穿戴式裝置可幫助檢測Covid-19嗎?

作者 : Yoelit Hiebert,EDN

Covid-19持續佔據頭條新聞,最受影響的產業之一是職業運動賽事。當籃球賽事在今年7月恢復時,NBA和WNBA為球員提供使用Oura Ring監視其健康的選項。根據製造商的說法,智慧指環可以在Covid-19症狀發作的3天前以90%的準確度先行預測。

Covid-19持續佔據頭條新聞,最受影響的產業之一是職業運動賽事。當籃球賽事在今年7月恢復時,NBA和WNBA為球員提供使用Oura Ring監視其健康的選項。根據製造商的說法,智慧指環可以在Covid-19症狀發作的3天前以90%的準確度先行預測。

這個指環的軟體平台是由西維吉尼亞大學(West Virginia University)Rockefeller神經科學研究所 (Neuroscience Institute)開發,它使用基於人工智慧(AI)的模型,根據嵌入在指環中的感測器收集並儲存在智慧型手機app中的生理數據來預測運動員何時可能開始感到不適。具體來說,指環收集用於確定心率、心率變異性和呼吸率的脈搏量數據,指環還收集體溫數據、手部運動數據和時間戳記。然後,該數據透過智慧型手機app下載到AI平台進行分析。

為了收集這些資訊,除了人體溫度感測器和加速度計外,Oura Ring還包括光電容積描記(PPG)感測器,該感測器已在醫療設備和穿戴式裝置中使用多年。根據要放置的PPG感測器的位置(例如前額、手腕、耳垂等),PPG感測器包括一個或多個紅色/紅外線LED、綠色LED,或有時兩者,以及用於測量適用波長強度的光檢測器(photodetector)。光電二極體檢測到的光強度用於確定生理參數,例如心率和血容量。

紅外線LED能夠深入人體,例如肌肉組織,但更容易受到運動偽影的影響,如設備在皮膚上的移動、皮膚厚度不均勻,以及環境溫度,這使得綠色LED成為某些應用更好的選擇。包含加速度計以取得運動方向可減少運動偽影的影響,從而使紅外線LED在其他情況不可行的應用中成為可行的選擇——這似乎是Oura Ring製造商採取的方法。

如下圖所示,PPG感測器發出的光被組織反射(或有時穿過組織),進入光電二極體。

PPG感測器的功能。

雖然配置與應用有關,一個典型的PPG感測器可能會結合一個或多個LED發射器、一個光學探測器和訊號處理電路。光脈衝與同步檢測結合可以降低工作功率要求並改善環境光的影響。

例如,ADI的ADPD144RI利用兩個紅色(660nm)和兩個紅外線(880nm) LED,以及一個針對紅色和紅外線發射進行最佳化的四段光電檢測器。LED類比訊號調理電路同步發射脈衝光,該電路包括跨阻放大、環境光抑制和增益。4個調節後訊號中的每一個都路由到ADC,然後路由到累加器,平均後,可以透過輸出寄存器或FIFO緩衝區讀取結果訊號,請參閱以下模組框架圖。

ADPD144RI PPG光學感測器模組框架圖。

ADPD144RI的工作溫度規格為-40~+85℃,LED結溫規定為105℃,人體模型(Human Body Model)ESD額定值為3,000kV。這些規格說明指環設計的強健性,使其在室內醫療應用中能可靠地運作。

PPG技術最早是在1930年開發,如今,市場上有許多醫療設備和穿戴式裝置。根據Medgadget於2020年4月4日所做的預測,全球醫療穿戴式裝置市場在2019年產值近130億美元,預計到2025年將達近380億美元。

但是,像Oura Ring這樣的穿戴式裝置並非靈丹妙藥。人們對產品功效存有疑慮,其中最重要的是,迄今為止對穿戴式裝置預測能力進行的研究很少。其他既有的缺點包括測量精準度,主要與運動引起的變化有關,這會影響AI模型的預測能力,以及Covid-19症狀發作與峰值傳播的時機可能並不重合。目前為止,FDA尚未核可用於Covid-19感測的穿戴式裝置。

(參考原文:Can wearable devices help detect COVID-19 cases?,by Yoelit Hiebert,EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)

 

 

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