用科技改善全民体质 华为运动健康十年磨一剑

华为从2014年进入智能穿戴领域,从专业技术、产品架构到材质工艺、商业模式不断创新。截至目前,华为智能穿戴产品全球累计出货量已超1.3亿,服务超4.5亿用户,连续四年稳居中国智能手表市场份额第一。

“读懂每一步心跳,是所有智能手表的起点。”华为运动健康军团CEO、华为终端BG智能穿戴与运动健康产品线总裁张炜说,“我们从起步开始,就在做创新的产品,华为这十年,走的是全面创新、全栈升级之路。”

华为自进入智能穿戴领域,便坚持自主研发之路。2016年,生命体征检测技术HUAWEI TruSeen™(简写为TruSeen™)1.0诞生,开始支持静态心率检测,而后八年通过不断迭代,陆续支持连续心率监测、血氧监测、压力监测。基于TruSeen™不断延伸TruSleep™、TruRelax™等算法,在体征检测的准确性和体验上不断精进,从读懂每一次心跳,到对血糖、呼吸、血管健康风险评估等检测,已打开45个身体健康“密码”。

华为运动健康在智能穿戴领域的研发投入和专利数量均居世界前列,目前专利申请已超800项,在全球拥有10大研究所、3大运动健康实验室。今年华为还将在欧洲新建运动健康实验室,加速穿戴领域专业研究在全球的布局。

华为在三年前便联合医院开启血糖研究,超过1000多名参与者佩戴华为手表进行长达十多万小时的健康监测,获得了一百多万高血糖风险相关研究数据,发现血管弹性、睡眠心率、脉搏波等体征,并基于此设计出业界首创的“高血糖分形算法”,使华为WATCH 4成为首款支持高血糖风险评估研究的智能手表。

糖尿病前期症状不十分明显,很多人在有症状就医后已确诊糖尿病I或II型且病情不可逆,错失了最佳治疗时机。三年前,华为组建了一支专攻血糖健康的研发团队,与南京鼓楼医院、北京协和医院、中国医疗保健国际交流促进会等专业机构联合开展血糖健康研究。

通过华为穿戴设备,累计对1000多名患者进行了长达十多万小时的健康监测,获得了超近百万条血糖数据。通过大量的实验研究发现,通过华为穿戴高性能传感器监测到的血管弹性、睡眠心率、脉搏波等体征,在高血糖人群中具有自相似性,基于此发现设计出业界首创的“高血糖分形算法”,让腕间进行高血糖风险评估终于成为可能。

在研发过程中团队发现,心率、血管弹性、脉搏波的异常并不一定全部是高血糖所引发的,以脉搏波为例,运动以及其他疾病如高血压高血脂等因素也能影响脉搏波的变化从而产生异常信号。面对困难和挑战,研发团队进行了“分形”排除其他干扰的办法,将健康人群和三高人群进行对照分组实验,基于华为穿戴最先进的环形传感器和HUAWEI TruSeen™ 5.0+算法技术,从而更精准地发现了高血糖异常波动引发的血管、心率等信号特征。

2023年5月,华为穿戴迎来了重磅旗舰产品“腕上健康专家”WATCH 4系列,首发支持高血糖风险评估,也是全球唯一可以提供高血糖风险评估研究的智能手表,该功能评估用户低、中、高三档风险等级。据目前用户反馈的可评估数据计算,糖尿病及糖尿病前期人群的确诊率与医院金标(医疗判断标准)的对比的准确率基本一致,上市仅两个月,已经帮助近两千人提前识别出高血糖风险,在糖尿病早期风险评估与健康管理上,价值和意义巨大。

“专业技术的创新我们投入最多,也是一直坚持的方向。”张炜特别强调,华为运动健康十分重视基础科学研究。他笑言,“我们的目标就是用科技改善全民体质。”目前,华为穿戴的专利数已超800项。

不仅如此,华为积极开展与专业机构的运动健康研究。从2018年开始与301医院联合发起心脏健康研究,提供房颤风险筛查及专家随诊服务;2019年加入了301医院的睡眠呼吸暂停研究;2021年,华为与研究机构合作开展包括呼吸健康研究、睡眠呼吸暂停研究、血管健康研究、女性健康研究等健康研究;到2022年,华为公布了正在推进的三大健康研究项目,即创新血糖、肺功能健康和高原健康研究,与专业机构在健康研究方面超过100项。

以血管健康为例,智能手表可以对血管健康进行评估,其背后原理是通过检测脉搏波传导速度(PWV),即脉搏波在血管壁上传播的速度,综合其他因素整体评估心血管风险。医学上普遍认为,血管越硬,脉搏波传导速度越快,PWV值越高。

因此PWV检测的精准性很大程度上决定了血管健康状态评估的准确性。华为研发团队基于高性能八通道心率传感器配合高性能心电传感器,实现精准检测心率、HRV、脉搏波传导速度等生理指标,通过脉搏波波形分析算法识别并计算PWV的高相关特征,同时利用ECG收集到的电信号与PPG采集到的脉搏波信号之间的“时间差”,结合用户体征信息与穿戴设备监测的生理指标等参数,实现PWV的精准检测。

精准检测到PWV后,最大的难点是通过穿戴设备识别血管状态的关键特征因子。华为的“自研信号时频域优化重构”算法,能将监测到的心率、脉搏波、血管弹性等状态,与健康数据指标进行快速对比,发现极微小的差异,甄别出血管状态的关键特征因子,从而综合评估血管健康情况,精准筛查心血管风险及提供专业健康建议。

血管健康研究发布至今,已拥有超110万的研究用户,筛查出高风险约4000人,确诊率高达96%。

慢性病人需要一个可以随时随地进行定期检测能力的产品,了解病情变化趋势;健康的人也避免不了突然出现头晕、头痛,或是心慌心悸,能不能随时随地做个小型体检,把健康的主动权握在自己手上?

华为最新成果就是智能手表戴在手上,能在60秒内快速进行10项健康数据的检测和风险评估,支持检测心率、血氧、压力、体温、心电图、血管弹性、血管风险筛查、肺功能评估、慢阻肺风险筛查、肺部感染风险筛查,并在手表和华为运动健康App端同时生成微体检报告。

智能手表想要实现这一功能并不容易。这需要启用智能手表的多个传感器和独立算法,而如此多的健康数据检测和风险评估要想在60秒内完成,不仅需要多个传感器和众多算法的协同运作,还需要考虑手表内存资源、数据信号分配等多个复杂问题。

针对这一系列问题,华为运动健康研发团队整体评估各项生理指标检测所需要的能力要求,找到配合最优解,为各传感器和算法“分配”任务,完成了传感器的智能化调度,并运用强大的算力,即任务调度能力,实现多算法的并行运作。最为关键的是,在面对多算法并行运作内存资源调度效率问题时,华为采用了独创的内存管理机制,支持设备在微体检过程中的不同时机,向不同算法分配、回收固定的内存资源,能合理利用每一种算法甚至叠加算法让检测结果更精准。

截至目前,心脏健康研究参与用户数据超500万,血管健康研究参与用户数超81万,肝脏脂肪研究参与用户数约50万,睡眠呼吸暂停研究参与用户数超300万,呼吸健康研究参与用户数约80万,血压健康研究参与用户数近30万。未来,会有更多健康检测项目加入进来,将微体检应用逐渐打造为身体健康和慢病健康的管理平台。

在2023华为运动健康有技术暨HDC运动健康分论坛上,华为首次揭秘了血糖健康研究背后的黑科技,并对消费者颇为关注的微体检、呼吸健康、血管健康、北斗卫星消息、专业潜水、体姿图像检测评估等七大功能背后的创新尖端科技进行解密。

“2014年开始的这十年是华为数字健康高度发展的十年,而小型化,无感化,智能化,则是未来华为数字健康研究的方向。这十年只是起点,我们将带着热情去探索下一个十年。”张炜透露了华为下一步的三大重点:

——运动与血压健康研究。华为正在与上海交通大学医学院附属瑞金医院开展运动与心血管健康研究,通过血压、心率等生命体征监测以及配速、步数等运动指标监测,让用户在运动过程中也能综合评估运动相关心血管风险,让运动健身过程更加合理、安全。

——女性卵巢健康研究。为了帮助女性及早发现卵巢功能衰退的情况,华为正在与中国的医疗机构合作,将围绕生殖健康领域开展女性健康研究,通过体温、心率、HRV、呼吸率等生命体征监测, 实现综合评估女性用户卵巢衰老风险, 帮助女性及早干预,及时调整饮食起居。

——情绪健康研究。华为正在与中国的医疗机构合作开展情绪健康研究,基于华为智能穿戴设备,通过多参数融合构建情绪检测模型识别用户情绪状态,评估用户情绪障碍风险,帮助用户更好地应对情绪问题,享受身心皆健康的美好生活。

未来十年,华为还将致力于为更多用户打造院外个人数字健康档案,在帮助用户更便捷地进行自我管理的同时,为医生对患者的日常管理提供可靠依据,形成完整精准医疗闭环,为全动和健康生活带来更多的赋能。

“期待未来打造更好的平台,让行业人士、专业人士在上面做他们最擅长的事情,共同创新。”畅想着未来,张炜的眼睛闪闪发亮。

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