魯燕燕，謝紅珍

1 長(zhǎng)江大學(xué)，荊州市，434100

2 廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院，廣州市，510000

可穿戴設(shè)備在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

【作 者】魯燕燕1，謝紅珍2

1 長(zhǎng)江大學(xué)，荊州市，434100

2 廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院，廣州市，510000

近幾年來(lái)可穿戴設(shè)備掀起了一股熱潮，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，可穿戴設(shè)備延伸到各個(gè)領(lǐng)域。該文通過(guò)總結(jié)可穿戴設(shè)備在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，評(píng)價(jià)使用效果，分析可穿戴設(shè)備目前存在的問(wèn)題，對(duì)可穿戴設(shè)備進(jìn)行展望，以期更好地將可穿戴設(shè)備應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，提高患者生活質(zhì)量，改善醫(yī)療現(xiàn)狀。

可穿戴設(shè)備；應(yīng)用現(xiàn)狀

可穿戴設(shè)備是指能夠直接穿戴在人身上，或者融入衣物、飾品中的一種便攜式設(shè)備[1]。將可穿戴傳感器與移動(dòng)通信聯(lián)合起來(lái)，融合芯片技術(shù)、通信技術(shù)、智能交互技術(shù)，通過(guò)藍(lán)牙、WiFi、ZigBee（無(wú)線通信技術(shù)）、NFC（Near Field Communication，近距離無(wú)線通信技術(shù)）等方式連接，使其具備采集、處理、傳送數(shù)據(jù)功能的便攜式電子設(shè)備[2]。從最初的谷歌眼鏡發(fā)展到現(xiàn)在，可穿戴設(shè)備的種類(lèi)越來(lái)越多，涉及的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，包括醫(yī)療、航空、軍事、消防、休閑娛樂(lè)、銀行，商場(chǎng)購(gòu)物等領(lǐng)域[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)有103家企業(yè)研發(fā)了148款醫(yī)療保健相關(guān)的可穿戴設(shè)備[4]，預(yù)計(jì)可穿戴設(shè)備將會(huì)成為最受歡迎的設(shè)備引領(lǐng)潮流。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于可穿戴設(shè)備的研究主要側(cè)重于技術(shù)層面，大多以商業(yè)的角度去發(fā)展這一技術(shù)，站在醫(yī)療的角度，討論產(chǎn)品的應(yīng)用效果的論文較少。

1 可穿戴設(shè)備的種類(lèi)

可穿戴設(shè)備的種類(lèi)很多，根據(jù)傳感器的位置不同可分為穿戴式和植入式，目前的設(shè)備主要以可穿戴設(shè)備為主?？纱┐髟O(shè)備形式多樣，其中手環(huán)、手表、貼片等設(shè)備因其便攜、能耗低、體積小等特點(diǎn)應(yīng)用最為廣泛[5]。其他的形式還包括衣服、帽子、鞋子、襪子、頭箍、項(xiàng)鏈、腰帶、隱形眼鏡等[6]。植入設(shè)備由于技術(shù)的限制和有創(chuàng)性等原因，大多還在研發(fā)當(dāng)中，如可直接在手臂上顯示屏幕的植入式智能手機(jī)，能直接與醫(yī)生溝通的網(wǎng)絡(luò)藥片，能控制開(kāi)關(guān)產(chǎn)生避孕激素的植入式避孕設(shè)備等。

可穿戴設(shè)備根據(jù)傳感器的種類(lèi)分為運(yùn)動(dòng)傳感器、生物傳感器和環(huán)境傳感器。生物傳感器主要用于采集人體的生理數(shù)據(jù)，如血氧、血壓、血糖、心率、呼吸、脈搏等[7]。運(yùn)動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)情況、老年人跌倒和帕金森病人的步態(tài)等。環(huán)境傳感器監(jiān)控用戶(hù)周?chē)h(huán)境的溫度、濕度、PH、紫外線等[5]。三種傳感器的聯(lián)合使用，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、診斷、治療和輔助生活等作用。

2 可穿戴設(shè)備的臨床應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

可穿戴設(shè)備現(xiàn)階段主要用于對(duì)生理參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸至中央處理器，中央處理器將數(shù)據(jù)發(fā)送給醫(yī)療中心或?qū)?shù)據(jù)整合分析后反饋給用戶(hù)。目前在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟的可穿戴設(shè)備為智能手環(huán)、手表和智能眼鏡[8]。監(jiān)護(hù)對(duì)象包括慢性病患者、孕婦、老年人、殘疾人、急癥患者和健康人在內(nèi)的所有人群，應(yīng)用領(lǐng)域也從急診救護(hù)逐漸發(fā)展為以家庭和社區(qū)的保健為主[9]。針對(duì)醫(yī)療保健領(lǐng)域設(shè)計(jì)的可穿戴設(shè)備根據(jù)功能可分為監(jiān)測(cè)、治療、教育三大類(lèi)。

2.1 監(jiān)測(cè)功能

監(jiān)測(cè)包括自我監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控提醒[10]，具有監(jiān)測(cè)功能的可穿戴設(shè)備主要用于監(jiān)測(cè)生命體征、心電、運(yùn)動(dòng)功能、血糖、睡眠等。

2.1.1 心電功能的監(jiān)測(cè)

心腦血管疾病作為目前死亡率最高的疾病，心電監(jiān)測(cè)十分重要，及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)能有效挽救病人的生命，可穿戴設(shè)備的高敏感性和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能能為更多的患者帶來(lái)福音?？纱┐魇叫碾妶D機(jī)和生理活動(dòng)監(jiān)測(cè)的設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)心電變化，早期發(fā)現(xiàn)心電的異常并報(bào)警，可避免潛在的心臟病，實(shí)現(xiàn)心肌缺血的早期篩查[11]。目前，多個(gè)地區(qū)推出了織物型可穿戴設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)心電，包括生命襯衫、GPSport內(nèi)衣等。心電監(jiān)測(cè)設(shè)備除了織物類(lèi)還有美國(guó)Cardionet[12]發(fā)明的MCOT(Mobile Cardiac Outpatient Telementry)，可以連續(xù)30 d記錄用戶(hù)的心電圖數(shù)據(jù)，蘋(píng)果公司也開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)能夠通過(guò)一系列傳感器監(jiān)測(cè)穿戴者的心電圖的設(shè)備，該設(shè)備通過(guò)一系列內(nèi)置電極，獲取身體不同部位的數(shù)據(jù)，以測(cè)量穿戴者的心電信號(hào)，使結(jié)果更加穩(wěn)定。Cardionet通過(guò)對(duì)17個(gè)醫(yī)療中心的300位病人進(jìn)行的隨機(jī)試驗(yàn)的結(jié)果顯示，MCOT的檢出率是常規(guī)檢測(cè)方法的3倍[12]。

2.1.2 生命體征的監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)生命體征的設(shè)備在臨床上使用最多，適用的人群較廣泛，根據(jù)不同的人群特點(diǎn)可選擇不同類(lèi)型的設(shè)備。美國(guó)加州公司推出的“生命襯衫”和Owlet設(shè)計(jì)的可穿戴嬰兒襪[13]都可用于監(jiān)測(cè)心電、心率、呼吸頻率、血氧飽和度、體溫等多項(xiàng)指標(biāo)。此類(lèi)產(chǎn)品由于體積小、輕便、舒適且能同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)生理參數(shù)，非常適用于嬰兒等不配合測(cè)量的人群。該領(lǐng)域的各個(gè)專(zhuān)家也根據(jù)不同人群的需求設(shè)計(jì)出了可穿戴式睡眠監(jiān)測(cè)儀[14]和穿戴式電子體溫計(jì)[15]等，通過(guò)睡眠檢測(cè)儀能夠監(jiān)測(cè)睡眠時(shí)的各項(xiàng)生命體征，篩選出有睡眠呼吸暫停綜合征的患者。而電子體溫計(jì)可以實(shí)現(xiàn)24 h實(shí)時(shí)測(cè)量體溫、遠(yuǎn)程分享體溫?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警，并能記錄異常體溫和用藥情況。目前在臨床上使用較為廣泛的“血氧手表”能通過(guò)紅外線測(cè)量血氧飽和度[7]，使僅需要監(jiān)測(cè)血氧的病人擺脫沉重的心電檢測(cè)儀，并能迅速、準(zhǔn)確地得到病人的血氧值。對(duì)于這些設(shè)備的使用效果隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示腕式血壓計(jì)體積小、攜帶方便，避免了充氣氣囊引起的不適，有效降低了夜間測(cè)量的誤差[16]。腕式睡眠監(jiān)測(cè)儀的診斷睡眠暫停綜合征的平均敏感性為87%，平均特異性為91%，均高于傳統(tǒng)的多導(dǎo)睡眠圖（PSG），對(duì)疾病的檢出率更高，漏檢率更低[17]。可穿戴電子體溫計(jì)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常變化，誤差不超過(guò)0.1 ℃[18]。具有體征監(jiān)測(cè)功能的設(shè)備能將繁雜的護(hù)理操作綜合化、智能化，能大大減輕護(hù)士的工作量，并且減少了對(duì)病人的反復(fù)操作，滿(mǎn)足臨床需求。

2.1.3 肢體功能的監(jiān)測(cè)

用于肢體功能的監(jiān)測(cè)設(shè)備同時(shí)具有監(jiān)測(cè)、評(píng)估、指導(dǎo)和糾正錯(cuò)誤姿勢(shì)的功能，對(duì)腦卒中等肢體功能障礙患者的康復(fù)具有重要意義。意大利Ferrarin M等設(shè)計(jì)了可穿戴LED眼鏡能通過(guò)安裝在腳踝上的傳感器檢測(cè)患者是否存在凍結(jié)步態(tài)，若發(fā)生凍結(jié)步態(tài)，便將結(jié)果傳送給眼鏡，眼鏡通過(guò)發(fā)光提示患者邁步，從而克服凍結(jié)步態(tài)[19]。使用可穿戴網(wǎng)絡(luò)傳感系統(tǒng)[20]對(duì)23例上肢肌力Ⅱ至Ⅴ級(jí)的卒中患者進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示該設(shè)備可以通過(guò)壓縮傳感器定量的監(jiān)測(cè)和評(píng)估上肢運(yùn)動(dòng)功能，較常規(guī)方法更容易使用，可大量節(jié)約時(shí)間。該類(lèi)設(shè)備目前一般用于腦卒中康復(fù)期的患者，但由于設(shè)備價(jià)格高的原因，僅少數(shù)醫(yī)院購(gòu)買(mǎi)和使用。

2.1.4 血液泄露的監(jiān)測(cè)

血透是終末期腎病的主要治療手段，透析時(shí)針頭移動(dòng)導(dǎo)致病人血液滲漏會(huì)危及生命。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)血液滲漏情況，能大大減少感染的風(fēng)險(xiǎn)，并確保能在發(fā)生問(wèn)題時(shí)及時(shí)處理，使血透、輸血、輸液等操作更加安全。小型可穿戴設(shè)備[21]可以實(shí)現(xiàn)血液透析過(guò)程中血液泄露的監(jiān)測(cè)。將傳感器覆蓋在穿刺點(diǎn)紗布上，當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)水平超過(guò)閾值，設(shè)備立即報(bào)警并將數(shù)據(jù)通過(guò)WiFi傳送至護(hù)士站。通過(guò)用自行設(shè)計(jì)的人工模擬循環(huán)裝置檢測(cè)血液擴(kuò)散時(shí)間，結(jié)果顯示該裝置的監(jiān)測(cè)時(shí)間小于2 s，靈敏度大大高于普通裝置。雖然此種設(shè)備能在一定程度上降低血液泄露的風(fēng)險(xiǎn)，但目前由于各醫(yī)院信息系統(tǒng)不完善，且會(huì)增加血透患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)而尚未在臨床上推廣使用。

2.1.5 其他

可穿戴設(shè)備可做到全方位的監(jiān)測(cè)患者的情況，包括生理狀態(tài)和心理狀態(tài)。彌補(bǔ)以往設(shè)備監(jiān)測(cè)不全面、不及時(shí)等缺點(diǎn)。歐盟設(shè)計(jì)了可穿戴負(fù)壓設(shè)備[22]能監(jiān)測(cè)和治療下肢傷口感染，將設(shè)備穿戴在膝蓋上，通過(guò)測(cè)量足底和足后部的血氧飽和度、pH值等指標(biāo)不間斷地監(jiān)測(cè)傷口情況。對(duì)于下肢創(chuàng)傷病人可以避免因查看傷口而反復(fù)撕脫敷料?？纱┐餮坨R[5]則是通過(guò)監(jiān)測(cè)鼻部的皮膚溫度評(píng)估人的生理和心理的變化?？杀M早了解病人的身心狀況，及時(shí)處理由于心理因素引起的身體不適，減輕病人痛苦。Imec可穿戴腦電圖耳機(jī)和心電圖貼片可用于記錄大腦和心臟的活動(dòng)，改善目前因?yàn)橛涗浶呐K、大腦各項(xiàng)活動(dòng)而限制患者活動(dòng)的應(yīng)用現(xiàn)狀。這些設(shè)備的產(chǎn)生，將逐步滿(mǎn)足患者對(duì)醫(yī)療條件的需求。

2.2 治療功能

可穿戴設(shè)備用于疾病的治療大多還處于研究和評(píng)估的階段，但也有一部分設(shè)備已取得一定成果。它能實(shí)現(xiàn)治療智能化，使患者接受遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)和治療，從而降低長(zhǎng)期的醫(yī)療費(fèi)用。美國(guó)馬薩諸塞綜合醫(yī)院和波士頓大學(xué)設(shè)計(jì)的“仿生胰腺”[23]能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)血糖水平，并根據(jù)血糖分泌胰島素或胰高血糖素，以控制血糖。減輕了糖尿病患者由于每日測(cè)血糖帶來(lái)的痛苦，并能智能選擇胰島素或胰高血糖素的劑量，使血糖始終保持正常水平，有利于病人的病情控制。對(duì)于疼痛病人，經(jīng)皮神經(jīng)電刺激療法(TENS)產(chǎn)品[24]，只需將貼片貼在各個(gè)身體部位，貼片通過(guò)電脈沖刺激該區(qū)域，就可阻斷疼痛信號(hào)，達(dá)到止痛的效果。但由于貼片的止痛效果尚未得到認(rèn)可，目前還未見(jiàn)廣泛使用。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)正在研究針對(duì)髖關(guān)節(jié)受損患者的可穿戴機(jī)器人，將設(shè)備穿在腿上，可同步為人體提供助力以減輕髖關(guān)節(jié)受力[25]。華南理工大學(xué)也設(shè)計(jì)出了功能更加多樣的機(jī)器人，并已在臨床使用，在減輕髖關(guān)節(jié)受力的同時(shí)，增加趣味性的游戲，逐漸鍛煉患者的下肢力量。由貼片、背心和自動(dòng)除顫儀組成的穿戴式體外自動(dòng)除顫儀[26]，用于高危的心臟病患者，可在出現(xiàn)危及患者生命的心律信號(hào)時(shí)報(bào)警或自動(dòng)除顫，并能在除顫前對(duì)患者進(jìn)行意識(shí)測(cè)試，降低誤擊率。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該裝置能實(shí)現(xiàn)一次性電擊轉(zhuǎn)復(fù)成功。David E等的試驗(yàn)也表明，對(duì)于室性心動(dòng)過(guò)速的患者使用可穿戴除顫器的24 h存活率和30 d的累積存活率均高于對(duì)照組。但大部分人群表示由于該設(shè)備攜帶不方便，且會(huì)影響日常生活等原因不會(huì)選擇使用[27]。

2.3 教育教學(xué)

在醫(yī)學(xué)類(lèi)強(qiáng)調(diào)操作技能的專(zhuān)業(yè)，應(yīng)用可穿戴設(shè)備能同時(shí)滿(mǎn)足學(xué)生學(xué)習(xí)又盡量避免打擾患者。以谷歌眼鏡為代表的可穿戴設(shè)備成為了臨床教學(xué)工具，谷歌眼鏡可以觀看實(shí)時(shí)的教學(xué)步驟，將穿戴式攝像頭置于患者或人體模型，可從病人的視角檢視其住院時(shí)的舉止。基于谷歌眼鏡的顯示和記錄功能，醫(yī)生既可以從教師的角度學(xué)習(xí)醫(yī)療程序，也可以從病人的視角感受病痛。Knight H M[28]報(bào)道了谷歌眼鏡作為教學(xué)工具通過(guò)連接藍(lán)牙在控制室直播一個(gè)心臟手術(shù)的案例。將谷歌眼鏡應(yīng)用在口腔的臨床教學(xué)中，將視頻傳送到視頻服務(wù)器，可在醫(yī)院的病房和辦公室與教學(xué)老師進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)。

3 問(wèn)題及展望

可穿戴設(shè)備目前存在四大問(wèn)題。其一，價(jià)格昂貴。楊澤[29]的研究顯示用戶(hù)對(duì)可穿戴設(shè)備的價(jià)格持有敏感態(tài)度，價(jià)格會(huì)直接影響到用戶(hù)對(duì)可穿戴設(shè)備的使用意愿。其二，過(guò)度依賴(lài)手機(jī)、電池續(xù)航能力不足和輻射大等技術(shù)問(wèn)題?？纱┐髟O(shè)備不能獨(dú)立使用顯示信息，需要依靠手機(jī)來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)和報(bào)告，導(dǎo)致用戶(hù)體驗(yàn)感低[30]。其三，設(shè)備本身的質(zhì)量問(wèn)題。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的可穿戴設(shè)備參差不齊，國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有針對(duì)可穿戴設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)[31]，近期，眾多消費(fèi)者爆出Fitbit手環(huán)會(huì)導(dǎo)致皮膚過(guò)敏，該款手環(huán)可能使用了導(dǎo)致部分用戶(hù)過(guò)敏的原料。因此，完善可穿戴設(shè)備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和健全可穿戴設(shè)備的法律法規(guī)，才能確?？纱┐髟O(shè)備市場(chǎng)健康、有序的發(fā)展。其四，隱私泄露和數(shù)據(jù)的管理問(wèn)題；查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，目前尚沒(méi)有建立以用戶(hù)為中心的個(gè)性化的大數(shù)據(jù)[32]，數(shù)據(jù)在設(shè)備中或是用戶(hù)將信息上傳的過(guò)程中易造成個(gè)人隱私的泄露，設(shè)備丟失、損壞和盜用也加大了隱私數(shù)據(jù)被盜取的風(fēng)險(xiǎn)。因此，我們需要建立一個(gè)高度安全、保護(hù)隱私的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，管理這些數(shù)據(jù)。

可穿戴設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療和個(gè)體化醫(yī)療，是未來(lái)醫(yī)療的發(fā)展方向。未來(lái)的可穿戴設(shè)備要更多地考慮到設(shè)備的多功能、可靠性、小型化。以滿(mǎn)足臨床需求，改變醫(yī)療現(xiàn)狀，提高患者的生活質(zhì)量。

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Application of Wearable Devices in Medical Field

【Key words 】LU Yanyan1, XIE Hongzhen2
1 Yangtze University, Jingzhou, 434100
2 General Hospital of Guangzhou Military Command of PLA, Guangzhou, 510000

wearable technology, application status

R443

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2017.03.015

1671-7104(2017)03-0213-03

2016-11-29

全軍保健項(xiàng)目（16BJZ58）；廣州市2016年度產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新重大專(zhuān)項(xiàng)(20170402155)

魯燕燕，E-mail: 986248386@qq.com

謝紅珍，E-mail: hongzhenxie@163.com

【 Abstract 】Recent years, wearable devices set off a boom, with the progress of technology, wearable devices extended to all fields. This paper summarizes the application status of wearable devices in healthcare field, evaluates the using effects, analyzes the existing problems. We hopes that wearable equipment is applied to the medical fi eld better, to improve the patients’ quality of life, to improve the state of health.