作者｜韋世瑋
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可穿戴設(shè)備正逐漸成為越來越多人日常生活的關(guān)鍵設(shè)備。原因無他，其對人體狀態(tài)持續(xù)跟蹤檢測的便捷性，在疫情常態(tài)化的當(dāng)下尤為重要。
這背后得益于運動健康傳感技術(shù)的發(fā)展，近年來心率監(jiān)測、血氧飽和度檢測、運動模式檢測等相關(guān)功能的實現(xiàn)，為人們?nèi)粘＝】禉z測和潛在健康風(fēng)險預(yù)防帶來了更直接的數(shù)據(jù)參考，同時促進(jìn)了遠(yuǎn)程醫(yī)療的范圍，大幅拉動可穿戴設(shè)備的市場需求，以及供應(yīng)鏈的成熟發(fā)展。
可穿戴設(shè)備帶動了供應(yīng)鏈需求的爆發(fā)，生物芯片研發(fā)商暖芯迦（Nanochap）則是其中的新銳玩家之一。暖芯迦成立于2014年，以人機接口技術(shù)為核心，主要聚焦生物醫(yī)療領(lǐng)域核心芯片的研發(fā)，涉及超高密度神經(jīng)接口芯片、生物傳感芯片和相關(guān)醫(yī)療器械產(chǎn)品的研發(fā)和銷售。
目前暖芯迦團隊規(guī)模百余人，除了杭州總部之外，公司在上海、墨爾本均設(shè)有研發(fā)中心，研發(fā)人員占比約70%，核心技術(shù)團隊源自澳大利亞墨爾本大學(xué)神經(jīng)工程中心，擁有超15年生物芯片設(shè)計研發(fā)經(jīng)驗。
暖芯迦副總裁林科告訴36氪，公司成立以來，產(chǎn)品研發(fā)主要集中在神經(jīng)接口和生物傳感兩個領(lǐng)域。
1、神經(jīng)接口領(lǐng)域。包括神經(jīng)刺激技術(shù)和神經(jīng)記錄技術(shù)兩大類，神經(jīng)刺激技術(shù)是指通過神經(jīng)刺激的手段改善患者的神經(jīng)病理狀態(tài)，治療慢性疼痛、癲癇、帕金森病以及尿失禁等神經(jīng)系統(tǒng)疾??；神經(jīng)記錄指采集神經(jīng)元電位，分辨神經(jīng)信號。
現(xiàn)階段，公司已實現(xiàn)量產(chǎn)的芯片包括可編程高密度神經(jīng)刺激芯片、多功能刺激芯片?？删幊谈呙芏壬窠?jīng)刺激芯片應(yīng)用于暖芯迦正在研發(fā)的高分辨率人工視網(wǎng)膜產(chǎn)品。該產(chǎn)品通過穿戴設(shè)備攝像頭將捕捉到的圖像信息轉(zhuǎn)換成電信號，植入體刺激人的視網(wǎng)膜神經(jīng)元，通過視覺通路傳遞到大腦的視覺中心，恢復(fù)盲人的功能性視力，能簡單區(qū)分物體形狀及報紙上的大字。目前，該整機產(chǎn)品的動物實驗已接近尾聲，今年底將進(jìn)入到人體臨床階段。
多功能刺激主要面向家用理療設(shè)備。今年公司將在第四季度推出可編程通用刺激芯片，這是一款神經(jīng)刺激領(lǐng)域的平臺型芯片，覆蓋絕大部分體內(nèi)外神經(jīng)刺激領(lǐng)域，可滿足客戶的多樣性應(yīng)用需求，縮短研發(fā)周期。
暖芯迦高分辨率人工視網(wǎng)膜產(chǎn)品的工作示意圖
2、生物傳感領(lǐng)域。暖芯迦主要研發(fā)生物分子信號和體征信號監(jiān)測芯片。公司的生物分子信號處理芯片已進(jìn)入規(guī)模量產(chǎn)，主要針對汗液、唾液、尿液等體液中極小的生物分子信號檢測。團隊擁有可檢測低至μV/pA級別的小信號技術(shù)能力。
體征信號監(jiān)測方面，公司即將發(fā)布的體征信號監(jiān)測四合一芯片EPC001，是業(yè)內(nèi)首款可同時監(jiān)測心電（ECG）、脈搏（PPG）、腦電（EEG）和肌電信號（EMG）的SoC芯片，主要面向可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，不僅能連續(xù)監(jiān)測心率、血氧等簡單數(shù)據(jù)，還可檢測更多與心臟功能相關(guān)的，例如心律不齊、心律變異性等反映人體健康的指標(biāo)參數(shù)。
EPC001主要擁有兩個特點：一是高度集成，芯片同時集成了高精度EEG/ECG/EMG/PPG（腦電/心電/肌電/脈搏）模擬前端、64MHzRISC-V單片機（MCU）、ECG/PPG特征提取功能（HeartAPP），以及24bit高精度ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）等模塊，能夠為客戶提供整體的可穿戴設(shè)備芯片解決方案，大幅節(jié)約研發(fā)周期和研發(fā)成本。
二是高精度，EPC001為EEG/ECG/EMG集成了超低噪聲可編程放大器和24bit高精度ADC，使模擬前端采集的微弱生物電信號能夠以最大精度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，為測量結(jié)果的精確度提供保障。這些數(shù)字信號是基于算法計算的依據(jù)，其精確度對整個計算結(jié)果至關(guān)重要。
其為PPG采集系統(tǒng)配備了四路可編程LED驅(qū)動器，適用各種規(guī)格的LED。同時，低功耗發(fā)光二極管模擬前端電路以及24bit高精度ADC被用于采集PPG信號，以高動態(tài)范圍、高精度截取完整的PPG信號。
林科談道，與業(yè)界同類產(chǎn)品相比，EPC001功能齊全，使用靈活。集成的ECG/PPG特征提取功能（HeartApp），通過硬件實現(xiàn)部分算法，不占芯片的軟件資源。HeartApp直接提供心率、QT間期、左心室射血時間（LVET）、脈搏波到達(dá)時間（PAT）、心率變異性等一系列指標(biāo)。這些指標(biāo)可以用來計算更多復(fù)雜的健康參數(shù)，這也使得EPC001方案能用于監(jiān)測心臟功能、呼吸相關(guān)的問題，管理相關(guān)慢性疾病。
目前，暖芯迦的EPC001芯片已進(jìn)入客戶測試驗證階段，包括可穿戴設(shè)備及醫(yī)療級器械設(shè)備客戶，將在明年實現(xiàn)大規(guī)模出貨。
暖芯迦EPC001芯片
整體來看，暖芯迦從神經(jīng)接口到生物傳感領(lǐng)域已逐步構(gòu)建了自身技術(shù)壁壘。
在神經(jīng)刺激領(lǐng)域，公司的技術(shù)優(yōu)勢在于擁有高密度神經(jīng)刺激技術(shù)，并且通道可高精度調(diào)節(jié)。一般來說，刺激通道的數(shù)量決定著靶向性的高低，刺激通道數(shù)量越高，靶向性越高，定位精準(zhǔn)度也越好。同時，每個通道均具有獨立性，可進(jìn)行單通道的任意可編程、高精度調(diào)節(jié)。
在生物傳感領(lǐng)域，除了心電、脈搏等大信號采集之外，公司也擅長極小信號的采集，例如神經(jīng)元信號，基因測序等，需要檢測低至μV/pA級別的小信號。
接下來一年，暖芯迦在神經(jīng)領(lǐng)域?qū)㈤_始投入研發(fā)神經(jīng)記錄芯片，通過采集人體神經(jīng)信號，甄別神經(jīng)病變信號的差異化，從而進(jìn)行針對性神經(jīng)刺激的治療，形成檢測和治療閉環(huán)。在生物電小信號檢測領(lǐng)域，提升生物電信號的采集和分析的精確度，讓持續(xù)健康監(jiān)測更加有效。
