心源性猝死預(yù)警與急救系統(tǒng)設(shè)計策略研究

摘要：心源性猝死是全球范圍內(nèi)最難以預(yù)防的死亡原因之一，發(fā)生突然且救治時間極為有限。為了更好地優(yōu)化與解決有關(guān)心源性猝死問題，提出預(yù)警與急救系統(tǒng)設(shè)計策略探討。分析目前心源性猝死監(jiān)測預(yù)警與急救各方面情況，歸結(jié)痛點為：“時空環(huán)境條件”“短時間內(nèi)專業(yè)手段缺失”“快速預(yù)警救治”等。最終為心源性猝死的預(yù)防與干預(yù)提出了一系列創(chuàng)新設(shè)計策略，包括仿生學(xué)設(shè)計、情感化設(shè)計、可視化設(shè)計。提出了心源性猝死預(yù)警與急救系統(tǒng)設(shè)計方案，并提供了更為舒適的情感化交互體驗，提高急救率。該方法為心源性猝死預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計及創(chuàng)新研發(fā)提供了參考。

關(guān)鍵詞：心源性猝死；系統(tǒng)設(shè)計；產(chǎn)品設(shè)計；智能醫(yī)療；監(jiān)測預(yù)警與急救

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-0069（2025）04-0142-04

Abstract：Sudden cardiac death is one of the most difficult causes of death to prevent globally， occurring suddenly and with extremely limited time to save. In order to better optimise and solve the problems related to sudden cardiac death， a strategy for the design of early warning and emergency systems is proposed. Analyse the current situation of sudden cardiac death monitoring， early warning and first aid in various aspects， and summarize the pain points as： “spatial and temporal environmental conditions”， “l(fā)ack of professional means in a short period of time”， “rapid early warning and treatment” etc.. Finally， a series of innovative design strategies are proposed for the prevention and intervention of sudden cardiac death， including bionic design， emotional design and visualisation design. The design of a sudden cardiac death warning and resuscitation system is proposed and provides a more comfortable and emotional interaction experience to improve the resuscitation rate. The methodology informs the design and innovative development of early warning systems for sudden cardiac death.

Keywords：Sudden cardiac death； System design； Product design；Intelligent healthcare； Monitoring， early warning and emergency care

引言

心源性猝死（Sudden Cardiac Death，SCD）是指心臟在短時間內(nèi)驟然停跳，導(dǎo)致呼吸停止并最終導(dǎo)致死亡[1]，通常在1小時內(nèi)發(fā)生。流行病學(xué)調(diào)查顯示，歐美地區(qū)SCD的發(fā)生率為每10萬人中50至100例，亞洲地區(qū)為每10萬人中37至43例，我國則為41.8例/10萬人；我國每分鐘有2人發(fā)生SCD，年發(fā)生總數(shù)達(dá)54.4萬例，居全球首位，每天近3000人死于SCD[2]。由于多數(shù)患者在發(fā)病前沒有任何癥狀，且發(fā)病時間快，導(dǎo)致70%的患者因為沒有得到急救而失去寶貴的生命。其突發(fā)性和高致死率使得SCD成為全球公共健康領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。因此，早期預(yù)警并快速響應(yīng)顯得尤為必要。本研究提出了一種以仿生學(xué)設(shè)計、情感化設(shè)計、可視化設(shè)計3種設(shè)計策略為一體的系統(tǒng)設(shè)計，通過對高風(fēng)險人群的持續(xù)監(jiān)測和及時預(yù)警，提高對SCD的應(yīng)對能力。

一、心源性猝死與用戶研究

（一）心源性猝死的危險性

25%至30%的SCD發(fā)生在患有心肌病和冠心病等心臟病高危人群，仍有大多數(shù)發(fā)生在未確診心臟病的患者和普通人群[3]。SCD急性癥狀在1小時內(nèi)伴隨著意識突然喪失，死亡時間和方式出乎意料[4]。美國每年有23萬至35萬人死于SCD，院外SCD的生存率為6%，歐洲的SCD發(fā)病率與美國相似；我國SCD的發(fā)病率為每10萬人中41.8例，每年發(fā)病人數(shù)高達(dá)54.4萬，居全球首位，且SCD患者的生存率不到1%[5]。近年來，SCD的發(fā)生率不斷攀升，呈現(xiàn)年輕化的趨勢，已成為全球范圍內(nèi)嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題；而當(dāng)前的心源性猝死預(yù)警系統(tǒng)僅限于院內(nèi)急救且依賴于醫(yī)院內(nèi)專業(yè)人員和設(shè)備的監(jiān)測，錯過最佳急救時間并且儀器設(shè)備操作復(fù)雜，難以監(jiān)測高風(fēng)險人群突發(fā)SCD，及時救治。因此，研究SCD的影響因素并制訂有效的干預(yù)措施顯得尤為重要。

（二）用戶研究

1. 心源性猝死臨床表現(xiàn)4個階段：SCD的臨床表現(xiàn)分為4個階段：第1階段前驅(qū)期，常發(fā)生在心搏驟停前的數(shù)天至數(shù)月，通常缺乏特異性，無法準(zhǔn)確預(yù)測。第2階段發(fā)病期，是心血管狀態(tài)急劇變化至心搏驟停發(fā)生前的一段時間，通常不超過1小時。第3階段心搏驟停期，意識完全喪失；心搏驟停后大多數(shù)患者在4～6分鐘內(nèi)出現(xiàn)不可逆腦損害，若未立即搶救，通常會在數(shù)分鐘內(nèi)進(jìn)入死亡期。第4階段生物學(xué)死亡期，發(fā)生時間取決于原發(fā)病的性質(zhì)及復(fù)蘇的及時性[6]。如表1所示，及時監(jiān)測、預(yù)警只能是前驅(qū)期、發(fā)病期、心搏驟停期，盡早進(jìn)行心肺復(fù)蘇、電除顫救治是預(yù)防生物學(xué)死亡的關(guān)鍵。

2. 醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)療信息情感化調(diào)研：疾病不僅導(dǎo)致軀體損傷且會產(chǎn)生消極的心理，甚至加劇病情的惡化；進(jìn)行檢查、治療、康復(fù)過程中接觸到醫(yī)療器械設(shè)備和檢查報告信息時會產(chǎn)生不同的情感體驗，在設(shè)計中不可忽視。本研究對有內(nèi)外科疾病的148位目標(biāo)用戶接觸影像檢查（B超、X光、CT 、核磁）與心電監(jiān)測（心電圖儀、24小時動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀）進(jìn)行抽樣調(diào)查，實地開展一系列情感訪談，用戶年齡為27至55歲人群，其中男性78人，女性 70人。調(diào)研結(jié)果如表2、3所示。

分析結(jié)果表明，目前用戶對設(shè)備的視覺、聽覺、觸覺及使用均沒有積極感受；對醫(yī)學(xué)信息的認(rèn)知理解存在困難。本設(shè)計圍繞表達(dá)機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化與設(shè)計，并對產(chǎn)品和視覺信息進(jìn)行設(shè)計表達(dá)的優(yōu)化和改良，使其在與患者發(fā)生各類接觸與交互過程中（主要為視聽覺、聽覺、觸覺、使用和認(rèn)知理解等），最大限度地降低了受眾主觀情感體驗中的“排斥反應(yīng)”。

二、 心源性猝死監(jiān)測指標(biāo)與急救措施

（一）SCD監(jiān)測指標(biāo)

1.左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）：LVEF是通過測定心臟每搏心排血量占左室舒張末期容積的百分?jǐn)?shù)，是評價心臟收縮功能的重要指標(biāo)。用于判斷心功能狀態(tài)及病情預(yù)后。測量LVEF 方法目前有：有創(chuàng)的導(dǎo)管法、無創(chuàng)的超聲心動圖、磁共振、放射性核素心血池顯像等。最常采用無創(chuàng)的超聲心動圖進(jìn)行的測量[10]。

2.體表心電圖（ECG）及動態(tài)心電圖（DCG）：SCD主要為致命性心律失常所致。流行病學(xué)調(diào)查約90%的SCD與心律失常有關(guān)，其中75%為室性心動過速，17%為緩慢性心律失常，8%為心室顫動。為了降低SCD發(fā)生率，越來越重視SCD預(yù)警檢查，通過ECG/DCG可監(jiān)測并準(zhǔn)確診斷；其應(yīng)用廣泛和可重復(fù)性而成為檢測和預(yù)測SCD重要工具[11]。ECG/DCG監(jiān)測SCD心電現(xiàn)象如圖1所示。

3.血壓（BP）和心率（HR）：BP和HR是人重要的生命體征。正常成人的血壓<120/80毫米汞柱（mmHg），血壓≥140/90mmHg為高血壓，血壓<90/60mmHg為低血壓。正常的心率是60～100次/分，低于60次/分稱之為竇性心動過緩，高于100次/分稱為竇性心動過速。SCD血壓心率消失[12]，故BP和HR為重要監(jiān)測SCD指標(biāo)。

（二）急救措施

目前，SCD急救措施主要有除顫、心臟起搏器植入、心肺復(fù)蘇以及心臟復(fù)蘇后的治療策略、藥物治療等多種方法[13]。其一，心臟電復(fù)律-心臟電除顫是通過胸壁或直接對心臟施加高能量電沖擊，在極短的時間內(nèi)使所有心肌纖維同步去極化，中斷折返通路，消除異位興奮源，恢復(fù)竇房結(jié)重新對心律的控制[14]。其二，心臟起搏是起搏器發(fā)放的電脈沖傳到心臟，引起心臟興奮跳動，代替竇房結(jié)控制起搏節(jié)律[15]。其三，初級心肺復(fù)蘇（CPR）是針對心搏呼吸驟停者采取的最初急救措施，在4～6分鐘內(nèi)力爭盡可能挽救患者的生命[16]。其四，藥物除顫主要通過胺碘酮、腎上腺素、利多卡因等藥物恢復(fù)竇房結(jié)正常功能，使用這類藥物需具有醫(yī)學(xué)?？迫藛T使用，急救效果因人而異。

三、目前心源性猝死監(jiān)測產(chǎn)品分析

現(xiàn)有SCD監(jiān)測與急救產(chǎn)品種類、適用人群、優(yōu)劣勢對照，其具體分析如表4所示。

四、心源性猝死預(yù)警痛點分析

80%的SCD發(fā)生在院外，情況復(fù)雜造成無法第一時間進(jìn)行有效專業(yè)急救，導(dǎo)致院外死亡率高[17]。SCD發(fā)病前期無典型征兆導(dǎo)致發(fā)病時難預(yù)判。SCD在4～6分鐘后出現(xiàn)不可逆器官損傷，有效救治時間極短，從而對施救反應(yīng)時間要求極高。SCD 4個階段可知，發(fā)病前期或發(fā)病期喪失部分或全部意識和行為能力直接降低有效自救或有效求救機(jī)會。

五、心源性猝死預(yù)警與急救系統(tǒng)設(shè)計

通過痛點分析，系統(tǒng)設(shè)計流程從4個方面進(jìn)行響應(yīng)機(jī)制功能規(guī)劃。主動監(jiān)測功能是通過實時監(jiān)測、顯示佩戴者生命體征數(shù)據(jù)（心電活動、血壓、心率）信息，應(yīng)用遠(yuǎn)程通信技術(shù)發(fā)送給專業(yè)醫(yī)務(wù)人員，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。主動預(yù)警功能是指佩戴者出現(xiàn)異常心電監(jiān)測信息時，主動向佩戴者本人、其家屬、專業(yè)醫(yī)務(wù)人員發(fā)送危險警告，主動預(yù)警功能通過聽覺觸覺反饋、視覺信息表達(dá)、配合遠(yuǎn)程通信技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)警。主動救治功能指佩戴者心電監(jiān)測信息出現(xiàn)異常，無法進(jìn)行自救時，主動進(jìn)行心臟電除顫、心臟起搏、CPR等急救手段救治。主動求救功能指佩戴者心電監(jiān)測信息出現(xiàn)嚴(yán)重異常，且出現(xiàn)昏厥等無自主意識時，主動向第一目擊者和醫(yī)療機(jī)構(gòu)同時發(fā)送求救信息，并指導(dǎo)第一目擊者配合本產(chǎn)品實施急救，幫助專業(yè)醫(yī)療急救人員快速到達(dá)現(xiàn)場。整體系統(tǒng)設(shè)計流程如圖2所示。

系統(tǒng)設(shè)計流程中的產(chǎn)品監(jiān)測數(shù)據(jù)和通訊功能分為兩個環(huán)節(jié)。第一個環(huán)節(jié)是產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)交換與監(jiān)測。將體表設(shè)備，體外設(shè)備以及體內(nèi)設(shè)備三者進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交換。通過高效的通訊協(xié)議和技術(shù)手段，確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確、及時地傳輸和接收，從而提供全面的監(jiān)測信息。第二個環(huán)節(jié)是產(chǎn)品與相關(guān)救助人員之間的數(shù)據(jù)交換與預(yù)警。將監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸給相關(guān)人員（緊急醫(yī)療救護(hù)機(jī)構(gòu)、緊急聯(lián)系人、病發(fā)現(xiàn)場附近人員），通過建立高效的通訊網(wǎng)絡(luò)和預(yù)警機(jī)制，確保數(shù)據(jù)快速且準(zhǔn)確地送達(dá)，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)警效果。這一環(huán)節(jié)還包括對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析和處理，生成預(yù)警信息，并通過各種通信手段（如短信、電話）通知相關(guān)人員，以便能迅速采取相應(yīng)的救助措施。此系統(tǒng)不僅能提高對心源性猝死的預(yù)警能力，還能在關(guān)鍵時刻提供及時的救助響應(yīng)。具體的設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測及通訊功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

六、產(chǎn)品設(shè)計策略及創(chuàng)新點

SCD高風(fēng)險人群（急性心肌梗死、肥厚型心肌病、有SCD家族病史、不良的生活習(xí)慣等）突然發(fā)病時將喪失部分/全部的意識和行為，目前的醫(yī)療儀器和監(jiān)測產(chǎn)品都是人為操控的，此時無法自救。本設(shè)計將人為操控產(chǎn)品的模式轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品自動監(jiān)測呼救并主動救治。

（一）產(chǎn)品設(shè)計策略

1.仿生學(xué)設(shè)計策略：反應(yīng)是對機(jī)體內(nèi)外環(huán)境變化所產(chǎn)生的應(yīng)答，諸如運(yùn)動時心率提高，溫度升高時皮膚排汗等。SCD在院外發(fā)病時無特異性的主觀感受，喪失了自我調(diào)節(jié)功能，表現(xiàn)出部分或完全喪失行為與意識。設(shè)計主動監(jiān)測產(chǎn)品用于監(jiān)測佩戴者突發(fā)生命體征變化，通過監(jiān)測到的信息主動采取急救。

共生是指兩種不同生物之間所形成的緊密互利關(guān)系。受此啟發(fā)，優(yōu)化設(shè)計表達(dá)提升用戶情感化體驗，強(qiáng)化佩戴者積極的心理感受，消除心理上對設(shè)備的“排斥感”，保證佩戴者主動全天佩戴使用。最終設(shè)備與佩戴者建立一種“共生”的良性關(guān)系，既保障佩戴者生命安全，又保障設(shè)備發(fā)揮功能。

2.情感化設(shè)計與可視化設(shè)計策略：醫(yī)療產(chǎn)品情感化人性化設(shè)計注重情感化設(shè)計產(chǎn)品的外觀，本設(shè)計更多地融入關(guān)愛，呵護(hù)，陪伴等元素，讓使用者感到親切、溫暖。醫(yī)療產(chǎn)品外觀設(shè)計與使用環(huán)境、使用場景相結(jié)合，緩解患者的緊張，排斥等消極心理。本研究問卷分析了解到，大多數(shù)醫(yī)療產(chǎn)品使用者不能正確解讀心電圖等醫(yī)療檢測報告，本設(shè)計將這些醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并形成可視化便于正確解讀。故設(shè)計全天佩戴的醫(yī)療產(chǎn)品滿足使用便捷、操作簡單和數(shù)據(jù)信息清晰易懂，既符合外觀造型美學(xué)及結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，又符合醫(yī)療產(chǎn)品的安全性、有效性。

（三）產(chǎn)品創(chuàng)新點

1.體外產(chǎn)品設(shè)計：佩戴者與設(shè)計產(chǎn)品間需存在相互良性依存關(guān)系，本產(chǎn)品的設(shè)計將優(yōu)化產(chǎn)品的視覺、聽覺、觸覺感受以及交互使用體驗，提升佩戴者對產(chǎn)品的心理接納程度，并對現(xiàn)有市場的產(chǎn)品進(jìn)行分析、提煉、創(chuàng)新。仿造生物爬行的特點，將產(chǎn)品的“腳”設(shè)計成具有折疊的功能，在產(chǎn)品處于求救狀態(tài)時，底部的軟貼自動脫離，腳自動伸出，爬行到地面發(fā)出求救警報。（圖4）

2.心電信息可視化與再設(shè)計：本產(chǎn)品佩戴者感受自身正常心臟跳動的同時，能直觀地觀察到自身的正常心電活動呈現(xiàn)藍(lán)色，一旦監(jiān)測到異常的心電活動則呈現(xiàn)紅色。目前，記錄心電活動都是以心電圖的形式呈現(xiàn)，需醫(yī)學(xué)專業(yè)人士進(jìn)行分析。通過對心電活動信息的再設(shè)計，優(yōu)化信息表現(xiàn)形式—易讀性，幫助使用者及時了解病況信息（圖5）。發(fā)揮輔助預(yù)警的作用。提高了信息傳播的效率，使患者能夠迅速、全面獲取和理解與自身狀況相關(guān)的重要數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了心電再設(shè)計，這可以進(jìn)一步支持個性化的教育患者和溝通方式，確保不同認(rèn)知水平、不同健康狀況的用戶都能獲取適合自己的健康信息。

3.信息表達(dá)機(jī)制設(shè)計：信息表達(dá)機(jī)制設(shè)計包含了主動監(jiān)測、主動警告、主動救助。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中信息表達(dá)機(jī)制設(shè)計有效應(yīng)用，能夠顯著改善視覺感受與認(rèn)知理解，不僅降低了醫(yī)學(xué)術(shù)語和復(fù)雜信息對非專業(yè)用戶的理解難度，信息更加清晰、簡潔地傳遞給佩戴者，突出專業(yè)醫(yī)學(xué)信息的易讀性與可訪問性。提高了預(yù)警系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確度。最終提升了用戶的使用體驗、自主決策，促進(jìn)更精準(zhǔn)的健康管理。信息表達(dá)機(jī)制設(shè)計具體方案圖6所示。

4.產(chǎn)品設(shè)計裝置與技術(shù)：本產(chǎn)品設(shè)計裝置采用了光學(xué)心率和電生理傳感器技術(shù)、生物數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)、無線通信技術(shù)、算法與數(shù)據(jù)分析技術(shù)、電池與能量管理技術(shù)等。通過光學(xué)心率和電生理傳感器技術(shù)進(jìn)行記錄機(jī)體內(nèi)外環(huán)境變化（心率、脈搏、血氧飽和度、體溫、血容量等）進(jìn)行生物數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，幫助評估身體狀態(tài)，如本設(shè)計使用光電容積脈搏波描記法（PPG）使手環(huán)內(nèi)的LED發(fā)出光線，照射皮膚并測量血液流動的變化，計算心率；通過心電圖（ECG）監(jiān)測心臟的電活動。經(jīng)藍(lán)牙、Wi-Fi無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步傳輸，再經(jīng)算法與數(shù)據(jù)分析技術(shù)，預(yù)測未來存在的風(fēng)險提供個性化的健康建議及急救措施，SCD時提供預(yù)警急救。本產(chǎn)品采用電池低功耗芯片和無線充電能量管理技術(shù)，延長電池壽命。

七、產(chǎn)品使用場景與流程

實時監(jiān)測高危人群佩戴者的心電活動、血壓和心率等數(shù)據(jù)信息，通過遠(yuǎn)程通信技術(shù)實時發(fā)送給專業(yè)醫(yī)務(wù)人員，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，確保醫(yī)療團(tuán)隊能夠及時了解佩戴者的健康狀況。當(dāng)心電監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，設(shè)備主動啟動預(yù)警，發(fā)布風(fēng)險提醒。當(dāng)佩戴者無法自救，產(chǎn)品會觸發(fā)主動急救機(jī)制，進(jìn)行急救。當(dāng)佩戴者出現(xiàn)昏厥等無意識異常狀態(tài)，設(shè)備將自動觸發(fā)主動求救機(jī)制，輔助目擊者進(jìn)行急救，幫助專業(yè)急救人員快速到達(dá)現(xiàn)場。如圖7所示。

結(jié)語

當(dāng)今社會生活節(jié)奏的加快，工作壓力的增大，不良的生活習(xí)慣等導(dǎo)致心源性猝死發(fā)生率逐年上升。目前，尚未存在一個完整的急救預(yù)警系統(tǒng)降低SCD的死亡率，市場上也缺乏相關(guān)產(chǎn)品。在這種情況下，心源性猝死不僅令患者感到恐懼，也使醫(yī)學(xué)界專家束手無策，缺乏有效救治手段。本研究提出了一種創(chuàng)新的解決方案——心源性猝死預(yù)警與急救系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)通過實時監(jiān)測、主動預(yù)警、主動救治、主動求救相結(jié)合，以期在未來能夠更有效地挽救面臨心源性猝死風(fēng)險的患者的生命。

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