享。

當精度提升之後，會有更多的可穿戴設備搭載血氧傳感器嗎？

華米科技透露，增加一個測血氧功能，硬體成本增加不大，血氧的研發投入主要在於光學模組設計、算法設計以及測試，由於這些設計具有通用性，批量出貨後，成本增加就不明顯了。這意味著，血氧傳感器未來的發展，受成本影響較小。

李銘豪表示，「在耳機或者其他可穿戴設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，新的應用場景，但具體結合還要看市場需求。」

因此，短期來看，血氧傳感器的下一步發展將是在智能手錶上精度的提升，但距離進入更多的可穿戴設備，也並不遙遠。

責任編輯：haq

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