注重睡眠管理 iWan携四大秘笈出击

摘要

说到可穿戴设备,我们不妨先对其下一个比较准确的定义:可穿戴设备是延续性地穿戴在人体上,具备先进的电路系统、无线联网及独立处理能力的终端设备,它最重要的两个特点就是可长期穿戴和智能化。

引言

说到可穿戴设备,我们不妨先对其下一个比较准确的定义:可穿戴设备是延续性地穿戴在人体上,具备先进的电路系统、无线联网及独立处理能力的终端设备,它最重要的两个特点就是可长期穿戴和智能化。

业界认为,2013年是可穿戴设备的发展元年。这一年,可穿戴设备以星火燎原之势在国内外迅速蔓延开来,初涉其中或者跃跃欲试者众。据研究机构预测,未来2-3年,可穿戴技术市场规模将由目前的30-50亿美元增长至300-500亿美元,未来3-5年终端复合增速将不低于50%。更有机构测算,2012年中国可穿戴设备市场规模达到6.1亿元,预计到2015年中国可穿戴设备市场规模将超过100亿元,达到114.9亿元。

这就意味着未来几年智能穿戴产品将开始融入大众生活,并将改变大众生活方式,这种强大的力量不容小觑。当然,就目前可穿戴产品的发展状态来看,仍然处于初级阶段,主要以手环、手表、眼镜等一些相对单一的产品形式为主,集中分布于娱乐休闲、健身、医疗健康领域。主要运用在运动、睡眠、生活辅助等几大方面。

iWan就是在这样的大环境下应运而生的。

  iWan有何武林秘笈?

对于任何一款产品而言,都有其独创的研发和设计,iWan也同样如此。尤其在睡眠管理上,更独具“秘笈”。

2013年是iWan诞生和成长的一年。这一年,iWan从工作室走向社会,尤其在点名时间以400%的达成率众筹成功、受到各大媒体报道之后,iWan的关注度空前增长,在业界产生很大的影响,也使德赛成为国内首个“可穿戴设备委员会”创会成员之一。那么,iWan究竟有何武林秘笈,使之如此蓬勃发展?如此备受关注的呢?

  秘笈宝典一:云平台

因iWan的研发重心是睡眠检测。这首先需要一个平台管理睡眠数据,为用户提供长期的健康服务。为此与广州中医药大学、广东体院等多所院校深入合作,以云构架的方式开发健康平台。

其主要分为三个层次:IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)。Iaas采用web服务器集群和接口服务器集群,分别为web平台和接口服务提供数据存储、计算服务、负载管理和备份,同时通过图片服务器,大大提高网站性能及接口性能。Pass为用户提供了一站式服务,用户的注册、登录、个人信息管理、数据库资源池管理等。Saas为客户端提供运动、睡眠、血压等服务,在平台端为用户提供了各种大数据的运算与分析。

下图为云平台组织构架。

 秘笈宝典二:睡眠检测子系统构架

搭建好平台,下一步自然需要将其与手环连接起来。这就需要构建一个连接系统,以实现健康平台与手环两者之间数据、信息的相互借鉴转化。

健康平台、手环的连接示意图如下。通过此连接,可以很好地实现睡眠检测。

秘笈宝典三:基于心率变异性的睡眠检测方法

睡眠,是一直备受人们关注的问题。那么,如何检测睡眠,如何科学得得出睡眠信息,则是人们想知而又无从可知的事情。iWan通过深入地研究,从睡眠分期、心率变异性、睡眠心率的变化规律等方面,深入地对睡眠作了前期的研究和探讨。

●睡眠分期

目前,世界各国多以美国加州大学脑研究所发布的睡眠分期方法为通用标准。它以30秒为单位,根据脑电波形将睡眠过程划分为:醒觉期(Awake)、快速眼动期(Rapid Eye Movement Sleep,REMS) 和非快速眼动期(Non-REM Sleep,NREMS) 。其中,非快速眼动期又可分为浅睡期(Light Sleep, LS. 包括1期睡眠S1和2期睡眠S2) 和深睡期(Slow Wave Sleep , SWS, 包括3期睡眠S3和4期睡眠S4)。一般应用中,只区分醒觉期、快速眼动期、浅睡期和深睡期等4个睡眠时相,基本上可满足临床需要。

●心率变异性

心率变异性((Heart Rate Variability,HRV)是指心率节奏快慢随时间所发生的变化,即逐次心动周期的时间差别,它反映了心率连续的瞬时波动。有分析认为,心率的波动是受体内神经体液的调控,通过心率变异性分析可获得对心脏节律控制的神经系统的有关信息。

还有研究发现:心率变异性信号包括高频(HF)成分和低频(LF)成分。其中,高频成分反映了副交感功能,并与呼吸运动同步,因此又被称为呼吸成分,大约3秒钟出现一次;低频成分同时受到交感与副交感神经系统的调控。因此HRV与睡眠周期具有一定的相关性。

●心率变异性的检测

HRV一般利用心电信号(ECG)中R-R波间期(R-R Interval,RRI)的变化来表示。R-R波间期是指在ECG信号的连续QRS波群中两个R峰之间的时间间隔值,如下图所示。

对采集的ECG信号进行HRV信号的提取步骤主要包括:寻找并确定R波峰点、剔除异常(如早搏R波峰和噪声信号)、确定R-R间期值以及绘制HRV曲线。

●睡眠心率的变化规律

经检索文献库资料,目前未发现基于分钟脉搏计数方法实现睡眠分期的相关研究。只有部分文献提及己发现的健康成人夜间睡眠心率变化的一般规律,概括如下:

(1) REMS和醒觉的平均心率都比NREMS快;NREMS比醒觉时心率慢10~30 次/分。

(2) REMS和醒觉时心率变化的标准差大于NREMS;

(3) 心率有随着睡眠时间的延长而下降的趋势;

(4) 后半夜REMS的心率变化有增大的趋势。当REMS 的持续时间大于20min~30min 时,心率通常不会持续保持在高水平, 而会发生较大起伏的振荡(周期为20min 左右) ;

(5) 深睡期心率最低且平稳。

此外,我们额外补充一个假设判据:醒觉期心率均值一般高于REMS。

● 睡眠分析处理过程

(1)通过手环采集睡眠动作数据和心率数据,并记录数据。

(2)手机APP使用蓝牙4.0与手环连接,并导出数据。

(3)手机APP通过网络把睡眠动作数据和心率数据传给云平台。

(4)云平台通过对数据的分析和处理,将睡眠分期数据结果返回给手机APP。

(5)手机APP接收返回的分析结果并显示。

 秘笈宝典四:心率检测的硬件原理

硬件,自然是智能产品研发必不可少的部分。iWan在硬件原理上亦有其独特的构架。

●手环端系统架构

手环系统主要有四个部分组成:

(1)BLE Radio&Modem

(2)MCU控制器

(3)Sensor

(4)外部存储设备

●BLE(ATT):Client/Servier架构

(1)服务设备提供数据,客户端使用这些数据。

(2)服务端通过操作属性方式,提供数据访问服务。

(3)设备的服务/客户角色,不依赖于GAP层中心设备/外围设备角色和LL层的MASTER/SLAVE角色定义

(4)一个设备可能同时做为一个客户端和服务器,而两个设备上的属性不会相互影响。

●心率测试技术

基本测量的原理:血氧的含量,饱和度的测量在手指测量是最多的,也可以在脚趾、耳朵,这是最常见的测量血氧的地方。原理就是用红光和红外光发射,这两个要非常将近,保证他们在手指基本上非常接近的位置,可以保证检测的准确度。这本身对传感器技术,LED也是挑战。红光和红外光是分开工作的,当红光工作的时候,红外光是关闭的,可以保证红光和红外光之间的工作非常干扰,刚才讲距离要非常近,保证在同一个身体组织结构里面取得的信息。

当你有脉动的时候,走过毛细血管的时候把氧分子丢下了,回到这边是还原的血红蛋白。所以检测的时候,红光和红外光都是一个光,一方面会受到组织结构的衰减,再有受到静脉血的衰减,还有动脉的衰减,动脉有两个部分,一部分是存量的,总是在里面的,由于心脏的博动,有一部分脉动的血红蛋白,血红蛋白会增加。

因为有心跳的原因,就是脉动了,通过手指传送的光强会不断的变化。

这样通过一定的算法既可以检测到心率了,当然发光二极管噪声的处理是很关键的。

 总结——iWan的现状、发展与展望

手环在睡眠管理上的发展,不应该仅仅局限于一个工具或者单一的检测,就如同可穿戴设备,不能当作是当做PC或是智能手机的衍生,而应从大处和长远着眼,应深刻理解大数据的变革,在这个充满着“开放、分享、平等、合作“的互联网的精神的时代,只有真正地理解互联网精神实质,做到助益他人,才能成人达己,才能使一个可穿戴设备产品走向成功。

用户最有发言权。考虑到这一点,iWan在研发过程中已经让用户参与进来,使之与我们共同改善和分享。在著名众筹网站点名时间以400%的达成率筹资成功,由此可见,iWan以健康产品为定位是正确的。当今时代是一个个人与社会飞速发展的时代,同样也是一个更加关注健康的时代。或许可以这样认为,一款产品都应该或多或少与健康有关,都应该贴近身心、美化生活。为此,我们针对iWan专门搭建了一个专业的健康平台(http://care.desay.com/weme/index.jsp),主要包含睡眠和运动两大模块,同时兼有血压测量等健康指数的检测,用户可在此上传相关数据,就能得出相应的健康信息和建议。诚然,至于iWan究竟能走多远,我们一时还无法尽言。但整体来看,是成长的,是进步的,是向前发展的。对于这一点我们当然信心满满。我们还设想,睡眠管理是一根主干,旁生出各类“枝叶”,比如血压监测、运动辅助、血糖监测等等。这些,都将和睡眠管理一起,将健康生活元素构建成一个体系,让产品真正服务于人,服务于生活,服务于社会——这才是iWan真正想做、并要做到的事情。

——本文选自电子发烧友网2月《可穿戴技术特刊》“透视新设计”栏目

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赵蔚冬

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