Tham vọng của Apple đằng sau việc bí mật mua chip quang học

Việc sử dụng thiết bị đeo (chẳng hạn như đồng hồ thông minh) để phát hiện các tín hiệu sinh lý liên quan chặt chẽ đến sức khỏe đang trở thành một điểm nhấn quan trọng. Trước đây, các dòng đồng hồ thông minh chính thống (chẳng hạn như Apple Watch của Apple) đã hỗ trợ phát hiện các tín hiệu ECG liên quan đến tim và tín hiệu oxy trong máu. Trong thế hệ thiết bị đeo mới, việc phát hiện tín hiệu sinh lý không xâm lấn đang nhanh chóng phủ sóng nhu cầu của người tiêu dùng và hướng đến những tín hiệu quan trọng khác như huyết áp và lượng đường trong máu.

Ví dụ, trong chiếc Samsung Galaxy Watch 3 vừa ra mắt năm nay, ngoài tín hiệu điện tâm đồ truyền thống, nó còn hỗ trợ các phương pháp không xâm lấn để đo huyết áp. Ngoài ra, theo báo chí nước ngoài, Apple Watch thế hệ tiếp theo có thể sẽ bổ sung chức năng phát hiện đường huyết không xâm lấn, từ đó mang lại trải nghiệm quản lý sức khỏe mới cho bệnh nhân đái tháo đường.

Các chuyên gia công nghệ tin rằng việc sử dụng thiết bị đeo để theo dõi các tín hiệu sinh lý quan trọng như đường huyết và huyết áp theo cách không xâm lấn sẽ mở rộng đáng kể đối tượng sử dụng thiết bị đeo và cũng sẽ mang lại thị trường lớn hơn cho các nhà cung cấp chip liên quan. Đáp lại điều này, công ty sản xuất chip quang học Rockley của Anh đã tiết lộ trong bản công bố thông tin gần đây rằng các thiết bị đeo được đang trở thành thị trường mục tiêu chính của họ.

Ảnh minh họa.

Rockley được niêm yết trên sàn giao dịch chứng khoán New York bằng cách sử dụng SPAC cách đây không lâu, với giá trị thị trường là 1,2 tỷ USD, ngoài thị trường truyền thông quang học truyền thống, thị trường chính của Rockley còn bao gồm các thiết bị đeo. Tính năng chính của mô-đun chip quang học dành cho thị trường thiết bị đeo là một mô-đun duy nhất có thể phát hiện đa phương thức, tức là nó có thể đo nhiều tín hiệu sinh lý cùng một lúc.

Đồng thời, Rockley cũng tiết lộ, họ dự tính rằng vào năm 2023, Apple sẽ ký một đơn đặt hàng trị giá hơn 70 triệu đô la Mỹ với công ty. Tin rằng dung lượng thị trường toàn cầu chip phát hiện tín hiệu sinh lý của thiết bị đeo sẽ tăng nhanh trong tương lai gần.

Hiện tại, việc đo nhịp tim và phát hiện oxy trong máu đã phổ biến trên đồng hồ thông minh, cả hai đều dựa trên PPG (Photoplethysmography). Nguyên tắc của phát hiện PPG là đèn LED phát ra ánh sáng ở các dải tần khác nhau (như dải tần hồng ngoại và ánh sáng xanh). Ánh sáng xuyên qua da và đi vào mạch máu và tiếng vọng được phản xạ trở lại đầu dò photon (PD). Theo lưu lượng máu trong mạch máu của con người, đặc điểm, tiếng vang cũng sẽ có tính chất khác nhau. Do đó, theo đặc tính của tiếng vang ở các dải tần số khác nhau, thiết bị có thể đọc được các tín hiệu sinh lý khác nhau.

Huyết áp cũng có thể được đọc bằng công nghệ PPG. Nói một cách tương đối, phương pháp đo huyết áp PPG hiện không có các nguyên tắc và công thức phân tích đầu tiên để dựa vào, mà dựa vào phân tích dữ liệu lớn để lập mô hình.

Thiết bị đeo tay của Samsung để theo dõi huyết áp dựa trên PPG đã được chứng nhận bởi hệ thống y tế Hàn Quốc và hiện đang đăng ký chứng nhận FDA. Sau khi được FDA chứng nhận, chức năng phát hiện huyết áp liên tục của dòng Galaxy Watch của Samsung sẽ chính thức ra mắt tại Mỹ. Hiện tại, độ chính xác của PPG để đo huyết áp vẫn kém hơn so với các phương pháp đo huyết áp truyền thống, nhưng với sự tích lũy dữ liệu, các chuyên gia tin rằng nhiều thiết bị chính xác hơn sẽ được giới thiệu trong tương lai.

Về chip, các chuyên ra cho biết, xu hướng quan trọng của dòng chip PPG là tăng khả năng tích hợp. Ví dụ: LED và PD và giao diện người dùng tương tự (AFE) để xử lý tín hiệu tiếp theo được tích hợp trên cùng một chip, do đó đạt được kích thước nhỏ hơn và chi phí thấp hơn. Đặc biệt khi các thiết bị đeo tai nghe tiếp tục được quan tâm, nhiều nhà sản xuất đã nghiên cứu việc tích hợp PPG vào tai nghe thông minh (chẳng hạn như chip liên quan được Samsung phát hành trong ISSCC 2021), do đó mở rộng hơn nữa thị trường cho PPG để đo tín hiệu sinh lý.

Yêu cầu để tích hợp vào tai nghe là âm lượng mô-đun phải đủ nhỏ, vì vậy tích hợp cao hơn sẽ là một hướng phát triển quan trọng trong lĩnh vực PPG. Hướng khác là làm thế nào để giảm tiêu thụ điện năng hơn nữa, vì mục tiêu phát hiện tín hiệu sinh lý trong tương lai thường là giám sát liên tục, có nghĩa là mức tiêu thụ năng lượng của mỗi phép đo phải đủ nhỏ để đảm bảo rằng việc phát hiện tín hiệu sinh lý đó sẽ không ảnh hưởng đến tuổi thọ pin. Điều này cũng có nghĩa là tối ưu hóa hơn nữa mạch đầu cuối tương tự.

Đối với bệnh nhân đái tháo đường, theo dõi đường huyết là một phần quan trọng trong quản lý sức khỏe, nhưng theo dõi đường huyết xâm lấn truyền thống gây nhiều phiền toái hơn cho bệnh nhân và khó đạt được theo dõi thời gian thực, do đó, nếu theo dõi đường huyết thời gian thực không xâm lấn có thể được phổ biến, công nghệ này sẽ là một bước đột phá mang tính cách mạng trong việc quản lý sức khỏe bệnh nhân đái tháo đường.

Ảnh minh họa.

Không giống như theo dõi huyết áp dựa trên công nghệ PPG trưởng thành, cách phát hiện đường huyết không xâm lấn có triển vọng nhất trong các thiết bị đeo được là IR Spectroscopy dựa trên công nghệ dải tần hồng ngoại. Công nghệ này quét các sóng ánh sáng trong dải tần hồng ngoại, phán đoán nồng độ glucose trong máu dựa trên sự hấp thụ các sóng ánh sáng ở các dải tần khác nhau. Nguyên tắc là các đặc điểm phân tử của đường trong máu người xác định rằng nó thường có một số đỉnh cộng hưởng, do đó, lượng đường trong máu có thể được ước tính bằng cách đọc các đặc điểm phổ trong dải tần số liên quan.

Về mặt kỹ thuật, máy đo phổ hồng ngoại cần quét nhiều điểm tần số hơn PPG. Ngoài ra, các tín hiệu đọc ra là tín hiệu miền tần số thay vì tín hiệu dội lại miền thời gian PPG, do đó, về mặt kỹ thuật sẽ khó hơn PPG. Đặc biệt, khi máy quang phổ hồng ngoại được tích hợp vào một thiết bị đeo được, cần phải nhận một nguồn sáng thu nhỏ và một PD có độ nhạy tốt trong dải tần. Đây là một thách thức đáng kể đối với việc thiết kế mô-đun quang học. Đây cũng là lý do quan trọng tại sao Rockley coi máy phân tích phổ của mình là sản phẩm hàng đầu trong công bố thông tin đầu tư của mình.

Ngoài việc sử dụng công nghệ quang phổ hồng ngoại, một hướng kỹ thuật khả thi khác là sử dụng công nghệ sóng milimet. Tương tự như dải tần hồng ngoại, có một số đỉnh hấp thụ đường trong máu ở dải tần số sóng milimet, vì vậy có thể đạt được các chức năng tương tự bằng cách di chuyển mạch và chip của máy phân tích phổ sang dải tần số sóng milimet. Ưu điểm chính của dải tần sóng milimet là chi phí có thể thấp hơn nhưng độ chính xác đo của nó thấp hơn so với dải tần hồng ngoại.

Như đã đề cập trước đó, việc phát hiện tín hiệu sinh lý quan trọng như huyết áp và đường huyết sẽ trở thành một tính năng quan trọng của thiết bị đeo được và khiến thị trường chip liên quan sẽ trở nên hấp dẫn hơn.

Đo huyết áp sẽ trở thành điểm nhấn quan trọng của công nghệ và chip PPG. Khi công nghệ PPG ngày càng trở nên hoàn thiện, các chuyên gia có niềm tin rằng tính năng phát hiện huyết áp sẽ nhanh chóng lan rộng đến các thiết bị đeo được và các nhà cung cấp chip và mô-đun liên quan sẽ cải thiện hơn nữa việc tích hợp, chi phí, tiêu thụ điện năng, độ nhạy và các chỉ số khác để đáp ứng các yêu cầu khác nhau. Có thể nói, trong tương lai, tính năng phát hiện nhịp tim, oxy trong máu và huyết áp bằng công nghệ PPG sẽ trở thành tiêu chuẩn cho các thiết bị đeo.

Phát hiện đường huyết dựa trên công nghệ quang phổ được nhắm mục tiêu nhiều hơn. Đối với bệnh nhân tiểu đường, yêu cầu về độ chính xác trong quá trình theo dõi đường huyết cao và ngưỡng của công nghệ này cũng cao nên hướng phát triển thị trường khả dĩ nhất là thị trường chuyên dụng có giá trị gia tăng cao. Trong tình hình thị trường cạnh tranh như vậy, có thể một hoặc hai nhà sản xuất chip với các công nghệ độc quyền sẽ chiếm phần lớn lợi nhuận của thị trường.

Tùy Ý