Valencell先進(jìn)的PPG傳感器有什么作用？

全球領(lǐng)先的生物識別技術(shù)公司Valencell的免校準(zhǔn)、無袖帶血壓監(jiān)測技術(shù)僅使用佩戴在耳朵、手指或手腕上的光體積變化描記圖（PPG）傳感器和慣性傳感器即可實(shí)現(xiàn)。

監(jiān)測、了解和獲得血壓水平，對于個人當(dāng)前和未來的健康至關(guān)重要。借助Valencell先進(jìn)的PPG傳感器，人們將能夠每天通過耳朵、手指或手腕跟蹤血壓測量值。

據(jù)介紹，在過去十年中，Valencell一直在為可穿戴設(shè)備和可聽戴設(shè)備開發(fā)創(chuàng)新的傳感器技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)有效的健康監(jiān)測結(jié)果。最近，他們的研究人員開發(fā)了一種免校準(zhǔn)、無袖帶血壓監(jiān)測技術(shù)，可用于一系列可穿戴設(shè)備，包括智能手表、健身帶、貼片和脈搏血氧儀指夾等，以提供準(zhǔn)確的健康指標(biāo)。該血壓監(jiān)測解決方案只需要三項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)——PPG信號、運(yùn)動信號和靜態(tài)生物特征（身高、體重、年齡、性別）。

與心電圖（ECG）或脈搏傳輸時間等其他監(jiān)測方法不同，該項(xiàng)技術(shù)只需要來自PPG傳感器和慣性傳感器的數(shù)據(jù)。例如可以讓用戶通過佩戴集成上述兩種傳感器的TWS耳機(jī)，即可一整天獲得精確的讀數(shù)。這些傳感器數(shù)據(jù)以及用戶的身體特征由Valencell BP評估軟件在一個嵌入式模型中進(jìn)行處理后獲得血壓數(shù)值，該嵌入式模型利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和來自數(shù)以萬計(jì)的患者數(shù)據(jù)創(chuàng)建而成。

主要研究結(jié)果

Valencell進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)調(diào)查，根據(jù)ISO 81060-2 （2018）標(biāo)準(zhǔn)來驗(yàn)證無校準(zhǔn)血壓監(jiān)測技術(shù)的性能，對照組采用手動血壓袖帶測量和自動血壓袖帶測量。超過4000名參與者接受了三種連續(xù)血壓測量：手動聽診血壓讀數(shù)、自動示波袖帶血壓讀數(shù)、手指血流量的PPG讀數(shù)。將手動聽診血壓讀數(shù)作為訓(xùn)練的基本依據(jù)，Valencell開發(fā)了一種先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以根據(jù)手指PPG傳感器數(shù)據(jù)預(yù)測收縮壓和舒張壓測量值。與手動聽診血壓讀數(shù)相比，手指血流量的PPG讀數(shù)的收縮壓（SBP）和舒張壓（DBP）的準(zhǔn)確度分別在0±7.9 mmHg和0.4±7.4 mmHg以內(nèi)。

Valencell可穿戴血壓監(jiān)測技術(shù)

“我們希望將過去只能在醫(yī)院環(huán)境中使用的技術(shù)應(yīng)用到人們已經(jīng)佩戴的設(shè)備中，作為他們生活方式的一部分。我們采用的核心技術(shù)旨在為用戶在日常生活中提供抗運(yùn)動干擾的心率識別和其他生物識別功能。然后，我們基于該核心技術(shù)構(gòu)建了機(jī)器學(xué)習(xí)層?！盫alencell總裁兼聯(lián)合創(chuàng)始人Steven LeBoeuf博士解釋說，“該機(jī)器學(xué)習(xí)層將某人的實(shí)際血壓與其血流信息聯(lián)系起來。我們使用這種能夠耐受運(yùn)動的PPG技術(shù)來測量血流和血管的變化。”

PPG傳感器能夠?yàn)橛脩籼峁┯杏玫慕】敌畔?，與其他機(jī)制相比，它可以在身體內(nèi)的一個位置測量更多的信息。PPG傳感器利用紅外光來感知身體的運(yùn)動，以觀察其如何與組織相互作用，并收集必要的信息，從而確定諸如心率、呼吸頻率或血流量等指標(biāo)。

PPG傳感器的噪聲消除

構(gòu)建基于PPG傳感器的機(jī)器學(xué)習(xí)模型需要從身體的不同部位（包括耳朵、手指、手腕和手臂）收集大量數(shù)據(jù)——5000名受試者的50000個數(shù)據(jù)集。收集之后，數(shù)據(jù)在設(shè)備的微小芯片上進(jìn)行處理，然后通過遙測裝置發(fā)送到移動設(shè)備。第一個讀數(shù)大約在30秒內(nèi)發(fā)送，然后每秒鐘更新一次血壓。

盡管PPG長期以來一直用于測量血流變化并將這些變化轉(zhuǎn)化為脈搏率，但Steven LeBoeuf博士解釋說，在擴(kuò)展這項(xiàng)技術(shù)時面臨的一個主要障礙是運(yùn)動噪聲。PPG傳感器對運(yùn)動極其敏感，因此在開發(fā)過程中，該團(tuán)隊(duì)非常注重將PPG傳感器發(fā)射的紅外光引導(dǎo)到身體的正確位置，以消除處理過程中的噪聲，并對血流信號進(jìn)行適當(dāng)濾波。

通過上述消除運(yùn)動噪聲的工作，Valencell能夠生成“干凈的”PPG信息，并可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)一步處理這些信息，以便做出其他重要的健康預(yù)測。

Valencell血壓監(jiān)測工作原理

PPG傳感器首先發(fā)射紅外光照射到人體內(nèi)，然后利用光電傳感器檢測經(jīng)過人體血液和組織吸收后的反射光強(qiáng)度情況，描記出血管容積在心動周期內(nèi)的變化，從得到的脈搏波形中計(jì)算出生物特征，包括心率、血氧和呼吸頻率等。Valencell血壓監(jiān)測技術(shù)利用PPG和運(yùn)動數(shù)據(jù)，以及用戶的年齡、體重、性別和身高，作為嵌入式機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入信息，然后通過計(jì)算獲得血壓。該模型具有袖帶式血壓測量性能，但無需使用袖帶。

“使用‘干凈的’PPG信息可以做很多健康相關(guān)的事情，而其他傳感方式則無法做到這一點(diǎn)。我最樂觀的預(yù)測是，在10至20年內(nèi)，幾乎所有的醫(yī)療可穿戴設(shè)備都將集成PPG傳感器?！盨teven LeBoeuf博士說道。

“我們現(xiàn)在為下一代健康監(jiān)測技術(shù)所做的一些研究就是利用這些信息來預(yù)測血糖濃度將會升高還是下降?！盨teven LeBoeuf博士補(bǔ)充說，“我們的目的不是測量葡萄糖水平，而是預(yù)測葡萄糖峰值或下降趨勢。如果你可以使用一個已經(jīng)佩戴已久的設(shè)備（非侵入性）預(yù)測血糖濃度趨勢，那真的會改變健康監(jiān)測的游戲規(guī)則。”

輸出有效的健康監(jiān)測結(jié)果

“我們經(jīng)常會遇到這樣的問題：健康監(jiān)測接下來會發(fā)生什么？下一個偉大的傳感器技術(shù)將是什么？”Steven LeBoeuf博士表示，“實(shí)際上，我們更多關(guān)注大規(guī)模應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)，然后在數(shù)據(jù)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行努力，以呈現(xiàn)新的健康信息見解。”

可穿戴傳感器（例如Valencell開發(fā)的PPG傳感器）在提升公共衛(wèi)生價值方面具有巨大潛力，既可以改善健康狀況，也可以為有需要的人提供更易于把控的成本。據(jù)預(yù)測，可穿戴設(shè)備將繼續(xù)發(fā)展，最終可能被用來幫助提示疾病的早期階段，包括癌癥或帕金森氏癥。

Steven LeBoeuf博士補(bǔ)充說：“我認(rèn)為，可穿戴設(shè)備對公共衛(wèi)生所做的很多事情都將體現(xiàn)在篩查方面，作為可能出現(xiàn)問題的早期指標(biāo)，提供能夠以低成本改善健康的干預(yù)措施。而且它不一定需要任何科學(xué)突破或新的傳感器技術(shù)，這些技術(shù)如今已經(jīng)存在了。但是需要大規(guī)模數(shù)據(jù)訓(xùn)練及整合，才能輸出有效的健康監(jiān)測結(jié)果?！?/p>

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