智慧養(yǎng)老背景下老年人可穿戴設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀分析

朱云澤

（武漢學(xué)院，武漢 430212）

根據(jù)第七次全國人口普查統(tǒng)計(jì)，60歲及以上老年人口占比18.70%，預(yù)計(jì)未來5年我國60歲及以上老年人口將超過3億，占比超過20%[1]。老年人身體基能下降、慢性病高發(fā)和缺少監(jiān)護(hù)措施等問題突出，但當(dāng)前養(yǎng)老服務(wù)資源卻明顯不足。

為了解決養(yǎng)老供需矛盾，提升養(yǎng)老資源利用效率，將養(yǎng)老服務(wù)與信息技術(shù)融合，我國在2017和2021年接連發(fā)布了兩次智慧養(yǎng)老行動計(jì)劃。而可穿戴設(shè)備技術(shù)的日趨成熟，其小型化、舒適化和智能化的發(fā)展趨勢，都為智慧健養(yǎng)老產(chǎn)品供給、數(shù)據(jù)應(yīng)用和健康管理能力提升提供了助力。

1 老年人可穿戴設(shè)備概述

1.1 可穿戴設(shè)備概念

可穿戴設(shè)備是佩戴于用戶身體上的各類電子設(shè)備。與老年用戶健康監(jiān)測相關(guān)的可穿戴設(shè)備目前包括紡織品中的無縫集成微型傳感器、智能手環(huán)和手表、眼鏡、血氧儀，以及各類佩戴在腰部、胸部等位置的監(jiān)測日常行為的智能傳感器[2]。要滿足老年人健康管理的需求，可穿戴設(shè)備需要用于測量更多生命體征、通過智能手機(jī)發(fā)送安全可靠數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)提高高齡用戶的健康自我管理能力。

1.2 老年人可穿戴設(shè)備類型

根據(jù)佩戴位置的不同，老年人健康管理相關(guān)的可穿戴設(shè)備可分為頭戴式、腕帶式、攜帶式和身穿式4種類型[3]，見表1，將幾種類型的設(shè)備進(jìn)行對比分析。

表1 不同類型老年人可穿戴設(shè)備對比

總的來說，國內(nèi)成熟的高齡用戶專業(yè)可穿戴設(shè)備比較少，現(xiàn)有老年人智能可穿戴設(shè)備也以腕帶式為主，功能相對簡單，大部分設(shè)備缺乏專業(yè)的數(shù)據(jù)分析和可視化，專業(yè)醫(yī)療設(shè)備相對少。主要功能是收集有關(guān)每日步數(shù)、步行距離、卡路里消耗和跟蹤睡眠質(zhì)量記錄的個人數(shù)據(jù)。

2 老年健康管理可穿戴設(shè)備的應(yīng)用

2.1 跌倒警報

對于65歲以上的成年人來說，跌倒已成為導(dǎo)致殘疾、緊急住院甚至死亡的主要原因。根據(jù)對老年用戶的可穿戴設(shè)備需求調(diào)研也顯示，跌倒警報是老年人最期待的功能之一[4-5]。經(jīng)由合理設(shè)計(jì)賦予相對完善功能的可穿戴設(shè)備不僅可以實(shí)現(xiàn)跌倒事后檢測還可以預(yù)測跌倒以降低其發(fā)生率[6]。

2.1.1 識別環(huán)境危險因素，提前預(yù)測并規(guī)避跌倒風(fēng)險

Ajerla等利用回聲裝置、攝像頭和揚(yáng)聲器采集周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過集線器與老年人通話提示風(fēng)險信息；Caporusso等提出的可穿戴腕帶通過RGB LED信號燈、振動功能向處于危險環(huán)境的老人從視覺觸覺兩通道發(fā)送信號；Wang等開發(fā)的可穿戴墜落檢測系統(tǒng)對跌倒檢測的準(zhǔn)確率高達(dá)97.5%，靈敏度和特異性分別為96.8%、98.1%，可實(shí)現(xiàn)向老年用戶發(fā)送警報通知并將其位置信息傳遞給家人或醫(yī)護(hù)人員。

2.1.2 記錄并分析步態(tài)信息，識別行動差別預(yù)測跌倒風(fēng)險

Noh等定義了準(zhǔn)確率為67%～70%的步態(tài)模型，該研究將傳感器置于老年人鞋底，通過識別步幅、步行速度和站姿準(zhǔn)確分類跌倒風(fēng)險級別。Zhang等設(shè)計(jì)了一個集成智能手機(jī)和智能鞋的跌倒預(yù)測系統(tǒng)，準(zhǔn)確率為97.2%。利用4個壓力傳感器和智能手機(jī)傳感器來評估步行模式，并在智能手機(jī)中生成警報消息，以警告用戶高風(fēng)險的步態(tài)模式，使其免于跌倒。Fernandez等研發(fā)了基于手杖的跌倒風(fēng)險反饋系統(tǒng)，通過手杖的慣性傳感器估計(jì)老年人重心和手杖方向，在輔助老年人行走的同時預(yù)測跌倒風(fēng)險。

2.1.3 跌倒事后檢測

主要是將利用加速度計(jì)和陀螺儀等多種傳感器，判斷運(yùn)動狀態(tài)、感知不同方向加速度、測量大氣壓強(qiáng)，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)分類算法預(yù)測跌倒是否已經(jīng)發(fā)生。總的來說，對于事后跌倒檢測的可穿戴設(shè)備，隨機(jī)森林和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法最常用，預(yù)測準(zhǔn)確率也較高。陶帥等開發(fā)的基于三軸加速度傳感器和陀螺儀的跌倒識別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)老年人步態(tài)數(shù)據(jù)的分析，用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法測算老年用戶的跨步長和離地高度，該系統(tǒng)的跌倒識別率高達(dá)93.7%。Kumar等通過支持向量機(jī)分類器實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確率達(dá)93%的跌倒行為識別，開發(fā)的可穿戴設(shè)備具有適配性良好的優(yōu)勢。Zhou等通過可穿戴設(shè)備幫助老年神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者降低跌倒風(fēng)險。使用放置在下背部和腳踝的可穿戴設(shè)備測量時空步態(tài)特征，證明步數(shù)、腳趾離地時的足底屈曲和腳跟撞擊時的腳踝背屈、步幅長度等是檢驗(yàn)跌倒的敏感變量。

2.2 體征監(jiān)測

2.2.1 睡眠監(jiān)測

可穿戴設(shè)備采集睡眠生理指標(biāo)并干預(yù)睡眠環(huán)境有助于改善老年人睡眠質(zhì)量。馬旭娜等設(shè)計(jì)的眼耳一體罩設(shè)備，專用于改善老年住院患者在光打擾、噪聲及夜間護(hù)士巡房的情境，通過模擬自然光環(huán)境、使用音樂助眠及監(jiān)測生命體征，提升睡眠質(zhì)量；Kiaghadi等實(shí)現(xiàn)了將傳感器直接編織到紡織品或服裝中，持續(xù)檢測睡眠質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)——心跳、呼吸和睡眠姿勢，并在不知不覺中調(diào)整“智能睡衣”改善老年用戶睡眠。

2.2.2 呼吸監(jiān)測

呼吸頻率是判斷人體健康的重要指標(biāo)，尤其老年用戶又是肺炎、呼吸衰竭和睡眠呼吸暫停低通氣綜合征的高發(fā)群體。Rodriguez-Villegas等研發(fā)了一款用于監(jiān)測患者呼吸暫停的可穿戴醫(yī)療設(shè)備，在10 s內(nèi)檢測到呼吸暫停和呼吸不足，其靈敏度為77.1%，特異性為99.7%，解決了傳統(tǒng)設(shè)備無人監(jiān)督時的使用困難。在商業(yè)化產(chǎn)品中，美國BreathResearch公司發(fā)布的智能耳機(jī)采集呼吸聲音數(shù)據(jù)，并分析聲速、連貫性和清晰程度，在手機(jī)App上給用戶針對性意見；AirPods使用設(shè)備的板載麥克風(fēng)在用戶行動過程中采集吸氣和呼氣的聲音，監(jiān)測呼吸頻率、跟蹤心肺健康程度，使估算呼吸頻率更加經(jīng)濟(jì)高效。

2.2.3 心率監(jiān)測

心率監(jiān)測作為老年人的常規(guī)健康監(jiān)測指標(biāo)，目前已經(jīng)成為眾多上市可穿戴設(shè)備的重要賣點(diǎn)。這一功能的實(shí)現(xiàn)多采用光電容積脈搏波描記法，然而多數(shù)商業(yè)化可穿戴設(shè)備對靜止?fàn)顟B(tài)下的心率監(jiān)測準(zhǔn)確，卻在運(yùn)動狀況下誤差較大。Xiao等研發(fā)的智能手環(huán)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動人群的心率狀況監(jiān)測，采用物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理分析后對異常數(shù)據(jù)及時報警。張海軍等研發(fā)的彈性針織背心集成了心電監(jiān)測儀、電極片和導(dǎo)聯(lián)線等裝置，對人體造成的壓力小，符合老年人日?；顒蛹敖】档谋O(jiān)護(hù)需求。

2.2.4 血壓監(jiān)測

老年人免疫力弱，身體器官機(jī)能逐漸下降，慢性病的患病率高?？纱┐髟O(shè)備針對某項(xiàng)代謝指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，對監(jiān)護(hù)老年人日常健康狀況具有重要意義。應(yīng)用于可穿戴設(shè)備的無袖帶血壓技術(shù)可以持續(xù)、實(shí)時進(jìn)行血壓監(jiān)測，通過光電傳感器采集血管吸收或反射的光量監(jiān)測血氧飽和度、脈搏波形和脈搏波傳導(dǎo)速度等變量估算血壓水平，然后與機(jī)器學(xué)習(xí)算法結(jié)合，矯正血壓值以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量。

2.2.5 血糖監(jiān)測

血糖的自我監(jiān)測有助于老年人穩(wěn)定維持血糖水平、患者可及時調(diào)整胰島素用量。目前大多數(shù)監(jiān)測方式仍是有創(chuàng)監(jiān)測，但這種方式不適合持續(xù)測量，加劇了老年用戶的生活不便和患者痛苦。無創(chuàng)監(jiān)測通過眼淚、汗液及唾液等體液中葡萄糖含量的測量，間接獲得血糖值。Oh等研發(fā)的汗液傳感器附著于皮膚，檢測汗液中的葡萄糖和pH。該設(shè)備將碳納米管逐層沉積，制造圖案化的可拉伸電極，在濕潤的皮膚上也具有良好的附著力。Nakanishi等設(shè)計(jì)的可穿戴式無痛微針胰島素泵，利用電解產(chǎn)生的壓力變化，以0.15μL/s的速度提取幾微升人體血液，通過微型胰島素注射泵自動調(diào)整胰島素用量并注射。

2.3 定位監(jiān)測

當(dāng)老年人出現(xiàn)健康問題，特別是對于患有阿爾茨海默病或被判定為跌倒的老人而言，即時定位并傳送其位置信息給監(jiān)護(hù)人才能縮短響應(yīng)時間提升治愈率。日本智能手表CleverCare使用GPS定位危險和安全區(qū)域，當(dāng)阿爾茨海默病患者離開安全區(qū)域時自動向緊急聯(lián)系人發(fā)出提醒，并且配備24小時呼叫中心，可自動撥出緊急呼叫電話預(yù)防突發(fā)事件[7]。許黛芳等設(shè)計(jì)了基于石墨烯柔性傳感器和阿爾茨海默病患者需求的智能服裝，其核心功能包含輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、跌倒檢測、健康監(jiān)測和語音提醒，并且經(jīng)過了舒適性檢驗(yàn)和用戶主觀評價檢測，舒適度、美觀度都比較高。

我國“愛牽掛”公司為高齡用戶設(shè)計(jì)的智能手環(huán)，將GPS、北斗等多種定位系統(tǒng)結(jié)合提高定位準(zhǔn)確度，并且通過室內(nèi)安裝的射頻識別設(shè)備精準(zhǔn)地判別老人跌倒受損情況和具體位置信息。美國AT&T研發(fā)的Ever There的可穿戴設(shè)備識別準(zhǔn)確度較高且便攜度很高，可當(dāng)作串繩或者別針紐扣，與當(dāng)?shù)蒯t(yī)療系統(tǒng)聯(lián)合，自動向急救中心發(fā)出警報[8]。

2.4 運(yùn)動健康監(jiān)護(hù)

在有效提升老年人生活質(zhì)量、提升機(jī)體抵抗力等方面，合理適當(dāng)?shù)捏w育運(yùn)動發(fā)揮著不可替代的作用。另外，運(yùn)動分析和步態(tài)監(jiān)測分別在老年康復(fù)醫(yī)學(xué)和帕金森病的改善具有重要意義。目前市場上大多數(shù)可穿戴設(shè)備都具備運(yùn)動監(jiān)測和分析功能，通過傳感器采集數(shù)據(jù)然后藍(lán)牙傳輸至智能手機(jī)，展示運(yùn)動類型、消耗的能量和心率等。表2匯總了一些典型的商用運(yùn)動監(jiān)測智能手環(huán)/手表的特點(diǎn)。若將可穿戴設(shè)備采集的運(yùn)動數(shù)據(jù)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，需要使用更多種類且靈敏度更高的傳感器，以補(bǔ)償運(yùn)動跟蹤所獲得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不足的缺點(diǎn)。

表2 典型商用運(yùn)動監(jiān)測智能手環(huán)/手表特點(diǎn)匯總

帕金森病通常發(fā)生在60歲以上的老人，全球約有1%的老人罹患該病，而且隨著年齡的增長患病率會越來越高。運(yùn)動癥狀監(jiān)測是帕金森病癥狀定量評估的關(guān)鍵監(jiān)測方式[9]?？纱┐髟O(shè)備主要采集步長、凍結(jié)步態(tài)、運(yùn)動時間和抖動長度等運(yùn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)。Chomiak等設(shè)計(jì)的可穿戴設(shè)備可實(shí)時計(jì)算帕金森患者的步伐高度，并可讓患者在家中隨音樂播放而原地踏步，提高患者的運(yùn)動自律性，滿足患者對自我管理運(yùn)動困難癥狀的需求。已商業(yè)化的帕金森患者可穿戴設(shè)備中，APDM公司的移動傳感器、Gait up公司的Physilog平臺結(jié)合可穿戴運(yùn)動傳感器、Cyma公司的StepWatch3（步數(shù)活動監(jiān)測器）、McRoberts公司的DynaPort傳感器等被推薦用于帕金森病的監(jiān)測。

3 老年人可穿戴設(shè)備的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢

3.1 面臨的挑戰(zhàn)

3.1.1 數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)制度不完善

缺乏可穿戴設(shè)備的倫理方面研究。相關(guān)政策法規(guī)尚不完善，部分用戶隱私保護(hù)意識薄弱。廠商所擁有的個人醫(yī)療數(shù)據(jù)，在可穿戴設(shè)備技術(shù)缺陷和數(shù)據(jù)管控缺失雙重影響下，非常容易導(dǎo)致老年人醫(yī)療健康數(shù)據(jù)和隱私泄露[10]。

3.1.2 缺少統(tǒng)一的行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

要實(shí)現(xiàn)商業(yè)可穿戴設(shè)備與醫(yī)療系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接、不同廠商間的可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)共享，則缺少統(tǒng)一的行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)規(guī)模小影響數(shù)據(jù)分析效果。

3.1.3 老年人對可穿戴設(shè)備接受能力差

老年人普遍對電子設(shè)備類的產(chǎn)品接受能力差、有抵觸情緒，且可穿戴設(shè)備在老年群體少有針對性的宣傳，大多數(shù)用戶對這種新型的健康監(jiān)測和管理設(shè)備存在疑慮；產(chǎn)品缺少售后培訓(xùn)環(huán)節(jié)，老年人在遇到使用問題后難以繼續(xù)長期、持續(xù)的使用。

3.2 發(fā)展趨勢

3.2.1 加強(qiáng)可穿戴設(shè)備健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全和隱私保護(hù)

可穿戴設(shè)備的制造和銷售廠商提高法律意識，提供通俗易懂的數(shù)據(jù)使用同意協(xié)議，明確規(guī)定數(shù)據(jù)的采集方式、使用范圍。相關(guān)部門加強(qiáng)監(jiān)管，明確行業(yè)數(shù)據(jù)使用規(guī)范，健全數(shù)據(jù)安全和隱私保障體系；聯(lián)合行業(yè)專家，建議行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)的研發(fā)，明確數(shù)據(jù)共享方式和范圍。

3.2.2 與醫(yī)療健康管理融合提供精準(zhǔn)服務(wù)

使用可穿戴設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合最新研究成果、機(jī)器學(xué)習(xí)算法，與專業(yè)醫(yī)院互動，提供更專業(yè)的診療方案。尤其對于高血壓等老年慢性病，遺傳和環(huán)境等影響因素多，導(dǎo)致患者個體對治療的反應(yīng)差異較大，助力精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)將是未來可穿戴設(shè)備的重要發(fā)展方向。

3.2.3 價格更親民

要讓可穿戴設(shè)備廣泛應(yīng)用于日常健康管理及臨床疾病管理，需要研發(fā)更多便攜且價格實(shí)惠的微型傳感器。特別是在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)及對于低收入老年人群體，要享受到智慧養(yǎng)老帶來的發(fā)展紅利，更需要降低價格、滿足用戶需求。

3.2.4 產(chǎn)品設(shè)計(jì)與選材貼合老年人喜好

盡可能減少可穿戴設(shè)備重量與規(guī)模，簡單易用、說明清晰；選擇舒適、透氣且柔軟的面料，提高產(chǎn)品穿戴的舒適性；通過選材，從肌理、溫度和光澤3個方面?zhèn)鬟f出柔和、溫暖的產(chǎn)品特色，增加老年人的安全信任感。應(yīng)盡可能隱藏產(chǎn)品的新、奇、怪特征，讓可穿戴設(shè)備外形融于日常穿戴、更具傳統(tǒng)色彩。

4 結(jié)束語

老年人可穿戴設(shè)備是互聯(lián)網(wǎng)科技與養(yǎng)老服務(wù)融合的新興產(chǎn)物，能夠幫助實(shí)現(xiàn)老年人的日常健康管理和疾病自我管理，本文總結(jié)了老年人跌倒、睡眠、呼吸、心率、血壓、血糖、定位監(jiān)測及運(yùn)動健康監(jiān)護(hù)的可穿戴設(shè)備部分具體產(chǎn)品。在我國不斷推動智慧健康養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)發(fā)展的背景下，可穿戴設(shè)備將不斷優(yōu)化，向信息精準(zhǔn)安全、提供醫(yī)療服務(wù)、性價比高、穿著舒適且符合老年人審美需求方向發(fā)展，為提高老年人生活質(zhì)量，減輕醫(yī)療壓力服務(wù)。