“量化生活 (Quantified Self)”趨勢日益顯現(xiàn)，人們開始透過數(shù)位化的生物醫(yī)學(xué)資訊監(jiān)測、管理和追蹤自身的健康和安適狀態(tài)。智慧手表和智慧手環(huán)等可佩戴式設(shè)備配備光學(xué)感測器，可說明消費者收集和測量有關(guān)自身的各種生物指標(biāo)和統(tǒng)計值。與競爭激烈的白光LED市場不同，新開拓的可佩戴式設(shè)備市場是一塊未開發(fā)的新藍(lán)海，為 LED行業(yè)帶來了驚人的機遇。

LEDinside 有幸專訪歐司朗光電半導(dǎo)體德國總部工業(yè)和經(jīng)銷部紅外元件的產(chǎn)品行銷主管 Jörg Heerlein 博士。借由了解 LED感測器領(lǐng)先制造商的未來動態(tài)，及其于可佩戴式應(yīng)用市場的洞察與前景。

                (左) Jörg Heerlein博士擔(dān)任歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司（德國雷根斯堡市）工業(yè)和經(jīng)銷部紅外元件的產(chǎn)品行銷主管。

LED光學(xué)感測器如何在可佩戴式設(shè)備上測量生物統(tǒng)計值？

那么LED感測器如何測量脈率和血氧飽和度？Jörg Heerlein博士解釋，主要測量方法是光電容積描記 (PPG)，其原理是測量吸收LED的反射光。LED發(fā)射不同波長的光，穿過皮膚或其他身體組織后被反射回來，然后被感測器的檢測器捕捉。從反射光收集的資料可提供生物統(tǒng)計讀數(shù)，用于確定生理狀態(tài)或健康狀態(tài)。

使用PPG測量脈率時，充分利用了紅細(xì)胞的血紅素吸收光這一事實。另外，血管中的血量會隨著心臟泵血時周期性地收縮與舒張而變化。因此，感測器能夠通過從反射光獲取的讀數(shù)確定脈率。但是，為了獲得最佳結(jié)果，身體的不同部位需要不同波長的LED光。例如，綠光 (530nm) 適合佩戴在手腕部位的感測器，而用于手指部位的感測器通常搭載紅光 (660nm) 和紅外光 (940nm)。

反射光脈沖測量的原理。感測器發(fā)射的光穿過皮膚和組織并被吸收或反射回到檢測器。

相同的原理也適用于測量血氧飽和度，光學(xué)感測器使用的仍為標(biāo)準(zhǔn)波長的紅光和紅外光。相較于傳統(tǒng)抽取血液樣本檢測血管中氧含量變化，LED光學(xué)感測器提供的這種非侵入性檢測方法更加便捷。

未來LED感測器在可佩戴式設(shè)備上的新功能

Jörg Heerlein博士特別強調(diào)歐司朗光電半導(dǎo)體最重要的優(yōu)勢是：能夠設(shè)計和供應(yīng)適合可佩戴式設(shè)備尺寸的小型集成式LED元件。傳統(tǒng)設(shè)計將LED光、檢測器和其他元件分離，這對小尺寸的可佩戴式應(yīng)用而言是一個挑戰(zhàn)。但是，歐司朗光電半導(dǎo)體已成功設(shè)計出一個緊湊型解決方案SFH 7050。此感測器元件包含一個用于讀取血氧水準(zhǔn)的檢測器和三顆LED——綠光 (530nm)、紅光 (660nm) 和紅外光 (940nm)。SFH 7050采用微型封裝，能夠安裝到智慧手機或其他掌上型裝置上。

而SFH 7051更加先進(jìn)，其承襲與SFH 7050相同的設(shè)計，但所采用的綠光LED晶片基于最新的UX3晶片技術(shù)，效率更高。因此，這款集成式元件還具有檢測脈率的功能。另外，歐司朗光電半導(dǎo)體正試圖將UV LED納入其集成感測器系列，因此，可佩戴式設(shè)備使用者未來在戶外也能夠檢測自身接觸紫外線的狀況。

設(shè)計 LED 光學(xué)感測器用于可佩戴式設(shè)備的挑戰(zhàn)

受訪過程中，Jörg博士表示LED光學(xué)感測器在生物監(jiān)測應(yīng)用方面的前景非常樂觀，但他同時強調(diào)研發(fā)人員目前仍面臨幾大挑戰(zhàn)。在Heerlein看來，對生物監(jiān)測感測器而言，如何取得可信賴的資料是最大的研發(fā)障礙，因為這涉及到醫(yī)療領(lǐng)域的專業(yè)知識。其他擔(dān)憂還包括讀取軟體的精確度和硬體設(shè)計。

在可佩戴式設(shè)備開發(fā)中，LED光學(xué)感測器硬體設(shè)計并非總是最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，不同的可佩戴式設(shè)備制造商可能最終要在功耗與可信賴的資料讀取之間取舍。另外，設(shè)計一個系統(tǒng)驗證感測器所收集的資料也需要研發(fā)人員進(jìn)行長期的研究與測試。

由于LED光學(xué)感測器市場前景樂觀，歐司朗光電半導(dǎo)體在研發(fā)和測試相關(guān)產(chǎn)品方面已投入大量的資源和人力。Jörg Heerlein 博士認(rèn)為可佩戴式應(yīng)用市場擁有成長空間，并希望歐司朗取得令人矚目的成果。（作者：LEDinside 研究室主任 Roger Chu / 翻譯人員：TrendForce 編輯 Thomas Hsu / 編輯：LEDinside 主編 Judy Lin）

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