作者 | 吴优
今年9月，苹果新一代手表Apple watch 6推出测血氧功能，之后的一两个月里，带有测血氧功能的智能手表扎堆发布，vivo WATCH、华为手表GT2、荣耀手表GS Pro、华米Amazfit GTR 2和GTS 2等旗舰级智能手表几乎都包含这一功能。
10月，华米科技发布售价仅为299的Amazfit Pop也配备测血氧功能，血氧传感器已开始向中低端机渗透，或将掀起更大的浪潮。
那么，智能手表上的测血氧功能究竟是什么？其发展前景如何？
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从临床检测走向大众的血氧检测
智能手表的测血氧功能，事实上是通过测量人体动脉血氧饱和度来判断是否健康，血氧饱和度具体是指血液中与氧气结合的血红蛋白含量占比，即血液中血氧的浓度。
一般而言，若血氧饱和度在94%以下，就会被视为供氧不足。许多临床疾病都会造成供氧不足的情况，直接影响细胞正常的新陈代谢，严重时更是会威胁生命，因此血氧检测对于临床医学而言十分重要。
追溯血氧测量最原始的方法，需要先采血，再经过血气分析仪进行电化学分析，最终得出血氧饱和度。这一方法步骤繁杂，且无法实现连续检测。
不过随着临床医学的发展，如今普遍采用无创式血氧测量，只要为患者佩戴一个指压式光电传感器，就能实现连续性的血氧检测。其实质是使用波长660nm的红光和940nm的近红外光作为摄入光源，测定通过组织床的光传导强度，计算血氧浓度及血氧饱和度，经仪器显示结果。
图片源自Getty Images
用智能手表测血氧的原理类似于指压式测量，但不同的是，手表发射光源所照射的部分是手腕，并不像手指那样“透明”，可见光与红外光无法穿透，因此更具挑战性。
但智能手表作为使用频率十分高的可穿戴设备，其发展空间的刺激远远大于需要面临的挑战。
“vivo智能手表之所以决定加上测血氧功能，是因为认为血氧监测是当前智能手表在健康领域的重要一步。”vivo资深工程师说，“与其他智能设备不同，智能手表被用户全天佩戴，给数据监测提供了很大的想象空间。我们希望它能持续进化，监测更丰富、更重要的健康数据。”
10月20日，华米科技创始人兼CEO黄汪在微博上发布文章《血氧，应该成为智能手表的标配》，他指出，疫情下，血氧饱和度已经成为了新冠的辅助检测手段，通过可穿戴设备持续监测血氧变化，结合心率数据，可以发现潜在的呼吸暂停问题。“血氧如此重要，旗舰智能手表今年纷纷搭载血氧监测，当然也就不足为奇了。”
艾迈斯半导体现场应用工程师经理李铭豪认为，“智能手表测血氧对监测人的运动状态，高原反应的监控以及老年病人身体状态的监控都有一定的帮助。”
那么，智能手表究竟是如何测血氧的？用手表测血氧真的靠谱吗？
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光学传感器是智能手表测血氧的核心
“智能手表的血氧监测模块由光学传感器、前段信号采集系统、算法三部分组成。其原理是根据血液中氧合血红蛋白（HbO2）和脱氧合血红蛋白（Hb）对红光和红外光的吸收率不同的特点，通过光学传感器向皮肤照射红光和红外光，然后得到经皮肤下血管反射后的红光和红外光，最后通过算法计算出血氧。”华米科技一位资深技术人员告诉雷锋网。
光学传感器是血氧检测模块的核心，通常由若干个LED灯和二极管组合而成。苹果官网显示，Apple Watch 6配备的血氧传感器由四组LED光簇和四个光电二极管组成，并集成在水晶玻璃表背之中。
据了解，如果要求一块智能手表既能测心率，又能测血氧，是可以经由同一颗光学传感器实现的。
艾迈斯半导体已经推出了集成测血氧和测心率功能的光学传感器。李铭豪表示，“测心率通常用绿光，测血氧用红光和红外光，相比于只能测心率的光学传感器，能同时实现两项功能的光学传感器在组成上通常会增加若干个红光和红外光LED。”
图片源自艾迈斯半导体官网
作为测血氧的核心，光学传感器的精度对于测量结果的准确性至关重要。例如，二极管产生的红光波长出现偏差，就可能导致测量结果不准确。
“智能手表测血氧，是通过测毛细血管得到的信号，信号非常微弱。通常这个信号淹没在上面，反馈的信号可能只有1%左右是有用的。因此，光学、滤波等设计非常重要”李铭豪说。
目前，业界的公司都在采取各种措施提升精度。
华米科技资深技术人员表示，“任何一个传感器都存在各种各样非理想情况的误差，在控制误差方面，华米在选择光电器件时对所有的关键参数进行严格测试和评估，其次，华米的每个产品在产线都经过多次测量，保证出厂产品参数精度在设计的范围内。另外，在设计之初选择人体皮肤光谱吸收率曲线相对平坦的波段，限定波长误差对血氧结果的影响在可接受的范围内。”
增加传感器的数量也是提升精度的方法之一，vivo watch 就是配置自研5核光学心率血氧传感器实现测血氧功能。“5核指的是由5颗传感器组成的多传感系统，其中电路与光学设计是vivo自主研究的成果，相比行业内单传感器或多传感器设计，它的信号接收面积更大，接收能力更强，能够实现更加精准的监测效果。”vivo资深技术人员表示。
不过，从目前智能手表测血氧的实际效果来看，虽说有精度的提升，但距离实现医疗级别的血氧监测，还是有一定的差距。在传出Apple Watch 6测血氧功能不准确的消息时，苹果公司就出来澄清过，该功能仅作为健康参考，不作为医疗诊断标准。
“消费类和医疗类的精度要求是不同的，以心率为例，手腕上差几跳脉搏都是没有问题的，但在医疗上，就只能有1-2跳的差距。”李铭豪说。
据了解，目前还没有一款智能手表上的测血氧功能通过NMPA或FDA认证，即达到医疗诊断水平。
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下一步，更多的可穿戴设备？
未来，基于光学传感器的血氧监测是否有更广阔的发展空间呢？
观察其他智能传感在可穿戴设备上的发展，准确性越高、体积越小、功耗越低，可适用的场景就越多。
谈及血氧传感器未来的发展，华米科技认为，未来的血氧监测将是更准确、更无感、以及运动连续血氧监测和更多的健康服务，其中更准确指测量结果更准确，更无感指降低测试时对用户的要求，更多的健康服务指的是通过血样参数，监控儿童哮喘以及其他心脏疾病状态。
另外，华米也已有计划让其血氧检测功能通过NMPA认证，对于具体进展，华米表示会在合适的时间同大家分享。
当精度提升之后，会有更多的可穿戴设备搭载血氧传感器吗？
华米科技透露，增加一个测血氧功能，硬件成本增加不大，血氧的研发投入主要在于光学模组设计、算法设计以及测试，由于这些设计具有通用性，批量出货后，成本增加就不明显了。这意味着，血氧传感器未来的发展，受成本影响较小。
李铭豪表示，“在耳机或者其他可穿戴设备装上血氧传感器是可能的，但如果用真无线耳机测血氧，功耗将是问题。我们也一直在提出一些新方案，新的应用场景，但具体结合还要看市场需求。”
因此，短期来看，血氧传感器的下一步发展将是在智能手表上精度的提升，但距离进入更多的可穿戴设备，也并不遥远。
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