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方舟腕宝方舟腕宝 全球首创的生理参数实时无扰连续手腕处检测 云端分析响应存贮的软硬件系统 清华大学生命方舟团队 二一四年五月 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 1 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 2 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 3 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 4 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 5 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 6 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 7 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 8 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 9 清华大学生命方舟团队专利申请情况清单（2014 年 5 月 30 日）产品整体系统专利：一种生理参数测量系统 201410048040.3 已进入公审 申请公布号 CN 103799983 A 一种用于健康监护的腕式装置 201410048040.3 已通过初审 硬件算法专利：基于图像识别的生理检测参数的记录方法及系统 201410048045.6 已进入公审申请公布号 CN 103799997 A 一种脉搏波形第一特征点和第二特征点的提取方法 201410136494.6 已通过初审 一种对脉搏波信号进行处理的方法 201410131259.X 已通过初审 医学专利：一种测量血氧饱和度的方法以及便携式设备 201410168663.4 已提交 血压测量方法以及用于实现该方法的嵌入式装置 201410163425.4 已提交 血压测量方法以及用于实现该方法的嵌入式装置 201410199377.X 已提交 基于生理参数的健康监控方法及系统 201410100439.1 已提交 一种测量血糖浓度的方法及便携式设备 210410190992.9 已提交 结构框架专利：基于弹性表带的嵌入式电路信号传输装置 正在转写专利格式 生理参数智能调控的摄像开启与相应硬件 正在转写专利格式 传感器智能调控的摄像开启与相应硬件 正在转写专利格式 适于人体血管的光电信号自动接收装置 正在转写专利格式 人体手腕位置弹性表带链接的生理参数检测装置 正在转写专利格式 手腕处人体测量与显示装置独立供电系统 正在转写专利格式 手腕处测量与显示模块光电式信息传递装置 正在转写专利格式 外观专利申请：智能腕带 201430032128.7 已提交 生理参数测量设备 201430059737.1 已提交 腕式生理参数测量设备 201430059720.6 已提交 智能腕式设备 201430059586.X 已提交 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 10 智能腕式设备 201430059768.7 已提交 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 11 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 12 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 13 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 14 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 15 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 16 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 17 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 18 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 19 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 20 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 21 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 22 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 23 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 24 目录目录 第一章 执行总结.27 1.1 公司简况.27 1.2 技术与产品.27 1.3 市场.29 1.4 组织与管理.30 1.5 核心竞争力.30 1.6 投资与财务.31 1.7 社会效益.31 1.8 企业发展计划.32 第二章 公司和产品.33 2.1 公司简介.33 2.2 项目背景.33 2.3 产品概述.34 2.4 产品原理与结构.37 2.5 产品优势.43 2.6 产品开发前景.46 2.6.1 项目技术发展现状.46 2.6.2 项目进一步开发内容.47 2.6.3 产品开发策略.48 第三章 市场分析.49 3.1 电子行业.49 3.2 宏观环境分析（PEST 分析模型）.51 3.3 全球可穿戴设备行业分析.54 3.4 中国可穿戴设备市场分析.62 3.5 SWOT 分析.63 3.3.1 Strength:.63 3.3.2 Weakness.64 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 25 3.3.3 Oppportunity.65 3.3.4 Threaten.65 第四章 市场营销.67 4.1 商业模式.67 4.2 产品使用场景.67 4.3 竞争分析.68 4.3.1 竞争分类.68 4.3.2 主要竞争者.69 4.3.3 竞争优势.70 4.4 营销模式.71 4.5 营销策略及渠道.72 4.6 盈利模式.73 第五章 组织管理.74 5.1 公司类型.74 5.2 公司股东及董事会结构.74 5.2 公司管理组织结构.77 5.2.1 公司初期阶段的管理组织架构.77 5.2.2 公司未来的管理组织架构.80 5.3 公司人力资源管理.80 5.3.1 人力资源管理理念.80 5.3.2 人才保障体系.80 5.4 企业文化.87 5.4.1 企业愿景.87 5.4.2 团队精神.87 第六章 财务与投资.89 6.1 资金使用.89 6.2 财务预计.89 6.3 账务状况分析.90 6.4 投资可行性分析.92 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 26 第七章 生产运营.93 7.1 地方选择.93 7.2 工厂选择.94 7.3 生产组织架构.97 7.4 生产车间.97 7.5 生产流程.101 第八章 风险分析.102 8.1 环境风险.102 8.1.1 政策风险及防范.102 8.1.2 税收法规变动的风险及防范.102 8.1.3 金融危机带来的风险及防范.103 8.1.4 利率变化风险及防范.103 8.2 产品自身风险.103 8.2.1 技术落后风险.103 8.2.2 成本控制风险.103 8.2.4 竞争风险.104 8.3 公司自身风险.105 8.3.1 财务风险.105 8.3.2 管理风险.105 第九章 风险资本进入与退出.107 9.1 风险资本进入.107 9.2 退出方式.107 9.3 撤出时间.108 第十章 附录.109 10.1 公司营业执照.109 10.2 公司税务登记证.111 10.3 公司组织机构代码证.112 10.4 已通过初审的专利证明.113 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 27 第一章第一章 执行总结执行总结 1.1 公司简况公司简况 北京上下左右科技有限公司成立于 2014 年 3 月，地处北京市海淀区清华科技园。是一家正在蓬勃发展的健康产品与新型信息服务公司。我们围绕客户的需求不断创新，专注于人体健康监测设备开发和医疗信息服务。公司组织结构完善，依托清华大学科研与人力资源，集强大的研发与运营实力于一体。北京上下左右科技有限公司前身是清华大学“生命方舟”创业团队。“生命方舟”是一支充满活力而高效的青年创业团队。团队于 2013 年 4 月在清华 x-lab（x-空间清华大学创意创新创业教育平台）的支持下成立，汇聚了来自清华大学电子系、计算机系、美术学院、医学院等不同院系的三十多名博士生、硕士生和部分高年级本科同学。在校内外多位企业家、教授等专业创业导师的有力指导下，团队秉承严谨、勤奋、求实、创新的理念，实现快速健康发展。北京上下左右科技有限公司以提高人们健康水平和生活品质为愿景，以倡导家庭关爱与健康生活为使命，运用信息与医疗领域专业知识，消除数字鸿沟，使人人能够享受科技产品服务下的健康生活。公司的首款可穿戴人体健康监测产品“方舟腕宝”，是全球首款实时、无扰、连续生理参数手腕检测-云端分析系统。公司将以“方舟腕宝”产品为核心，开发差异化健康监测产品，以满足更多消费者的需求。同时，我们正致力于将公司服务拓展至多元健康管理领域，提供健康咨询、医疗辅助救治，家庭社交等服务，力求打造一个倡导家庭和睦、增进家人沟通、关爱家人健康的充满爱的家庭生态圈。1.2 技术与产品技术与产品 方舟腕宝是全球首款实时、无扰、连续生理参数手腕检测-云端分析系统。这是一款腕带式人体健康监测设备，通过国际领先的、拥有自主知识产权的光电式人体生理参数监测技术，实现全天候对人体脉搏、血压、血氧、血糖等生理参数的监测。同时，监测到的各种生理数据将被实时上传到云端服务器，通过数据 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 28 收集和分析，提供人体健康方面的预警和辅助救助。通过手机和电脑可以得到实时和历史健康状况，并在发生危险前及时获得预警；数据存储与分析也会提供健康指导。目前已完成硬件开发,第一批硬件产品 5 月内生产；网站与 app 也已完成开发。产品与服务示意图 团队拥有 17 项已过初审或申请中的发明专利,5 项外观专利，37 件申请商标与软件著作权。脉搏波形分析，光电式血压测量与反射式血氧测量均属世界独有技术；无创测定血糖也在研发中，预期今年 6 月完成。我们采用清华大学自主研制的高精传感器进行参数测量，采用普林斯顿大学健康分析算法推断人体的健康状况，采用自适应压缩编码技术缩小数据规模，采用非对称加密技术实现数据的安全传输。方舟腕宝具有以下特色：1.国际领先的监测精确度，身体病变提前知。国际领先的监测精确度，身体病变提前知。“方舟腕宝”应用国际领先的光电式人体生理参数监测技术，对脉搏、血压的测量精度高达 100%。同时，通过实时分析脉脉波形、血压数据，能够及时预测心血管可能的病变，并对健康 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 29 突发状况提供预警。2.稳定的云端数据分析，全方位健康监测。稳定的云端数据分析，全方位健康监测。“方舟腕宝”致力于打造世界一流的智慧医疗平台。采用云技术，全方位对用户健康数据进行记录和分析。从出生一直到生命终结，连续的健康数据记录已成为可能。3.实时的数据分享互动，打造新型家庭社交。实时的数据分享互动，打造新型家庭社交。“方舟腕宝”配合手机 App，实现家人，亲友之间健康数据互动，实现把亲人的健康随时系在身边。打造新型家庭社交模式，促进家庭和谐美满。4.绝对安全的材料标准，舒适的佩戴设计。绝对安全的材料标准，舒适的佩戴设计。腕带采用对人体无毒无害的安全硅胶材质，表链经特殊设计，可调节松紧，佩带安全而舒适。5.超强的续航能力，二十四小时实时监测。超强的续航能力，二十四小时实时监测。产品不同部位共安装两块 600mAh非膨胀凝胶聚合物电池，续航能力达到 5 天以上。用户将远离频繁充电的烦恼。6.严格的数据加密处理，绝对的隐私保障。严格的数据加密处理，绝对的隐私保障。用户的健康监测数据在传输过程中经过加密处理，数据分析由后台程序自动完成，在用户无授权前提下，任何人员无权查看。1.3 市场市场 公司产品的市场规模即健康物联网智慧医疗服务平台的规模。方舟腕宝系统可以服务的人群；中国 3 亿，世界 13 亿。2012 年 5 月 23 日，北京心律失常联盟主席杨新春表示，中国每年发生心脏性猝死的人数就高达 54.4万人之多。目前，中国有高血压心脑血管疾病的患者 2 亿多人，全世界有 10 多亿。这构成了“方舟腕宝”智慧医疗服务平台庞大的潜在市场。市场规模；中国 1000 亿，全世界 4000 亿（注释：货币为人民币，5 年累计规模）。年服务费；中国 22 亿，全世界 100 亿（注释：货币为人民币，按 2%中国600 万患者会员规模计）。服务人群 设备市场(RMB)年服务费(RMB)清华大学生命方舟团队 方舟万宝 30 中国 3 亿 1,000 亿 22 亿 世界 13 亿 4,000 亿 100 亿 表 1.1 市场定位和规模 1.4 组织与管理组织与管理 公司采用有限责任公司形式，因其机构相对简单、管理灵活、受限小，适合于新建立的企业。初期，公司业务较少，为节约成本，我们采取直线型结构，实行总经理负责制，总经理下设若干部门，各设总监一名；后期，随着业务量的不断增加，公司将不断扩大规模，最终发展为网形结构。清华作为技术主要研发负责人将出任公司董事长兼技术总监；清华作为创业重要营运人，将出任公司总经理，由于其具有机械方面的专业知识以及丰富的销售经验，将主要负责公司的生产与销售；清华作为创业主要营运人将出任公司财务总监，清华出自于工商管理擅长市场营销方面，将出任公司的营销总监，清华的专业为国际经济贸易，擅长把握市场局势，将出任公司的市场总监，擅长人员管理的清华出任公司人力资源总监。1.5 核心竞争力核心竞争力 技术:我们的技术已申请 17 项发明专利，5 项外观专利，在技术上具有了独创性，拥有了自主知识产权。另外，在与安贞医院医生开展合作及试用中，我们的产品获得一致好评，具有技术的现实可行性。团队:我们拥有核心团队成员 8 人，4 名博士，4 名硕士。均具有相应的管理经验和水平，能够保证团队的健康运营。我们所有团队成员共计 33 人，依托清华大学 x 空间以及各院系老师的支持，该团队将致力于开发，完善技术，做到技术的实时更新，以保证公司持续的竞争力。清华大学生命方舟团队 方舟万宝 31 1.6 投资与财务投资与财务 投资规模 公司已实际获投资 150 万，投资人占 10%股权，团队占 90%。财务预计 北京上下左右科技有限公司五年预计销售收入分别为 5000.00 万元，10000 万元，20000 万元；五年的税后净利为 2270.00 万元，4540.00 万元，11050.00 万元。投资回报 公司该项目的投资回收期为 1 年，即可在 2014 年后期就收回投资，投资风险较小。1.7 社会效益社会效益 联动生命，传承亲情 目前，我国有 2 亿 60 岁以上老人。其中，中国城市老年人“空巢家庭”比例超过百分之五十。而每年直接遭受病痛的人数是 2 亿 5 千万人，每天因为未能获得及时救助而死亡的人数是 500 到 1000 人。更健康、更美好 我们的产品以关爱老年人、关爱弱势群体，服务消费者为宗旨，具有明显的社会效益。作为新时代的大学生的我们利用所学的知识去解决生活中的实际问题，使人们的生活更健康、更美好，这是当代大学生勇于承担社会责任的表现，容易得到公众和政府的认可和支持。该产品的推广将有利于促进医疗器械行业新一轮的技术更新，从而带动整个产业的创新。作为一家研发公司，公司的最根本的使命就是不断地将科学技术转化为生产力，从而为社会、为国家创造经济效益。近年来，金融危机的爆发使我国的就业形势更加严峻，就业压力空前加大。公司的创立不仅能解决创业团队的就业问题，还能通过录用员工等形式解决相当一部分下岗工人的就业问题，对社会的安定与 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 32 发展有着极大的促进作用。1.8 企业发展计划企业发展计划 我们已推出第一版本的硬件产品，其中功能包括：脉搏、血氧和摔倒的监测数据收集；同时推出并搭建简单的云平台服务，在此平台上对用户和相关数据信息进行管理、分享和基本分析；在 2014 年底发展测试用户 50000 人，并在 2-3年内取得一种硬件设备的医疗许可。在 2015-2016 年期间，预定推出 3 个版本的硬件设备，满足不同定位市场的需求，进一步抢占细分市场；同时完善云平台功能，实现更多的分析和预警服务；免费云平台用户 100,000 人以上，硬件成本由于规模化生产，实现大幅度下降；并吸引 1000 名左右保健医师、医生等人关注此产品及平台服务，在医疗健康界内形成一定的口碑和影响力。在 2017 年及以后，推出可以支持其他可穿戴设备的云平台接口，基本硬件版本实现免费赠送，附带云收费平台服务，获得收费会员 3000 人以上；吸引 5家以上流行的可穿戴设备接入平台，提供一个巨大的健康信息数据集算中心，并实现免费会员 800,000 人以上，实现在线医生、保健师注册用户 5000 人。可以看出，创业项目为企业发展提供了最基本的硬件及软件技术支持，盈利及网络平台的展开和搭建均由此展开。清华大学生命方舟团队 方舟万宝 33 第二章第二章 公司和产品公司和产品 2.1 公司简介公司简介 公司名称：北京上下左右科技有限公司 公司性质：有限责任公司（自然人投资或控股）注册资本：100 万元人民币 成立日期：2014 年 3 月 4 日 经营范围：技术开发、技术推广、技术转让、技术咨询、技术服务；承办展览展示活动；企业策划；设计、代理、发布广告；会议服务；维修办公设备；维修仪器仪表；货物进出口、技术进出口、代理进出口；销售电子产品、电子元器件、仪器仪表、计算机、软件及辅助设备、通讯设备。登记机关：北京市工商行政管理局海淀分局。公司信念：联动生命，传承亲情。2.2 项目背景项目背景 从需求方面看，我国人口老龄化造成医疗需求的急剧增长；慢性病发病人数快速上升，我国已经进入慢性病的高负担期，具有“患病人数多、医疗成本高、患病时间长、服务需求大”的特点。而从供给方面看，我国医疗资源供给严重短缺。供需缺口的存在，给可穿戴智能医疗设备提供了广阔的发展空间。它能够协助患者进行经过科学设计的个性化健康管理，通过检查指标来纠正功能性病理状态，中断病理改变过程。合理的慢性疾病管理，能够避免看急诊和住院治疗，减少就医次数。带来的费用和人力成本节约。在全球范围内针对移动医疗服务效果的临床研究显示，出院后的远程监护可将病人的全部医疗费用降低 42%，延长看医生的时间间隔 71%，降低住院时间的 35%等。由于慢性病远程监护可降低总体医疗费用，具有明显的经济学优势，我国政府对于移动医疗持明确的支持态度。相关的国家部委出台了系列文件和政策来鼓励、支持移动医疗的发展。工业与信息化部、科技部等分别将个人医疗监护、远程诊断等列入了“十二五”规划的发展重点，并且提供相应的资金资助。卫生部也 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 34 发起和赞助了一些合作医疗服务示范工程内的移动医疗示范项目，包括病例记录、疾病数据和健康质量监控等移动医疗解决方案。美国的 CardioNet 公司已在可穿戴医疗设备领域做出了成功的典范。据可获数据，目前其可穿戴设备 MCOT 已经服务于 20 万以上的心脏病患者，2012 年实现年收入 1.1 亿美元。相比之下，中国的可穿戴设备还处于运动健身的层面，在可穿戴医疗设备领域，还没有出现相对知名的产品和品牌。本项目的可穿戴医疗设备主要以“可穿戴健康监测设备+手机软件+云数据存储+服务”的方式传递客户价值。从产品角度来讲，除了血压、脉搏、血氧等体征的实时监测之外，还实现了设备的可穿戴和数据无线传输，为实现电子医疗档案、远程监护、健康咨询等增值服务提供了可能。此外，基于云平台的开发，我们不仅可以长期储存用户上传的数据，在用户授权后，更可以进一步数据挖掘和信息推送，实现防摔倒、异常情况提醒、数据分享等功能。通过对市场与可穿戴医疗设备及服务现状的分析，我们认为，本团队具备可穿戴医疗设备研制技术基础和实验能力。在与这一新兴细分市场的诸多团队和企业的竞争中，市场会给我们充足的时间和机会，我们会充分发挥清华大学的前沿技术优势，利用高校特有的产业融资便利条件，各部委对物联网、移动医疗等行业的明确支持以及对高新产业创业的优惠政策，先行先试，尽快开发出高精确度、高舒适度、高服务便利性的可穿戴医疗设备，尽快抢占更多的用户。当前，国家大力鼓励科学技术自主创新和医疗器械生产，为本公司产品的研发和生产提供了良好的政策支持和保障。2.3 产品概述产品概述.本公司推出的全球首创生理参数实时、无扰、连续手腕处检测及云端分析系统“方舟腕宝”，拥有已审报的发明专利共 9 项，外观专利共 5 项：9 项发明专利分别是（前 5 项已通过初审）：1一种生理参数测量系统。中国专利申请号:201410048040.3 2.一种用于健康监护的腕式装置。中国专利申请号:201410048040.3 3.一种脉搏波形第一特征点和第二特征点的提取方法。中国专利申请 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 35 号:201410136494.6 4.一种对脉搏波信号进行处理的方法。中国专利申请号:201410131259.X 5.基于图像识别的生理检测参数的记录方法及系统。中国专利申请号:201410048045.6 6.血压测量方法以及用于实现该方法的嵌入式装置。中国专利申请号:201410163425.4 7.一 种测 量 血氧 饱和 度 的方 法 以及 便携 式 设备。中国 专利 申 请号:201410168663.4 8.基于生理参数的健康监控方法及系统。中国专利申请号:201410100439.1 9.一种测量血糖浓度的方法及便携式设备。中国专利申请号:5 项外观专利分别是：10.智能腕带。中国专利申请号:201430032128.7 11.生理参数测量设备。中国专利申请号:201430059737.1 12.腕式生理参数测量设备。中国专利申请号:201430059720.6 13.智能腕式设备。中国专利申请号:201430059586.X 14.智能腕式设备。中国专利申请号:201430059768.7 除去已提交的专利外，向阳以及其团队正在进行撰写的发明专利尚有 8 项，分别是：15.基于弹性表带的嵌入式电路信号传输装置 16.生理参数智能调控的摄像开启与相应硬件 17.传感器智能调控的摄像开启与相应硬件 18.适于人体血管的光电信号自动接收装置 19.人体手腕位置弹性表带链接的生理参数检测装置 20.手腕处人体测量与显示装置独立供电系统 21.手腕处测量与显示模块光电式信息传递装置 22.光电式双波长血压自动切换测量方法以及其装置 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 36 目前，团队已申请的商标包含公司名称“上下左右”与“UDRL”，产品名称“方舟腕宝”，“ArkBand”与“ABand”，图案商标：共计 5 大类别 37 项。另外，团队的 app 端已申请了软件著作权，申请号为 2014R1IL050455 目前该市场已经启动，潜在的市场容量达 1000 亿元以上，具备核心技术优势和市场优势的企业将会从中受益。本系统的成功研制，抢得市场先机，产生巨大的社会和经济效益，引领行业潮流。图 2-1 整套系统图 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 37 图 2-2 系统单机图 2.4 产品原理与结构产品原理与结构 项目所依据的技术原理：本项目团队具备健康类互联网产品的研发经验，具有专业的电子、自动化、软件、数据库、嵌入式设计、医学和设计人才。已成功研发能实时无扰连续的检测人体心率，血压，血氧，脉搏波形和人体姿态的手腕处硬件产品，无创血糖技术正在开发中。其主要技术包括光电式实时无扰连续的生理参数检测与传感器算法、数据的压缩算法与存储、报警系统与健康分析系统，其主要原理如下：1.生理参数检测与传感器算法原理：本项目采用清华大学自主研发的智能传感器及相应算法，通过光学传感器的反射原理，感知流过人体手腕处桡动脉血液流动的幅度和大小，血红蛋白的氧合状态与血液对血管壁的侧压力，通过数据的转换和滤波后，从而推断出人体的心率，血压，血氧以及脉搏波形 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 38 等生理参数；通过加速传感器，感知人体当前所处的姿态；通过压力传感器、温压传感器等，可以智能判断手环的佩戴状态。在数据采集的过程中，经常会因为外部环境的干扰而出现“噪音”，进而影响测量的精度。我们使用基于差分的噪声抑制算法，在传感器端对噪音进行过滤，提高测量的精度。2.数据的压缩算法与存储：与传统医学监测数据不同，本项目会接收到大量实 时连续的监测数据。本项目为获得良好的可扩展性，将对监测数据进行压缩并高效存储。首先根据医学数据的大部分时间内比较稳定，小幅波动的现象，我们设计了适合医学数据的基于元数据的删冗算法，压缩后的数据量大小只压缩前的十分之一左右。其次，由于本项目采集的数据是实时采集，根据时间进行排列，采用传统的数据库，可能会使得查找、分析的效率不太高，此处为了提高存储分析效率，我们利用现有开源的时间序列数据库进行改造，使得其能更好地适应我们的项目。3.健康状态的检测与预测算法：本项目基于数据的分析处理算法，对健康状态 进行检测和预测。对于健康状态检检测针对每种健康状态（例如疾病），都存在明显的特征值，例如心率失常的时候可以在脉搏波形中发现明显的不规律波形，利用这些特征值，我们可以检测人体的健康状态，并定期给出相应的健康建议。对于健康状态的预测，我们利用基于机器学习的预测模型，基于用户现有的体征数值，预测用户下个时刻的体征数值，并进一步推断下个时刻的健康状态。而对于突发情况，如心率突然加速或血氧降低，我们将通过手腕处硬件设备直接电话求救，如附近的医院，佩带者的亲人等。项目创新点为：1.光电式手腕处反射血氧测量；2.光电式脉搏波形获取与医疗分析；3.兼容市面上生理参数数据录入的软件端；4.实时大数据传输技术；5.大规模健康数据分析算法；6.安全的数据传输机制。7.光电式无扰连续血压测量；清华大学生命方舟团队 方舟万宝 39 互 互 互 15:00200201100蓝 蓝101蓝 蓝202300 方舟腕宝系统示意图 整个方舟腕宝系统提供了一种生理参数测量系统，该系统包括便携式测量设 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 40 备、联网终端设备和服务器，其中：便携式测量设备包括光发射和接收模块、处理模块和短距离无线通信模块。光发射和接收模块：用于向被测量对象的体表皮肤发送至少一种波长的测量光，以及接收所述测量光的反射光。处理模块：用于对所述反射光进行处理以得到所述被测量对象的生理参数。短距离无线通信模块：用于将所述生理参数通过短距离无线通信的方式发送至所述联网终端设备。联网终端设备包括转发模块：用于接收所述生理参数，并通过无线互联网将所述生理参数发送至所述服务器。数模转换单元：用于将所述反射光的信号转换为数字信号；所述单片机单元，用于根据所述数字信号生成所述生理参数。光发射和接收模块是 NJL 清华清华 R 芯片。至少一种波长的测量光包括红光和/或红外光。红光的波长的范围是 660nm 3nm，所述红外光的波长的范围是940nm 10nm，或所述红外光的波长是 9600nm。便携式测量设备还包括显示模块，用于显示所述生理参数。便携式测量设备还包括有线传输模块，用于通过有线通信的方式将所述生理参数发送至外部设备。有线传输模块包括 mini USB 传输组件。外部设备包括个人电脑、智能手机、平板电脑或智能 PDA。便携式测量设备还包括运动状态测量模块，用于测量所述被测量对象的运动状态。运动状态测量模块包括加速度传感器和/或速度传感器。生理参数包括脉搏参数、血压参数、血糖参数、血氧饱和度参数中任一或其组合。短距离无线通信模块包括蓝牙组件。便携式测量设备具有腕式佩戴结构，该便携式测量设备包括的所有模块集成在该腕式佩戴结构上。联网终端设备还包括图形化模块，用于对所述生理参数进行计算机图形化处理，以生成所述被测量对象在预定时期内的生理参数示意图。生理参数示意图包括脉搏波形示意图、血压变化示意图、血糖变化示意图、血氧饱和度变化示意图中任一或其组合。无线互联网包括 3G、4G、Wi-Fi 和 GPRS 中任一或其组合。该系统中，联网终端设备是智能手机、智能 PDA、平板电脑或手持式嵌入式智能设备。清华大学生命方舟团队 方舟万宝 41 移动终端图形化模块 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 42 一方面，本产品所提供的生理参数测量系统中包括的便携式测量设备利用光反射法获得被测量对象的生理参数，该便携式测量设备仅集成光电传感器即可满足测量需求，因此该便携式测量设备的生产成本和体积可进行控制，其具有功耗低、易于随身佩戴等优点；另一方面，本发明所提供的生理参数测量系统中包括的便携式测量设备将测量得到的生理参数通过短距离无线通信的方式发送至联网终端设备，该联网终端设备通过无线互联网将所述生理参数发送至服务器，其中短距离无线通信的功耗较低，因此所述便携式测量设备无需配备大功率的电源，另外所述服务器存储了所述生理参数便于对该生理参数进行备份存储以及后续分析，因此本发明提供的生理参数测量系统相比现有技术中出现的产品其应用范围更为广泛。主要技术与性能指标 1.传感器技术：传感器用来采集用户的体征数值并通过蓝牙或 WiFi 传输到用户手机。传感器采集的体征信息包括：心率，血压，血氧，脉搏波形和身体姿态。后期还可能加入血糖，体温等监测功能。传感器的性能指标如下：心率测量误差 0.1%血压（收缩压与舒张压）测量误差 5%血氧测量误差 2%摔倒误报率 5%数据采集间隔 1s-2s，可设 2.数据传输技术：在传感器端，通过基于元数据的方法对数据进行压缩，同时 使用 SHA1 算法对数据进行加密；在手机与云端，通过 SSL 协议加密数据，保证数据的安全性。数据传输的性能指标如下：数据压缩率 75%用户月流量（7*24 小时不间断）50M 3.手机 APP：手机 APP 用来接收并显示用户的实时/历史健康信息，提 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 43 供疾病 预警及其它免费/增值服务。手机 APP 的性能指标如下：软件操作成功率：99.99%软件系统可用率：99.99%软件系统告警准确率：100%软件系统平均故障间隔时间（MTBF）:20000h 软件历史数据、报表、日志存储时间：3 年 4.网站与云端服务器：云端服务器用来存放用户的历史数据，并进行复杂的数据挖掘与分析工作。云端服务器的性能指标如下：70%操作 1 秒、25%操作 3 秒、5%操作 10 秒 2.5 产品优势产品优势 1.实时无扰连续测量创新：传统袖口血压计、脉搏计一般需要束缚人体的手臂进行充气，阻断血流，从而利用相关声学等原理进行检测，但此种方法不能长时间，连续的测量，否则会导致人体产生麻木的感觉。而市面已有的血氧测量方法采取指尖式投射测量，同样不能长时间使用，否则会导致指尖循环不畅，并影响手部活动。方舟腕宝产品利用光电式反射原理，对人体皮肤表面之下桡动脉血液流动情况进行检测，在不对人体产生任何干扰的情况下，可以二十四小时实时连续无间断地测量，对于某些突发性疾病，或者经常性发作的疾病，可以有较好的效果。目前硬件产品的精度可以达到很高的精度，测量结果如下图。可以看出，精准度已经非常高。血氧的测量同样可在图中看出。清华大学生命方舟团队 方舟万宝 44 2.医学分析与预警创新：由于 1 中的技术，佩带者可以获取完整的，连续的生理参数，如脉搏波形与血压变移率。在医院，脉搏波形的获取需要从桡动脉微创手术，支付昂贵的费用方可获得精准的波形。而波形中的达峰时间等参数对于医生诊断至关重要。下图左侧为标准波形，而右侧三幅图则为硬件实际测量用户波形，三人分别患有末梢循环不畅，动脉硬化与窦性早搏的问题，检测结果也与医院诊断完全吻合。清华大学生命方舟团队 方舟万宝 45 另一方面，由于我们可以完整的连续获取血压，血压变移率的计算变成了可能，用户不需要再佩戴医院昂贵的，难以获取的沉重的仪器来 24h 检测血压的变化情况。昼夜血压比值，瞬时血压变移率与运动状态血压方差都是医生们非常想获取而又难以获取的数据。佩戴生命方舟团队的硬件设备后，这些数据可以实时显示在腕表，手机与网页端。3.智能感知创新：现有一些手环类产品（例如计步器等）也能检测一些初步的健康参数，但它们在感知层面存在很大的缺陷，甚至不能判断产品是否佩戴在人体上。与之相比，生命方舟产品利用压力传感器和温度传感器判断是否佩戴在人体之上，并且同时利用光学原理，判断佩戴的位置是否正确，实现真正的智能化感知。4.数据处理创新：在数据处理上，传统的电子健康档案仅仅停留在数据库的设计与使用上。针对生命方舟产品数据量大，更新频繁的特点，我们重新设计了其数据处理的流量。数据进入的时候，我们会有一个压缩的过程，在存储的时候，我们修改时间序列式的开源数据库，更加高效地存储和查找数据。在数据传输上，我们开发了多重加密认证算法，保障隐私数据的安全。在数据分析上，我们采用基于机器学习的数据挖掘算法，通过用户的历史健康信息识别用户当前的健康状况。清华大学生命方舟团队 方舟万宝 46 2.6 产品开发前景产品开发前景 2.6.1 项目技术发展现状项目技术发展现状 1.脉搏的无创连续测量技术：利用微血管发生相应的脉搏容积变化，通过光电反应的原理测量人体脉搏。美国 Mio 公司开发的 Alpha 脉搏测量手表可连续 测量人体脉搏，售价 199 美元。该产品操作简便、测量精度高，但是功能单一，不能满足健康分析、危险报警等复杂需求。2.血糖的无创连续监测技术：即利用汗液、唾液等人体渗出液，通过计算血 糖浓度与渗出液中葡糖糖浓度的相关性测量血糖。美国 Medtronic 公司最先推出 获得 FDA 批准的血糖实时连续监测系统（CGM）。该系统由可丢弃式连续血糖 检测探头、射频发射器和接收显示器组成。探头可通过细小金属丝贴在患者腹部，连续工作 3 天，每 10 秒对皮下间质液里的葡萄糖浓度进行测量，所得的信息通 过无线方式传到接收器上，接收器每 5 分钟对所得数据进行均值处理，然后将其 转换为血糖值储存下来。虽然实现了传感器的小型化和信息化，但是该类产品尚 无法做到随身携带、随时使用、连续测量。3.血氧的无创连续监测技术：通过红外线测量血氧饱和度。美国 SPO Medical 公司推出的“血氧手表”可在使用者睡眠过程中监视其血氧饱和度，降低睡眠窒息 症患者在夜间呼吸阻碍的危险。该产品尚未实现与外界的信息共享。4.血压的无创连续监测技术：1）通过桡动脉脉搏幅值来确定血压值。美国 Medwave 公司开发的 Vasotrac 腕式血压测量仪则是通过周期性地在桡动脉上加 压和减压来确定血管零负荷状态，并在该状态下通过脉搏波动的幅值中取得参数来确定血压值。该技术不能实现每搏连续测量，且需要专业人员辅导，并 在手腕处施加一定压力，因此便利性仍然不高。2）通过脉搏波传速来确定血压 值。此种传感器设计简单，成本较低，但准确度不高。综上所述，尽管市面上已经存在一些利用相关原理对脉搏、血糖、血压和血氧进行检测的设备，但其精度还不够高，使用不便，并且设备不够智能化，产品 的工业化设计尚不能完全满足用户的需求。同时，这些产品仅在国外销售，尚未 清华大学生命方舟团队 方舟万宝 47 进入中国市场。2.6.2 项目进一步开发内容项目进一步开发内容 1、传感器的实现及相应算法设计：对于在手腕上进行无扰式测量体征参数，我们采取的方法为将脉搏信号转换为光信号。脉搏波信号的频率范围是 040Hz，属于低频信号。通常我们要将这个信号放大一千倍进行测量，以高脉搏测量的分辨率。但放大的时候，通常也会将噪声同步放大，这时，怎么消除噪声就变得至关重要。在这里，噪声的来源分为以下几种，一种是人的运动产生的干拢，二是人的肌肉运动及其它因素产生的干拢。为了解决这些问题，需要利用多种手段，将噪声去除，取出有用的信号量。在这里，主要的技术指标为体征参数测量的误差。2、数据存储和分析设计：由于方舟腕宝系统属于实时监测系统，而且为了达到最好的分析效果，需要频繁得上传数据至手机端或者云端进行存储分析。在这里，数据量是十分巨大的，假设每一秒钟收集一次数据，那么一年就能收集上千万次的数据。假设有一千个用户，那么数据量将到到百亿次的规模。但是在这里需要注意到的是，健康数据里存在大量的冗余，比如脉搏数据经常在一段时间内会保持稳定。所以如何最大限度地消除数据冗余，以最大限度利用存储空间，减少企业成本，对项目来说至关重要。在此，主要的技术指标为数据压缩率。3、健康状态的检测和预测算法设计：健康数据是我们的一笔宝贵的财富，健康数据里面含有大量的信息，而且当数据量非常大的时候，从中取的信息将更多，更加精确。这里对检测和预测算法有两个要求，一是必须准确否则将会给用户错误的信息；二是必须高效，否则由于数据量过大，将造成计算时间过长。在这里，主要的技术指标为分析准确率，及给定数据量下的计算时间。清华大学生命方舟团队 方舟万宝 48 2.6.3 产品开发策略产品开发策略 在产品开发策略上，由于这一部分市场缺失，我们将采取领先型开发策略，并着重将技术研发与用户体验、用户需求相结合。目前医疗产品没有可穿戴设备，而市面上体育运动产品的精确度尚有不足，具有一定的商业可行性，是以我们将结合用户需求，研发高精度的、