寵物健康智能監測發展現狀

◆作者：何泫臻 范志聰 李孜 黃海濤 陳曉敏 陳糧秀 鄧百川 張玲娜

◆單位：華南農業大學動物科學學院

隨著人們生活水平的提高，越來越多的家庭開始飼養寵物，寵物市場經濟也隨之快速增長。與此同時，寵物在家庭中的分量也越來越重，大部分人會把寵物當作家庭成員之一，也有意向使用智能設備來保障寵物的生活質量和健康。據《2022 年中國寵物消費報告》顯示，2022 年中國城鎮寵物（犬貓）消費市場規模為2706 億元，較2021 年增長8.7%；與2021 年相比，寵物智能用品滲透率增加3.5 個百分點達到56.4%，呈現逐年上升趨勢，智能飲水機、智能攝像頭與智能投喂器的滲透率最高，其他品類例如智能貓砂盆、智能定位設備和智能健康監測設備等滲透率均有上升。產品的功能實用和性能穩定對消費決策的影響領先于其他因素，相較于2021 年，耐用性和性價比對消費決策的影響力有所上升（中國寵物行業白皮書,2022）。而根據寵物主數據畫像顯示，2022 年城鎮寵物（犬貓）主達到7043 萬人，較2021 年增長2.9%。但彼時的美國寵物市場規模已達到1236 億美元，超過我國寵物市場規模的三倍，可見在未來我國寵物行業仍存在巨大的發展空間與潛力（王兵,2023）。寵主消費觀念也在向著品質化、科學化發展。因此，在寵物健康領域，為了更好的照顧寵物，利用現代信息技術手段實現對寵物健康全面、精準、實時的監測和管理已成為當下一大熱點。智能監測的發展也將成為一種創新型的寵物飼養方式，為寵物行業提供更加科學、規范的飼養標準和管理方式，推動寵物行業向著更加健康、規范的方向發展。

本文將介紹寵物健康智能監測產品的原理、設備、監測指標和應用場景，探討寵物健康智能監測對于寵物主人和寵物健康的意義，并對未來的發展趨勢進行展望。

1 寵物健康智能監測產品現狀

目前，寵物健康智能監測已成為一個較為熱門的研究領域，國內外均有研究成果。例如美國瑞通寵物安全公司就推出了一系列智能設備，包括訓練系統、吠叫控制、健康與安全監控系列等產品等，可以監測寵物的運動、進食和心理狀態等方面的數據，并通過云端分析為主人提供相關的健康建議；此外荷蘭的皇家飛利浦以及日本的索尼公司都有關于寵物的穿戴監測設備與寵物行為遠程監控技術的研發。而在中國，也存在許多致力于高端寵物智能監測硬件設備的設計研發的公司，產品包含智能喂食器、智能寵物護理等。然而，總體來說國內智能監測領域仍發展較緩慢，在應用方面較為分散，市場上仍有較大發展空間。

1.1 寵物健康智能監測相關產品

寵物健康智能監測產品可按照監測指標分為三大類，即飲食及泌尿系統監測產品、運動及行為追蹤類產品和生理指標監測產品。這些產品可切實解決寵主的一部分需求，但現如今依然存在一定的弊端：

1.1.1 飲食及泌尿系統監測產品

飲食類智能產品一般分為，自動投喂器、自動飲水機和零食投喂器三類，一般多應用于家庭養寵和大型繁育場。自動投喂器常見品牌有霍曼（Real）、PetSafe、小佩（solo）、小米、多尼斯、鳥語花香等。常見自動投喂器品牌基礎功能對比見表1。

表1 常見自動投喂器品牌基礎功能對比

自動飲水機常用品牌有PetSafe 飲水器、Whycat 飲水機、霍曼飲水機、多尼斯飲水機等，常見自動飲水機品牌基礎功能對比見表2。智能零食投喂器較少，如Furbo，可對寵物進行抓拍，雙向對話，遠程控制投喂。

表2 常見自動飲水機品牌基礎功能對比

泌尿系統檢測產品現只有針對寵物貓的智能貓砂盆，多應用于家庭養寵。常見品牌有Pet-Safe、小佩全自動貓廁所、Catlink、鳥語花香等，常見智能貓砂盆品牌基礎功能對比見表3。

表3 常見智能貓砂盆品牌基礎功能對比

此類型智能產品均存在無法分辨個體的問題，多寵家庭無法準確記錄每個個體的飲食量、飲水量和如廁次數，無法辨別個體健康問題并對寵主進行預警。

1.1.2 運動及行為追蹤類產品

運動及行為追蹤類產品主要應用于監控寵物行為、活動量和實時定位。市面常見的有項圈式運動穿戴產品，多應用于家庭養寵，例如PetPace、PETBLE、Whistle、Actijoy、Invoxia、Vetrax和FitBark 可以收集寵物行為姿態監測寵物的特定行為如跑步、行走、抓取、跳躍，并實現實時位置跟蹤。此類產品易于寵主對寵物實時監測，但會存在寵物不適，撕扯，抓撓設備等現象。

監控攝像類產品，可應用于多種場景如家庭養寵、寵物店、繁育場、寵物運輸及動物醫院等，常見監控攝像類產品品牌有小米云臺、EBO 機器人和Eufy監控攝像頭等。以上產品都可以進行實時監控，但對于多寵家庭和多寵的場景無法分辨個體和實時截取異常行為對寵主進行預警。常見監控攝像類產品品牌基礎功能對比見表4。

表4 監控攝像類產品品牌基礎功能對比

1.1.3 生理指標監測產品

生理指標監測產品主要應用于家庭養寵和寵物醫院，作為寵物日常健康監測、體檢篩查、精準診斷、遠程監護、術前麻醉評估、手術監護及術后監測等。現有相關產品種類和品牌繁多，如Elansen 動物穿戴式心臟監測系統，監測心率，為寵物提供早期篩查和診斷；PetPace 智能穿戴項圈，收集動物的體溫、呼吸、脈搏和心率；Dinbeat 將心電圖診斷的過程數字化，實現術前報告或診斷功能；Actijoy 監測寵物活動量及睡眠模式，生成全天候健康監控報告；Invoxia，具有心臟健康掃描功能，監測狗的心臟健康和活動量。寵物健康智能監測產品現狀匯總見表5。

表5 寵物健康智能監測產品現狀匯總表

2 寵物健康智能監測研究現狀

寵物健康智能監測是指利用現代信息技術手段，對寵物的生理和行為等方面進行全面、精準、實時監測和診斷的一種新型管理方式。目前，它的研究技術手段包括傳感器技術、數據處理技術、移動應用程序技術、云計算技術等，通過嵌入到合適設備中，如智能項圈、飲水器、攝像機，對寵物的身體狀況、運動量、睡眠質量、飲食習慣等多個方面進行實時監測和數據采集，經分析和處理后，提取出對寵物健康有用的信息，并輸出相應的預警或建議，這項技術可以幫助主人更好地了解寵物的運動情況、飲食習慣、睡眠質量、心理狀態等，提高護理和喂養水平，保障寵物的身心健康。

2.1 寵物健康監測中的關鍵指標

寵物健康智能監測可通過監測寵物生理指標，將各項生理指標綜合起來評估寵物的健康狀態，除生理的相關指標外，寵物的泌尿健康、飲食以及行為方式都與其健康息息相關。寵物健康監測不只是針對未患病寵物進行日常監測，同時要更加注重患病寵物以及易患病寵物。根據世界動物衛生組織（World Organization for Animal Health, OIE）發布的寵物健康狀況標準，可將寵物分為三類，未患病寵物，指沒有明顯疾病癥狀的寵物，包括未感染任何病原體、未出現任何臨床癥狀的寵物以及痊愈后沒有任何不適的寵物；患病寵物，指患有某種疾病的寵物，包括已被正式診斷出患有某種疾病、出現了明顯癥狀的寵物、正在接受治療的寵物、或者已經治愈但仍有遺留問題的寵物；以及易患病寵物，指某些種類的寵物，由于其遺傳基因、生理特征、環境適應性等方面的原因，容易患上某種或某些疾病，這類寵物需要特別關注，加強預防措施，定期體檢等。

首先是未患病寵物，該類寵物健康狀況一般較好，按時接種疫苗，定期去寵物醫院體檢，一些寵物慢性疾病發現較為及時，并能有效應對。而一些外仿或急性疾病，如中毒、骨折或摔傷等，寵物健康智能監測產品對此類預防作用較少，更多依賴實時監控產品及時發現寵物動態及表觀狀況。故對于此類養寵用戶的寵物健康監測主要集中于日常基本的實時行為監控、排便量、飲食量、運動跟蹤和體溫。

針對患病寵物的健康監測，重點在于其營養狀況及日常生理參數指標的監測。其監測的關鍵健康指標主要集中在血氧、心率、呼吸頻率、體溫及運動量。呼吸頻率增加常見于發熱性疾病、心臟疾病、貧血、呼吸器官疾病及劇烈疼痛性疾病等。呼吸頻率降低臨床上比較少見，可見于某些腦病、尿毒癥等。呼吸次數顯著減少并伴有呼吸形式與節律的改變，常提示預后不良（常志偉,2012）。監測動物的血壓和心率對于生理學和藥理學研究非常重要。特別是在藥理學、毒理學和生理學實驗中，小動物給藥后心率和存活時間的變化是重要的研究指標（王智敏等，2012；張曉霞等，2009；Xinbiao 等，2012；韓冬等,2010）。

針對易患病寵物的健康監測，其主要在于對慢性病的持續監測以及基本生理健康監測。隨著寵物年齡增大，患慢性病概率也會增加，例如惡性腫瘤、心臟病、高血壓、糖尿病以及關節炎等（顧欣等, 2022），這都與寵物年齡因素相關。根據現有研究結果來看健康監測可以一定程度上提高寵物疾病的預防概率。綜上所述對于易患病寵物健康監測的關鍵指標為呼吸頻率、血氧、心率、血壓、血糖及日常生理指標檢測。

2.2 寵物健康智能監測中的前沿技術

對于不同養寵家庭、養育場所和醫療場所來說，寵主對寵物監測的需求也不同，所需要的產品和產品技術也不一致。寵主選擇所需的技術產品來達到監測寵物健康狀態和日常活動的目的，但目前仍然存在部分問題。

2.2.1 飲食及泌尿系統監測產品的前沿技術

針對寵物的進食量、飲水量、排便次數和排便量，可以通過目前寵物智能用品市場主流的“老三件”——寵物智能喂食器、寵物智能飲水機以及寵物智能貓砂盆進行監測。寵物智能喂食器通過內置的計量器和物理傳感器，可以自動測量食物的重量和寵物的進食量并記錄（張燕,2022），為寵物健康監測提供一定數據。除此之外，主人也可以通過智能手機應用程序定制寵物的進食時間和食譜，滿足不同的寵物需求（胡名睿等,2021）。智能飲水機是利用傳感器來監測寵物的飲水量（張嬪英等,2022），并及時添加水源，有些設備還具有過濾器和殺菌功效，可以為寵物提供更加清潔、衛生的飲水環境。智能貓砂盆則利用稱重傳感器、物體識別技術、人工智能技術、無線通訊技術等檢測寵物如廁的時間、次數和便便的情況，幫助主人及時發現寵物的健康問題（劉倩茹,2020），此外，智能貓砂盆還可以自動清理和更換貓砂，有的產品更采用了紫外線殺菌來保持貓砂盆內衛生，減少了主人日常保潔的工作量（曹小兵,2020）。長遠來看，寵物健康智能監測設備技術應朝著對寵物生理和行為等方面進行全面、精準、實時的分析和診斷，讓主人更加準確地了解寵物的狀況，及時發現問題并保證寵物健康的方向發展，在解放寵主雙手的同時做到對寵物的健康監測。

2.2.2 運動及行為追蹤類產品的前沿技術

運動及行為追蹤類產品一般分為追蹤動物臉部表征產品和穿戴式運動跟蹤產品。動物臉部表征產品原理基于人臉檢測方法，此類產品利用類Haar 特征和AdaBoost 分類器，將底層特征跟蹤與檢測算法相結合，通過在特定的跟蹤模型中結合這兩種方法，實現了對動物臉部表征相干的檢測/跟蹤（Burghardt 等2006）。在寵物識別方面，有研究者提出利用生物識別技術來記錄監測狗的信息，通過識別狗的面部特征，包括皮膚紋理信息等，達到對寵物的無創監測，并讀取出寵物自身和主人的信息，以此監測寵物健康和避免走失情況，同時，該系統還能實現對地區寵物總體數量的統計和追蹤（Kumar 等，2018）。

穿戴式運動產品技術原理有使用感官技術，運用三軸加速度計來捕捉寵物行為信息，與人的智能腕帶類似，通過SmartTag可捕獲寵物日常活動的信息，根據數據為保持寵物健康提出合理建議，同時可連接多個智能設備，同步其數據并將其發送到云端，創造了“大數據”，然后將對這些大數據的分析返回到應用程序，以幫助寵物主人了解寵物的健康狀況。穿戴式項圈運動產品技術原理一般是通過機器學習架構，可將設備所記錄的不同加速度的數據轉換成動物的特有行為，如抓撓和進食；還有通過收集狗日常活動的信息量，識別不同級別的活動（例如跑步、行走、抓取、跳躍）和放松程度來測量活動分鐘數，所有這些數據都收集在產品應用程序中，經數據分析與整合后得出活動、睡眠模式和任何異常行為的數據分析報告，根據寵物行為信息的收集與分析，整合產出寵物全天候健康監控和行為報告，將健康狀況與類似寵物的健康狀況進行比較，監測活動能力、焦慮和皮膚狀況，并實現實時位置跟蹤（Neethirajan 等，2017;Colpoys J等，2021）。大多寵主在能夠實時得到寵物的位置信息的同時，更希望能夠實時監測寵物的狀態，在寵物出現異常行為后得到及時的預警，而不是要寵主耗費大量時間去回看監控錄像，或自己分析一段時間內寵物的行為報告。寵物異常行為的出現通常是迅速且無法預料的，若運動及行為類監測產品無及時預警的功能，則有可能導致寵物不能及時就醫甚至危害生命。

2.2.3 生理指標監測產品的前沿技術

心率監測器（可穿戴心臟監測設備），一般通過心電圖（電）或光電容積脈搏波（光學）方法連續監測心率。心率和心跳間歇的變異性，稱為心率變異性（HRV），使用新型可穿戴TNO Holst Centre 三合一貼片從動物連續收集心率和HRV，該貼片可同時測量心率，呼吸頻率和活動水平（Niel 等，2020）。

產品Dinbeat 是由一個數據處理樞紐（HUB）、接收測量數據的接收器（UNO）以及由光學傳感器組成的溫度測量儀構成。為獲取動物的實時生理信息，Dinbeat 可將心電圖診斷的過程數字化，并借助Dinbeat UNO 以及Dinbeat PRO 公司的平臺，實現術前報告或診斷功能。

正心科技前沿技術應用于Elansen 動物穿戴式心臟監測系統，其使用BLE 低功耗藍牙技術與智能醫療設備進行數據傳輸，通過結合穿戴式長時程心法，電、物聯網和人工智能技術可以進行長時間連續監測和快速診斷，從而提高心臟疾病的診斷準確率，并進行心臟病全周期管理。相關智能寵物項圈，依托于項圈上的綜合傳感器，收集動物的體溫、呼吸、脈搏和心率變異性以及行為姿態等生理與行為指標，結合數字化信息平臺，對收集指標進行整合分析，以實現對寵物健康指標的智能監控。智能狗項圈采用專利技術，結合了最先進的硬件、傳感器融合和專有的人工智能算法，用以掃描狗的生命體征。通過每天和長期監測寵物狗的心臟和呼吸頻率，以預防性護理和監測患病犬，密切關注他們的活動、活力和健康水平，以及步行、跑步、進食、休息、吠叫等日常習慣。活動監測可以全面了解寵物狗的日常活動，確保它們的活力和身體活動水平。

Kumar 等（2015）建立的一個基于Zigbee 的動物健康檢測系統，這個系統被多運用在穿戴式動物監測產品中，其主要基于IEEE802.15.4和IEEE1451.2 標準的傳感器模塊，采用ZigBee 等通訊技術實現數據傳輸，圖形用戶界面是在Lab-VIEW 9.0 中按照IEEE1451.1 標準實現的，可以在圖形用戶界面PC 上實時監測生理和行為參數。林玉珍（2018）等提出一種監測寵物的心率與呼吸頻率的穿戴設備，用于分析出寵物的身體狀況與心情，該類智能設備可自動定時測量，及時發現異常情況并在App 上預警，提醒寵主及時帶寵物去醫院進行詳細檢查，大大預防了寵物心臟病發的情況，幫助主人及時掌握寵物異常狀況。還有美國醫學系研究人員，結合Actigraph Link 和PetPace實現對狗的運動行為進行實時監測和記錄，收集健康指標包括心跳、心跳間隔變化、呼吸和位置數據，對寵物的行為進行實時記錄和分析，識別不同活動情況，推斷出其健康狀況（Ortmeyer等，2018）。寵物健康智能監測相關產品架構如圖1。

圖1 寵物健康智能監測產品架構

2.2.4 其他物種健康智能監測參考范例

一些用于其他物種的健康監測產品或許可以為寵物健康智能監測產品技術的創新提供，如Glennon（2016）等制作了一種檢測汗液成分的生物傳感器，通過檢測汗液成分及其比例是否正常，從而達到健康管理的目的，其技術原理是運用電子和電池組件以及流體電極水平排列，平臺設計為使用魔術貼帶牢固地固定在皮膚上，汗液通過采樣孔進入設備，并通過固態鈉選擇性電極和參比電極，進入包含高容量吸附材料的存儲區域，液體運動完全由毛細管作用驅動，通過設備的流速可以通過連接電極和樣品存儲區域的流體通道寬度的變化來介導，汗液吸收率和存儲容量的變化使得使用時間可以根據用戶的需要而變化。這種設備可以輕松拆卸，以取代電極和高容量吸附材料。儲存汗液可用于后續測量在使用期間收獲的汗液總量和鈉的平均濃度。電極產生的信號被傳遞到具有高輸入阻抗的定制設計的電子板，以準確捕獲電壓，實時數據使用內置的藍牙電路無線傳輸到遠程基站。

耳標傳感器，常用于牛和羊，通過監測外部溫度、頭部傾斜、運動和發聲以達到評估動物的健康狀況和疾病癥狀，及時識別表明健康狀況不佳的微妙特征。其技術原理為使用一組傳感器（焊接在定制的印刷電路板（PCB）上）連接到動物的耳標上，以記錄外部溫度、頭部傾斜、運動和發聲等參數。其支持藍牙的專用集成電路（ASIC）芯片焊接在電子傳感器板上，用于將原始數據無線傳輸到位于筆內或附近的計算設備（Pandey 等，2021）。

可穿戴動物監視器，由i-FarmTec 開發的監控平臺主要顯示心率和體溫，作為壓力水平的指標，濕度檢測器可以添加到此平臺中，濕度可能會影響動物的行為和新陳代謝。該設備由一個項圈配備慣性傳感器，通過藍牙通信，安卓應用程序和監控設備集中遙測記錄，項圈傳感器包括一個 Inven Sense ICM-2948 IMU，可感應3 軸陀螺儀，3 軸加速度計和3 軸指南針，其Nordic Semiconductor NRF52 包括一個溫度計。使用的學習固件執行20 Hz 傳感器采樣，并通過藍牙低功耗（BLE）通知將監控信息流式傳輸到BLE 中央Android 應用程序。它包含一組正在評估的傳感器，即加速度計、陀螺儀、磁力計和溫度計。此外，它還包括一個近場通信（NFC）傳感器，用作電源開關，并允許觸發NFC點對點（P2P）過程，其中包括BLE 外設（項圈）和BLE 中心（Android 應用程序）之間的藍牙配對。因此，在移動設備和動物上的設備之間建立連接之后，可以使用該應用程序記錄有關動物行為的視頻并從傳感器接收同步數據，視頻和感官數據將實時存儲在移動設備內部存儲的單獨文件中（Fonseca 等,2023）。

寵物健康智能監測產品的技術原理是通過各種智能算法、傳感器等技術手段對寵物的行為習慣以及生理指標等數據進行收集分析，以實現寵主對寵物健康狀況的監測和疾病、突發傷害等預警。寵主更加注重健康檢測技術能夠及時掌握寵物的健康狀況和行為變化等信息，能夠自動及時截取異常片段并對寵主發送異常報告進行預警，特別是多寵家庭的寵主，其更加注重產品能夠及時且明確的分辨出不同寵物個體的飲食運動情況，能夠及時截取異常個體情況進行分辨并對寵主進行預警，減少寵主反復查看數據自行分辨某個體異常情況的時間。

因此，現階段寵物健康智能監測技術與客戶需求之前存在一定差異，技術研究和產品設計要充分考慮客戶實際需求。

3 展望

寵物醫療行業的蓬勃發展同步帶動了寵物監測產品的發展，與傳感器相結合的可穿戴智能設備通過實時記錄寵物健康狀況的各項生理指數，實現對寵物身體健康的早監測、早診斷、早治療功能。某種意義上而言，智能監測設備為寵物提供了一種“交流溝通”的渠道，讓寵物主更加了解寵物的身體與心理狀況。當前智能監測設備已廣泛應用于人類的醫療保健領域，但針對寵物的可穿戴監測設備的使用率遠不及人類（RAMOKAPANE 等，2019）。目前寵物健康智能監測產品和技術發展仍存在一些問題，例如產品與相關技術研究不匹配，產品推出先于技術研究，產品與寵主實際需求不匹配，國產寵物監測設備普及度低，寵物監測設備存在隱私泄露風險、寵主對寵物監測設備準確性的懷疑等。

盡管如此，寵物智能監測產品正在處于快速發展時期，預計未來幾年內仍繼續保持高速增長的態勢。伴隨著寵物行業規模的與日俱增，飼養寵物的家庭基數將呈現顯著上升的趨勢，在物聯網、大數據以及人工智能技術的成熟發展的基礎上，智能監測設備將得到不斷優化與升級，寵物智能監測產品市場也將迎來新的發展潮流。

參考文獻：（略）