可穿戴设备针对 COVID-19

COVID-19 继续占据头条新闻，职业体育是受影响最明显的行业之一。当篮球运动在 7 月份恢复独立运动时，NBA 和 WNBA 为球员提供了使用大浦环来监测他们健康状况的选项。据其制造商称，这款智能戒指可以提前三天以 90% 的准确率预测 COVID-19 症状的发作。

该戒指的软件平台由西弗吉尼亚大学洛克菲勒神经科学研究所开发，该平台使用基于人工智能的模型，根据戒指中嵌入的传感器收集并存储在智能手机应用程序中的生理数据，预测玩家何时可能开始感到不适。具体来说，该环收集用于确定心率、心率变异性和呼吸频率的血脉量数据。这些环还收集体温数据、手部运动数据和时间戳。然后这些数据通过智能手机应用程序下载到人工智能平台进行分析。

为了收集这些信息，除了体温传感器和加速度计之外，Oura Ring 还包括一个光电容积脉搏波 (PPG) 传感器，这种传感器多年来一直用于医疗设备和手腕可穿戴设备。根据设计的 PPG 传感器放置在身体上的位置（例如前额、手腕、耳垂等），传感器包括一个或多个红色/红外 LED、绿色 LED，有时两者都有，以及一个用于测量适用波长强度的光电探测器。光电二极管检测到的光强随后用于确定心率和血容量等生理参数。

IR LED 能够更深入地穿透身体，例如进入肌肉组织，但更容易受到运动伪影的影响，例如设备在皮肤上的移动、皮肤不均匀和环境温度，因此对于某些人来说，绿色 LED 是更好的选择应用程序。包含加速度计来获取运动方向可减少运动伪影的影响，使 IR LED 的使用成为可能在其他情况下无法使用的应用中的可行选择。这就是大浦戒指的制造者似乎采取的方法。

如下图所示，PPG 传感器发出的光被组织反射（或有时透过）进入光电二极管。

此图显示了 PPG 传感器功能。

尽管配置取决于应用，但典型的 PPG 传感器可能会结合一个或多个 LED 发射器、一个光学检测器和信号处理电路。光脉冲结合同步检测可以降低​​工作功率要求并提高对环境光的抑制。

例如，ADI 公司的 ADPD144RI 使用两个红色 (660 nm) 和两个 IR (880 nm) LED 以及一个针对红色和 IR 发射进行了优化的四段光电探测器。 LED 与模拟信号调节电路同步发射脉冲光，该电路包括跨阻抗放大、环境光抑制和增益。四个调节信号中的每一个都被路由到一个 ADC，然后到一个累加器。平均后，结果信号可以通过输出寄存器或 FIFO 缓冲器读取。请参阅下面模块的框图。

这是 ADPD144RI PPG 光学传感器模块的框图。

ADPD144RI 的工作温度规格为 -40 °C 至 +85 °C。 LED 结温规定为 105 °C。人体模型 ESD 额定值为 3000 kV。这些规格表明设计稳健，应该在室内医疗应用中可靠运行。

PPG 技术于 1930 年代首次被探索，如今市场上有许多医疗设备和可穿戴设备。根据 Medgadget 于 2020 年 4 月 4 日的预测，2019 年全球医疗可穿戴市场的价值接近 $13B，预计到 2025 年将达到近 $38B。

然而，像 Oura Ring 这样的可穿戴设备并不是万能的。有一些关于产品功效的担忧，其中最重要的是迄今为止对可穿戴设备的预测能力进行的少量研究。其他固有的缺点包括测量准确性，主要与运动引入的变化有关，这会影响 AI 模型的预测能力，以及 COVID-19 症状出现与峰值传输的时间，这可能不一致。迄今为止，FDA 尚未批准用于 COVID-19 传感的可穿戴设备。

>> 本文最初发表于我们的姊妹网站 EDN。