手表啥时候成了保命神器?

智东西(公众号:zhidxcom)
作者 |  程茜
编辑 |  心缘

深圳的石先生每天都会健身,却总是睡不好。

一个深夜,熟睡中的他1小时出现49次呼吸暂停,这种情况已经非常严重。重症呼吸暂停可能会导致高血压、冠心病、糖尿病、脑血管疾病等并发症,乃至造成夜间猝死。

几天后,他突然接到北京301医院的电话,提醒他出现健康风险程度很高,并有严重的心房颤动,建议及时就医。随后,石先生及时到医院就诊,做了房颤手术和呼吸暂停矫正。

这是深圳卫视《正午30分》栏目在2020年11月报道的故事,发现石先生重症隐患的“功臣”,是他日常戴在手腕上的荣耀智能手表。

手表啥时候成了保命神器?▲深圳卫视《正午30分》栏目报道截图

像这样,智能手表能救命的故事有很多,包括帮救援队找到跌落悬崖者的定位、为新冠肺炎防治提供血氧值参考等等。有些情侣还将智能手表当成爱情的催化剂,通过测试心率值,来判断心动指数。

当熬夜、久坐不动等习惯成为常态,当越来越多人的健康亮起红灯,方便携带的智能手表正愈发受到消费者的欢迎。在这一趋势下,苹果三星华为、华米、小米OPPO等一众科技大厂正卯足了劲儿钻研优化智能手表的健康监测功能。

2021年底,华为推出了其首款可测量血压的新款智能手表HUAWEI WATCH D,苹果Apple Watch的移动心电图房颤提示功能在国内上线,其血糖、血压监测功能的爆料也层出不穷。此外,华为、OPPO等企业也创立了运动健康科学实验室,以重点攻克运动健康领域的技术难关。

这股自可穿戴设备领域吹来的风何时而起?智能手表的未来为何会与健康紧紧绑定?谁是这热潮之中最抢眼的存在?哪些关键技术拉开了智能手表健康监测水平的分级?通过与多位业内人士交流,本文将系统分析这一智能手表核心阵地的最新战局。 

一、科技巨头大招连发,“医疗级”健康监测箭在弦上

知名市研机构Counterpoint的最新数据显示,2021年,全球智能手表市场出货量达到1.275亿台,同比增长24%。其中苹果以30%的市占率稳居第一,三星、华为、华米、小米均在全球前八。

手表啥时候成了保命神器?▲2020~2021年全球9大智能手表品牌出货量市场份额变化(图源:Counterpoint)

Counterpoint副总监Sujeong Lim说:“由于能监测血压、心电图、血氧饱和度等重要健康参数,智能手表正变得越来越受欢迎。”

智能手表的健康检测功能,可追溯至苹果创始人乔布斯执掌苹果的时代。

当时,身患糖尿病的乔布斯每天都要扎手指测量血糖。在他的授意下,苹果组建了一个约30人的生物医学工程团队,专攻无创式血糖读取装置的开发。这项研究甚至要早于首款Apple Watch的发布,它也被认为是苹果在医疗领域最早期的探索。

尽管苹果不是第一家做出世界上第一款智能手表的公司,但没人能否认Apple Watch的里程碑意义。

2014年9月,首款Apple Watch横空出世,它配备了心率传感器、加速感应器、陀螺仪和气压计,能监测心率、记录消耗卡路里,还能提供一个健康数据报告。苹果可穿戴设备的健康布局也初露端倪。

手表啥时候成了保命神器?▲库克在One more thing环节公布第一款Apple Watch

作为库克上任后第一次公布的“One More Thing”产品,主打健康和健身管理的Apple Watch,随即在全球范围内掀起一场手腕上的健康飓风。

华米科技创始人、董事长兼CEO黄汪在去年的Next Beat技术大会上说过:“我们始终认为健康是智能可穿戴产业的核心价值,它甚至是整个IoT智能硬件产业的核心价值。”荣耀CEO赵明在接受媒体采访时亦谈道,实时精准的运动健康数据监测管理功能,是以智能手表为代表的智能穿戴设备不可替代的关键功能之一。

在运动计步、运动指导、监测心率、卡路里记录等功能成为“基础款”配置后,智能手表又开始向更专业的医疗级功能进阶。

2021年5月,华为消费者业务COO何刚发微博宣布:“如今,华为在腕上穿戴式血压测量技术研究上取得了突破性进展——首款可以测量血压的华为智能手表,已通过医疗器械注册检验,下一步将联合专业医疗机构开启注册临床试验。”

两个月后,华米科技宣布搭载其自研PumpBeats血压监测引擎的智能手表,可实现30秒一键测量血压。华米科技还计划继续推进24小时连续血压监测,实现夜间睡眠监测与被动血压监测的结合。

三星亦在其Galaxy Watch 4系列中加入了类似的血压测量功能,该功能已在韩国和欧洲等一些国家和地区上市,并已获得监管部门的批准。

如今,日常活动记录、24小时心率监测、血氧检测、全天睡眠监测、运动模式等功能已是各大主流智能手表品牌的“标配”,心电图、血压、血糖等更多健康指标的监测也正在成为“兵家必争之地”。

手表啥时候成了保命神器?▲部分智能手表品牌健康功能对比

二、随时给健康支招,关键时刻能救命

健康监测功能“一卷再卷”,离不开三重驱动力。

首先,消费者对自身健康愈发重视。我国第一大健康“杀手”心血管疾病正日益年轻化,频频出现的年轻人“猝死”新闻,更是不断敲响关注健康的警钟。于是边熬夜、边养生,上班久坐不动、下班疯狂健身等场景,已是许多当代年轻人生活工作的常态。

尽管年轻人在健康体检服务方面的消费显著增长,但大多数人也就每年进行1-2次体检。还有不少人讳疾忌医,忽视身体发出的一些预警信号,等到身体实在无法忍受时才去就医,结果耽误了病情。

既拥有时尚科技感外观,又能随时随地提供运动、睡眠、心率、血氧等健康数据的智能手表,正中这些年轻人时刻关注健康指标变化的旺盛需求。

它就像手腕上的健康管家。你坐久了,它就会震动或发出“嘀嘀嘀”的声音,提醒你站起来走一走;噪声太大,它提醒你注意保护听力免受损伤;你的血氧饱和度、心率等健康指标异常,它会发出预警提醒就医。在一些新冠肺炎病毒大肆传播的地区,智能手表监测到的心率、血氧饱和度等数据,已经被用作判断感染病毒概率的参考。

作为疏于锻炼年轻人群中的一员,我同样是智能手表健康监测功能的受益者。前段时间,智能手表经常提醒我最大摄氧量低于有氧适能水平,这使我意识到日常坐不直、不爱动的毛病,开始调整生活习惯,加强锻炼,并时不时看看心率、最大摄氧量测量数据的变化。随着数值变化,我也更有动力坚持运动。

手表啥时候成了保命神器?▲Apple Watch通过测量心率水平、步行距离生成摄氧量数据,并将这些数据发送到手机上

不仅是青壮年,中老年人群对智能手表的需求也快速增长。假如家里老人不慎跌倒或某个健康指标突然异常时,智能手表能立即联系紧急联系人,乃至自动报警,这在守卫老人健康安全的同时,也使其家人更具安全感。

如今,健康功能已经是影响消费者选购智能手表的最主要因素之一。全球贸易监测机构Global Market Monitor在2021年的一项调查显示,在智能手表众多功能中,健康监测的关注度远超通话、视频、定位等,超过70%的潜在消费者在选购智能手表时,会优先考虑产品的健康检测功能的完整性。

发展至今,智能手表已经形成围绕心率、血压、血氧、血糖的核心体系。其中心率、血氧的相关技术难题已基本攻克,未来需重点提升的是监测精确度问题,而血压和血糖的技术难度相对更高。

而要解决这些问题,需在智能手表的软硬件相关技术上,实现更进一步的研究。

三、藏在手表里的黑科技竞赛

一块小小的智能手表,与皮肤的接触面积不过5厘米见方,它怎么做到集成这么多的健康监测功能?又如何实现在一些监测数据精度上越来越趋近于专业医疗设备监测的结果?

第一步,自然是收集到尽可能准确的信号。

你每天走了多少路、移动速度多快、消耗了多少卡路里,这些数据的采集,离不开智能手表中的传感器、卫星定位系统、陀螺仪等硬件。

传感器承担了采集信号的主要职责,有加速度传感器、陀螺仪传感器、地磁传感器、光学心率传感器、气压传感器、环境光传感器、温度传感器等类型。比如加速度传感器负责采集日常活动的数据,光学传感器主要用于监测心率、血氧等健康指标。

这也是影响测量数据可靠程度的第一关。去年新发布的华为Watch GT 3智能手表,其一大更新便是采用了双通道GNSS和新的8通道光学心率传感器,并在新传感器背面在增添可集中传感器输入输出光线的菲涅尔光学薄膜。

加速度传感器是防跌倒功能背后的黑科技。人在走路时,所处位置会在垂直方向上发生变化,而通过分析加速度传感器采集的位置数据变化,智能手表就能够计算、分析用户的活动记录。

手表啥时候成了保命神器?▲Apple Watch的“摔倒检测”

而智能手表是否足够聪明,离不开其大脑芯片。

芯片是智能手表各功能协同的“操盘手”,决定智能手表的计算速度、整体功耗。多数智能可穿戴设备采用高通联发科等移动芯片大厂的芯片,也有苹果、华米等企业选择自研可穿戴设备芯片。

自研芯片主要出于两大目标:提效和节能。当智能手表承载的健康监测功能越来越重,耗电量也会随之上涨,而软硬件协同设计,可以使得智能手表在性能和功耗上实现更优的平衡。

苹果Apple Watch的专用芯片S系列基本是旧版手机芯片A系列的简化版本,重点满足智能手表对低功耗的需求。华米科技亦在其智能手表中搭载自研AI处理器黄山系列,还在其自研芯片中内置一款作为“备胎”的协处理器,它能在主芯片关闭状态下,继续全天候的记录健康数据。

手表啥时候成了保命神器?▲华米科技可穿戴AI处理器黄山2S

当然,要想更准确地分析用户健康状况,还需算法层面的持续优化。

这涉及到多种不同用途的算法,有的用于计算用户血液颜色,有的负责分析专业运动数据。它们利用传感器所采集的数据,在芯片加速下,快速地得出反映用户健康信息的结果。

今年1月发布的荣耀手表GS 3,就将8通道PPG监测模组收集到的心率信号与AI结合,通过频率追踪算法和AI心率算法,大幅提升用户心率监测的精度。

手表啥时候成了保命神器?▲荣耀手表GS 3发布会介绍

血氧测量也离不开软硬件协同。以Apple Watch为例,其水晶表背会将红色和绿色的LED灯光和红外线照射到用户的手腕上,然后光电二极管会测量反射回来的光线量。由于不同测量光源对于血红蛋白、脱氧血红蛋白吸收率的不同,算法就会利用这些数据计算用户的血液颜色,从而算出血氧水平。

手表啥时候成了保命神器?▲Apple Watch血氧测量传感器灯光

不过截至目前,智能手表在血压监测、血糖监测等方面还普遍存在技术门槛,仅有少数几款智能手表实现这一功能。

像是华为的HUAWEI WATCH D,这款智能手表内部叠加了微型气泵、气囊等架构,集成有高精度压力传感器、压力反馈式控制电路及低流阻气路,从硬件上实现血压监测功能。

手表啥时候成了保命神器?▲HUAWEI WATCH D手表内部气泵、气囊架构

去年7月,华米科技算法技术副总裁、人工智能研究院院长汪孔桥在接受媒体采访时分享说,华米的血压测量方案的特点是基于PPG高精度光学传感器,不仅可以解决佩戴舒适性的问题,还可提供近乎无感的连续监测,所以很容易推广到被动测量。

而被动测量能在用户无意识的状态下,随时随地监测其血压变化。

在血糖监测方面,外媒曾于去年3月爆料三星Galaxy Watch 4或Galaxy Watch Active 3将成为首批具备血糖指数监测功能的智能手表产品。根据爆料内容,三星计划使用激光监测来实现无创式血糖监测。不过目前来看,三星还未攻克这个难关。

HUAWEI WATCH 3、OPPO Watch等智能手表均宣称已具备查看血糖数据的能力,但这一功能的实现并不是由智能手表独立完成,而是要搭配某个厂商、某型号的血糖仪,并下载相关监测软件应用。

需注意的是,智能手表只是提供一些健康指标的参考,无论是硬件配置还是相关算法,都不能替代专业的医院诊疗。

四、仅靠一块表,真能媲美医疗级专业设备?

所有的智能手表详情页,都有这样一句话:设备监测数据和结果仅供参考,不作为诊断和医疗用途。

如今,在各家科技大厂的发力下,智能手表的健康监测精准度都越来越高。比如,能测量血压的HUAWEI WATCH D,可以实现误差在±3mmHg(毫米汞柱)以内的压力测量系统;华米科技自研的心率测量成功率高达96%,与医疗级血氧仪检测结果平均误差仅为1.67%;荣耀智能手表GS 3的心率监测准确度达97%。

即便智能手表的准确度再高,其准确度都无法比及专业医疗仪器,不能完全客观呈现用户的身体情况。准确诊断病情,必须以全面、精准的检验数据为基石,而智能手表很难避免误差。

首先,人的身体本来就在随时变化,因此测量数据也会存在波动。

拿心率来说,健康的心脏不会以稳定的频率跳动,会随着呼吸、环境的变化,每次心跳间隔都存在几十毫秒的差异和波动。

其次,并不是所有的身体数据最佳位置都在手腕。

比如呼吸不畅、睡觉打鼾、热爱登山、长期熬夜者重点关注的血氧水平,要想准确检测血氧饱和度,还是得到医院在手指上扎针抽动脉血,再对血液进行电化学分析。相比之下,智能手表测的是手腕部位,测量部位的差异也会影响结果的准确性。

此外,用户佩戴方式、测量环境的不确定性较大,会导致智能手表无法测量,或难测出准确的数值。

佩戴手环时,光电传感器的位置、皮肤紧贴程度、手腕是否洁净干燥等,会随着人的活动产生变化,导致数据测量不够准确。测量时环境温度、测量时的姿势、海拔、本身的静息心率都会影响最终结果的准确度。

比如,血压监测在用光学传感器测量脉搏波的波动信息时,可能会受皮肤、坐姿等环境因素影响。血氧测量结果亦会受外界影响,像是天气过于寒冷,或者用户在手腕位置刻纹身挡住了传感器的光线,都可能导致无法成功测量血氧。

五、前路:更高准确度,安全不添堵

虽说测量结果仅供参考,但毕竟健康监测功能已经是被公认为提升智能手表价值的关键,而准确率又决定其健康监测水平的竞争力。

为此,科技大厂们纷纷与医疗机构展开合作,来让测量精度更贴近专业级水准

2018年开始,华为就与北京301医院展开心脏健康研究项目的合作,2019年再次展开睡眠呼吸暂停研究,这两项研究的相关功能也都已上线。我们文章开篇提到301医院给深圳石先生打电话提醒的案例,即是得益于这一合作进展,因为石先生授权智能手表可将健康监测数据实时传输给医院,院方才及时地发现并告知其严重健康问题。

华米科技亦找到北京大学第一医院合作,从去年4月展开临床试验,来验证其血压监测引擎的可用性。通过与标准电子血压计测量值做对比,PumpBeats血压监测引擎的收缩压和舒张压的测量精度,平均绝对偏差均为5.3mmHg(毫米汞柱),证明了其高可靠性。

手表啥时候成了保命神器?▲今年3月,华为宣布加入华中科技大学同济医学院附属同济医院与301医院联合发起的呼吸健康研究,通过人体生理参数和咳嗽音识别肺部感染风险

随着数据监测更加精准、无感,很多智能手表用户也开始担心自己的个人隐私信息泄露问题

刚刚过去的央视315晚会,就曝光了低配儿童智能手表的信息安全漏洞。这些低配儿童智能手表无需用户授权,就能悄然被轻松拿到定位、通讯录、麦克风、摄像头等多种敏感权限,成为藏在手腕上的隐形“偷窥器”、“窃听器”。

低配版有这样的漏洞,是因为部分厂家处于压低成本的考虑,选择没有任何权限管理要求的过时操作系统,而几大主流智能手机大厂的产品通常不存在这些问题,App想要获取信息,必须申请授权。

无论是一向以隐私保护著称的苹果,还是华为、荣耀、小米、华米、OPPO等国内智能手表大厂,都会强调自家产品如何注重数据安全与隐私保护。随着国内数据保护相关法规日益完善,这些科技企业也在密切关注着最新的法规要求,在数据采集、识别、处理等各个环节严格把关。

结语:腕上诊所离我们还有多远?

近年来,随着医疗健康数字化、智能化需求爆发,医疗与技术的融合日渐成为新风口,这吸引了众多科技巨头们进军大健康赛道,可督促健康管理的智能可穿戴设备也因其便捷性风头正盛。

从当前趋势来看,攻下五大健康指标(心率、血压、呼吸频率、温度、血氧)是科技大厂们在智能手表健康监测功能方面筹谋的明确趋势。围绕这些功能的新料也自开年以来不断释放。

今年1月,外媒称,与苹果合作生产Apple Watch的传感器制造公司Rockley Photonics公司,宣布其用腕带式传感器检测血压的第一阶段人体研究取得初步成果,其传感器采用了新型激光技术和AI算法,不需要血压计袖带,即可完成无创血压检测。

彭博社Mark Gurman在2月爆料称,苹果今年将推出的新款Apple Watch会加入体温测量传感器,并在活动追踪与芯片上提供更新。其他一些爆料称,苹果正在秘密开发无创血糖监测、睡眠呼吸暂停检测、类似于跌倒检测的撞车检测等功能。

谷歌的首款智能手表Pixel Watch也被爆料可能在今年5月发布,据悉很可能会搭载三星5nm可穿戴芯片Exynos W920的定制版。

随着科技大厂在智能手表健康功能上一路加码,并通过与医院合作临床试验等方式实现更专业的测量结果,“腕上诊所”正离我们的生活越来越近。