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Boost accuracy of heart rate monitors

NXP Software算法如何将光学心率监护仪精度从接近零提升至95%

众所周知,在改进移动电话语音质量的算法开发领域,NXP Software是公认的业界领军企业。 如何借助我们的回波消除技术让智能手表应用中光学传感器的心率监测功能发生革命性变化? “很有帮助,”NXP Software的工程经理Frans De Buys表示,“更好的算法可将目前的精确率从接近零提升至95%。”

这是非常了不起的成就。 但是,让我们首先回顾一下美国食品与药物管理局(FDA)对于健康与健身应用的论述。

FDA网站(链接如下)在2014年中报告提到:“移动应用(App)可以帮助人们管理自身的健康,促进健康生活,并在需要时获取有用的信息。 这些工具在开发出来后立即迅速得到广泛运用。 根据行业估计,到2015年,全球将有5亿智能手机用户使用医疗保健应用,到2018年,超过34亿智能手机和平板电脑用户中将有50%已经下载了移动健康应用。 这些用户包括医疗保健专业人员、消费者和病人。”

FDA接着指出:“FDA鼓励开发移动医疗应用,改进医疗保健,并为消费者和医疗保健专业人员提供有价值的健康信息。 FDA还承担公共健康责任,负责监督医疗设备的安全性和效果,其中也包括移动医疗应用。”

以上论述表明政府对健康应用持总体认可态度,但也暗示提醒此类应用的质量需要监管。

当然,家庭医生对健康应用有他们自己的看法。

在英国报纸《卫报》(链接如下)刊登的一篇文章中,全科家庭医生Clare Garenda博士写道:“作为一名全科医生,我深知这种新技术的强大功能,它将控制权赋予我的病人,从而将共同决策和自我护理变成现实。 但我也担忧过度高估了其功能,包括改变行为习惯或改进健康状况。 测量人体机能并不是全部。 可以测量的指标不一定重要,血压的小幅降低或升高并不能说明任何问题。 医生的作用不仅只是处理数据,虽然这种技术的强大功能令人惊叹,但我们永远不能忘记,医疗既是科学,同时也是艺术。

这就触及到与本博客读者相关的一个有趣问题: 既然诊断需要依赖于数据,由医生或智能设备做出诊断,那么数据本身必须是精确的。

目前心率监护仪的精确度非常“离谱”

为美国刊物c/net(链接如下)撰稿的记者Sharon Profis发现,目前的光学传感器无法提供精确结果:“我站在Jon Zaroff博士办公室里的跑步机上,心图电机连接到胸部,Zaroff说我的心率是146。但我低头看了一眼我戴的Basis Carbon Steel装置,它测量的心率却要低得多,仅为93。在医生的办公室里进行重复测试之后,我发现这并非偶然现象 – 设备的测量精确度非常离谱。”

Profis继续说:“我对带有心率监护仪的五种领先智能设备进行了测试,在旧金山Kaiser Permanente医疗中心的心脏病专家Zaroff博士的协助下,使用心电图机测量这些设备的精确度。 您可以看到下面我的结果,在当今很多新型腕带式移动心率监护仪中使用的光学传感技术似乎有时不够精确。 这一结论是通过与经过时间考验的心电图机(或模拟心电图机的心率监护仪)进行比较得出的,心电图机可以感应触发心跳的电脉冲。

回归本文开头的话题。 Frans De Buys认为,NXP Software的专业技术能够将光学心率监护仪精确度提升至95%。

De Buys解释说:“光学传感器存在的问题是:当您坐下时,它的测量结果是精确的,但一旦您开始移动,则会产生大量的假数据。 导致这种现象的原因包括多种因素,例如佩戴腕带的手臂移动、局部皮肤变化、传感器在手臂上移动、设备本身的数据伪差。

De Buys继续说道:“但是,我们的语音和传感算法能够从两个方面提高精确度。 首先,采用我们的音频专业技术能够很好地消除伪差,排除混淆的数据。 其次,我们在传感方面拥有丰富经验,擅长从多个数据源采集数据,并从中推断出有意义的信息。 对于光学心率监护仪,我们可以使用来自智能手机加速计的数据,根据心率读数不断预测相关变化。 因此,当病人移动时,我们可以感觉到,甚至使用声音感应来识别病人是否正在慢走,并且推断出更精确的心率读数。

更好的数据 更好的集成。

De Buys解释:“当然,对于健康应用而言,提供更加精确的数据固然是令人兴奋的,但NXP Software还有另外一大优势,就是将这些算法集成到移动设备的软件堆栈中。我们已经将高级算法集成到全球领先设备制造商提供的超过30亿部电话和佩戴式设备中,此外,我们还在中国、韩国、印度、美国和欧洲拥有技术团队,能够为客户提供本地支持。 除了提供更高精确度的优势之外,我们还能够为客户削减制造成本,缩短产品面市时间。”

展望未来,De Buys表示在NXP Software公司完善光学心率监护系统之后,接下来还会优化SpO2血氧饱和度性能和VO2最大摄氧量功能。 最终,我们将能提供更好的数据、更有意义的医疗保健应用、更准确的诊断。”

美国FDA:移动医疗应用
http://www.fda.gov/MedicalDevices/ProductsandMedicalProcedures/ConnectedHealth/MobileMedicalApplications/ucm255978.htm

FDA研究链接
http://research2guidance.com/500m-people-will-be-using-healthcare-mobile-applications-in-2015/

《卫报》:帮助您保持和改善健康状况的10个健康应用。
http://www.theguardian.com/technology/2014/feb/08/health-apps-smartphones-top-10-gp-recommends

c/net:腕带式心脏监控设备真得管用吗? 调查分析。
http://www.cnet.com/news/how-accurate-are-wristband-heart-rate-monitors/

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