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    可穿戴設(shè)備在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

    2017-01-20 20:14:47魯燕燕謝紅珍
    中國醫(yī)療器械雜志 2017年3期
    關(guān)鍵詞:傳感器醫(yī)療監(jiān)測

    魯燕燕,謝紅珍

    1 長江大學(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,評價(jià)使用效果,分析可穿戴設(shè)備目前存在的問題,對可穿戴設(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通信聯(lián)合起來,融合芯片技術(shù)、通信技術(shù)、智能交互技術(shù),通過藍(lán)牙、WiFi、ZigBee(無線通信技術(shù))、NFC(Near Field Communication,近距離無線通信技術(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)備的種類越來越多,涉及的領(lǐng)域越來越廣泛,包括醫(yī)療、航空、軍事、消防、休閑娛樂、銀行,商場購物等領(lǐng)域[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前國內(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)備將會成為最受歡迎的設(shè)備引領(lǐng)潮流。目前,國內(nèi)對于可穿戴設(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

    可穿戴設(shè)備的種類很多,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)傳感器的種類分為運(yùn)動傳感器、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)動傳感器監(jiān)測運(yùn)動情況、老年人跌倒和帕金森病人的步態(tài)等。環(huán)境傳感器監(jiān)控用戶周圍環(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、診斷、治療和輔助生活等作用。

    2 可穿戴設(shè)備的臨床應(yīng)用及效果評價(jià)

    可穿戴設(shè)備現(xiàn)階段主要用于對生理參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測,將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無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。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、治療、教育三大類。

    2.1 監(jiān)測功能

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

    2.1.1 心電功能的監(jiān)測

    心腦血管疾病作為目前死亡率最高的疾病,心電監(jiān)測十分重要,及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測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)測功能能為更多的患者帶來福音。可穿戴式心電圖機(jī)和生理活動監(jiān)測的設(shè)備,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測心電變化,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)備來監(jiān)測心電,包括生命襯衫、GPSport內(nèi)衣等。心電監(jiān)測設(shè)備除了織物類還有美國Cardionet[12]發(fā)明的MCOT(Mobile Cardiac Outpatient Telementry),可以連續(xù)30 d記錄用戶的心電圖數(shù)據(jù),蘋果公司也開發(fā)了一項(xiàng)能夠通過一系列傳感器監(jiān)測穿戴者的心電圖的設(shè)備,該設(shè)備通過一系列內(nèi)置電極,獲取身體不同部位的數(shù)據(jù),以測量穿戴者的心電信號,使結(jié)果更加穩(wěn)定。Cardionet通過對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)檢測方法的3倍[12]。

    2.1.2 生命體征的監(jiān)測

    監(jiān)測生命體征的設(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)可選擇不同類型的設(shè)備。美國加州公司推出的“生命襯衫”和Owlet設(shè)計(jì)的可穿戴嬰兒襪[13]都可用于監(jiān)測心電、心率、呼吸頻率、血氧飽和度、體溫等多項(xiàng)指標(biāo)。此類產(chǎn)品由于體積小、輕便、舒適且能同時(shí)監(jiān)測多個(gè)生理參數(shù),非常適用于嬰兒等不配合測量的人群。該領(lǐng)域的各個(gè)專家也根據(jù)不同人群的需求設(shè)計(jì)出了可穿戴式睡眠監(jiān)測儀[14]和穿戴式電子體溫計(jì)[15]等,通過睡眠檢測儀能夠監(jiān)測睡眠時(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”能通過紅外線測量血氧飽和度[7],使僅需要監(jiān)測血氧的病人擺脫沉重的心電檢測儀,并能迅速、準(zhǔn)確地得到病人的血氧值。對于這些設(shè)備的使用效果隨機(jī)對照試驗(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,有效降低了夜間測量的誤差[16]。腕式睡眠監(jiān)測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),對疾病的檢出率更高,漏檢率更低[17]??纱┐麟娮芋w溫計(jì)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常變化,誤差不超過0.1 ℃[18]。具有體征監(jiān)測功能的設(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,并且減少了對病人的反復(fù)操作,滿足臨床需求。

    2.1.3 肢體功能的監(jiān)測

    用于肢體功能的監(jiān)測設(shè)備同時(shí)具有監(jiān)測、評估、指導(dǎo)和糾正錯(cuò)誤姿勢的功能,對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眼鏡能通過安裝在腳踝上的傳感器檢測患者是否存在凍結(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23例上肢肌力Ⅱ至Ⅴ級的卒中患者進(jìn)行監(jiān)測,結(jié)果顯示該設(shè)備可以通過壓縮傳感器定量的監(jiān)測和評估上肢運(yùn)動功能,較常規(guī)方法更容易使用,可大量節(jié)約時(shí)間。該類設(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)院購買和使用。

    2.1.4 血液泄露的監(jiān)測

    血透是終末期腎病的主要治療手段,透析時(shí)針頭移動導(dǎo)致病人血液滲漏會危及生命。實(shí)時(shí)監(jiān)測血液滲漏情況,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)血液透析過程中血液泄露的監(jiān)測。將傳感器覆蓋在穿刺點(diǎn)紗布上,當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)水平超過閾值,設(shè)備立即報(bào)警并將數(shù)據(jù)通過WiFi傳送至護(hù)士站。通過用自行設(shè)計(jì)的人工模擬循環(huán)裝置檢測血液擴(kuò)散時(shí)間,結(jié)果顯示該裝置的監(jiān)測時(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)測和治療下肢傷口感染,將設(shè)備穿戴在膝蓋上,通過測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)測傷口情況。對于下肢創(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]則是通過監(jiān)測鼻部的皮膚溫度評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,改善目前因?yàn)橛涗浶呐K、大腦各項(xiàng)活動而限制患者活動的應(yīng)用現(xiàn)狀。這些設(shè)備的產(chǎn)生,將逐步滿足患者對醫(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)測和治療,從而降低長期的醫(yī)療費(fèi)用。美國馬薩諸塞綜合醫(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血糖帶來的痛苦,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,貼片通過電脈沖刺激該區(qū)域,就可阻斷疼痛信號,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,目前還未見廣泛使用。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)正在研究針對髖關(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、背心和自動除顫儀組成的穿戴式體外自動除顫儀[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時(shí)報(bào)警或自動除顫,并能在除顫前對患者進(jìn)行意識測試,降低誤擊率。動物實(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,對于室性心動過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照組。但大部分人群表示由于該設(shè)備攜帶不方便,且會影響日常生活等原因不會選擇使用[27]。

    2.3 教育教學(xué)

    在醫(yī)學(xué)類強(qiáng)調(diào)操作技能的專業(yè),應(yīng)用可穿戴設(shè)備能同時(shí)滿足學(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?;诠雀柩坨R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。

    3 問題及展望

    可穿戴設(shè)備目前存在四大問題。其一,價(jià)格昂貴。楊澤[29]的研究顯示用戶對可穿戴設(shè)備的價(jià)格持有敏感態(tài)度,價(jià)格會直接影響到用戶對可穿戴設(shè)備的使用意愿。其二,過度依賴手機(jī)、電池續(xù)航能力不足和輻射大等技術(shù)問題??纱┐髟O(shè)備不能獨(dú)立使用顯示信息,需要依靠手機(jī)來發(fā)送數(shù)據(jù)和報(bào)告,導(dǎo)致用戶體驗(yàn)感低[30]。其三,設(shè)備本身的質(zhì)量問題。目前市場上出現(xiàn)的可穿戴設(shè)備參差不齊,國內(nèi)外都沒有針對可穿戴設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)[31],近期,眾多消費(fèi)者爆出Fitbit手環(huán)會導(dǎo)致皮膚過敏,該款手環(huán)可能使用了導(dǎo)致部分用戶過敏的原料。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)備市場健康、有序的發(fā)展。其四,隱私泄露和數(shù)據(jù)的管理問題;查閱國內(nèi)外文獻(xiàn),目前尚沒有建立以用戶為中心的個(gè)性化的大數(shù)據(jù)[32],數(shù)據(jù)在設(shè)備中或是用戶將信息上傳的過程中易造成個(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,是未來醫(yī)療的發(fā)展方向。未來的可穿戴設(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.

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