Arm技術(shù)助力Quvium打造智能咳嗽監(jiān)測器

目標(biāo)

設(shè)計一款小巧輕便、適合兒童佩戴且電池續(xù)航時間長的咳嗽監(jiān)測器。且為這一監(jiān)測器設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 算法開發(fā)，用以分析咳嗽頻率，同時還可屏蔽背景噪聲，實現(xiàn)僅監(jiān)控咳嗽聲的效果。

解決方案

Quvium 開發(fā)出基于 Arm Cortex-M 處理器的 Sonasure 咳嗽監(jiān)測器，實現(xiàn)低功耗處理和 ML 功能。Quvium 團(tuán)隊還通過 Arm 提供的 Keil 微控制器開發(fā)套件 (Keil Microcontroller Development Kit, MDK) 專業(yè)版加速產(chǎn)品開發(fā)。

優(yōu)勢

Arm Cortex-M

高性能，可應(yīng)對復(fù)雜的 ML 工作負(fù)載

高能效，可延長電池續(xù)航時間

外型小巧，適用于小機(jī)體的

Arm Keil MDK Pro

完全集成的開發(fā)環(huán)境，包含經(jīng)優(yōu)化且免費使用的中間件

高性能、高效率的 C/C++ 代碼編譯

用于調(diào)試與測試算法的指令精確平臺

對咳嗽進(jìn)行個性化分析 讓您安枕無憂

化學(xué)家兼計算機(jī)科學(xué)家 Steve Schmidt 和產(chǎn)品開發(fā)專家 Karen Travers 的孩子都患有哮喘，為了改善慢性呼吸系統(tǒng)疾病患者的生活，他們共同成立了 Quvium。據(jù)世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示，全球有數(shù)億人患有哮喘、慢性阻塞性肺疾病 (COPD) 和囊性纖維化疾病。Quvium 致力于開發(fā)出一款經(jīng)久耐用的智能可穿戴咳嗽監(jiān)測器，可跟蹤早期癥狀，提出治療計劃，并在需要采取緊急行動時發(fā)送預(yù)警提示。Quvium 制定的目標(biāo)是開發(fā)一款紐扣大小的設(shè)備，用以分析咳嗽聲波, 而作為潛在健康問題的先兆指標(biāo)，咳嗽頻率的顯著變化也可通過 ML 算法被檢測。此外，該設(shè)備必須足夠智能，可自動屏蔽背景噪聲，僅收集咳嗽數(shù)據(jù)。

堅固耐用 專為兒童打造

產(chǎn)品在日常環(huán)境中的實用性能是開發(fā)團(tuán)隊面臨的一項主要挑戰(zhàn)。雖然在安靜的室內(nèi)進(jìn)行信號檢測早已試驗成功，但在無線電信號干擾和交通噪聲等嘈雜的環(huán)境背景中，咳嗽檢測的難度大大增加。除了小巧輕便，Sonasure 設(shè)備還必須堅固耐用、易于佩戴且適合兒童安全使用。夜間，設(shè)備在患者身邊進(jìn)行充電的同時，還要繼續(xù)運(yùn)行對患者咳嗽進(jìn)行檢測。

為了將概念變?yōu)楝F(xiàn)實，Quvium 將目光投向 Arm 處理器技術(shù)和軟件，以實現(xiàn)其可擴(kuò)展性與 ML 處理能力。小型低功耗 Cortex-M 處理器可提供嵌入式應(yīng)用所需的耐用性和可擴(kuò)展性，同時為 Sonasure 提供所需的高性能和高能效。憑借 Arm 提供的 ML 能力，Quvium 為該設(shè)備開發(fā)了一項獨特功能 —— 可快速分析咳嗽聲并識別每位佩戴者的正?；€。

Schmidt 表示：我們清楚的知道，如果想要實現(xiàn)合理計算，又不耗盡電池電量，佩戴的設(shè)備更不會像磚塊一樣笨重，Arm 能夠滿足以上這些需求。我們需要一種具有高能效，處理器足夠密集的設(shè)備，以便對捕捉到的聲音進(jìn)行預(yù)處理，過濾掉語音內(nèi)容，避免隱私泄露或減少噪音干擾。此外，設(shè)備必須具備預(yù)處理能力，可識別可能的咳嗽聲，并在檢測到咳嗽時，將其發(fā)送到基站進(jìn)行進(jìn)一步分析。而 Arm Cortex-M4 處理器巧妙地集合了成本、尺寸、電源管理和計算能力方面的優(yōu)勢，讓這一切成為可能。

加速軟件開發(fā)

Quvium 使用了面向基于 Cortex 處理器微控制器的 Arm 旗艦軟件開發(fā)解決方案 —— Arm Keil MDK Pro。該全面解決方案為 Quvium 創(chuàng)建、構(gòu)建和調(diào)試嵌入式應(yīng)用提供了所需的全部組件。專業(yè)版支持訪問 Cortex-M4 仿真模型，因此 Quvium 能夠?qū)崿F(xiàn)軟件與硬件并行開發(fā)，從而顯著縮短開發(fā)時間。

高效優(yōu)化 C/C++ 代碼的大小和性能也至關(guān)重要，對于復(fù)雜的 ML 算法代碼尤為如此。CMSIS 軟件包經(jīng)過預(yù)開發(fā)，因此開發(fā)者只需選擇相關(guān)內(nèi)核即可最大限度提高性能，并盡可能地減少內(nèi)存占用空間，而無需從頭開始創(chuàng)建所有 ML 代碼。

Quvium Sonasure 開發(fā)者 Ragu Bharadwaj 表示：Arm Keil MDK 集成了高效的編譯器、CMSIS 軟件包和指令精確的算法測試平臺，是一個非常出色的全方位解決方案。事實上，我們想要使用全球最高效的編譯器，這也正是我們決定選擇 Arm 硬件和軟件組合的主要原因之一。

紐扣大小的設(shè)備蘊(yùn)藏挽救生命的巨大力量

Schmidt 補(bǔ)充道，得益于 Arm 技術(shù)，Quvium 成功開發(fā)出 Sonasure 咳嗽監(jiān)測器。這一強(qiáng)大的智能可穿戴設(shè)備即使在三米外，仍可良好運(yùn)行，并有效屏蔽背景噪聲實現(xiàn)僅監(jiān)聽咳嗽聲的效果。

作為呼吸窘迫癥狀的早期檢測系統(tǒng)，該設(shè)備可通過分析來自于邊緣側(cè)的咳嗽頻率和時長，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，從而提出可能會影響治療行動與計劃的關(guān)鍵模式。當(dāng)檢測到偏差時，服務(wù)器會向用戶或看護(hù)者發(fā)送消息，提醒他們采取行動。

Sonasure 尺寸小巧且功能強(qiáng)大，可助力臨床醫(yī)生和看護(hù)者在日常生活活動中改善對慢性呼吸系統(tǒng)疾病的控制與管理，從而實現(xiàn)早期干預(yù)，預(yù)計每年可挽救數(shù)千人的生命。

Schmidt 表示：無論是有風(fēng)吹過、在田野中跑步，還是將設(shè)備放在外套下面，設(shè)備都能正常工作。晚上設(shè)備充電時，它依然能正常工作。咳嗽包含了大量信息，但到目前為止，沒有人能夠持續(xù)、高質(zhì)量地捕獲這些信息。得益于 Arm 技術(shù)，我們正在幫助人們利用這個信號，以保持健康，收獲美好未來。