可穿戴設備走進我們的生活

黃安娜

翹首以盼的巴西世界杯即將落幕，足球迷們支持自家的球星、球隊，可大家還應注意到另一件事，在這屆世界杯開幕式上，踢出第一球的既不是某位大牌球星，也不是什么足協大佬，而是一位癱瘓少年，他借助機械外骨骼和意念控制頭盔，書寫出了這段輝煌的人生里程。他是怎么做到的？這位癱瘓少年是如何站起來并奮力一踢的？我們又如何能足不出門、更快更全面地就醫看??？如何能更加健康地生活？在4G網絡、物聯網、傳感器異軍突起的今天，這些技術又將給醫療設備注入怎樣的活力？

可穿戴設備讓癱瘓少年站起來

巴西癱瘓少年如何移動自己原本不受控制的雙腿？靠的是一種“借助意念”技術和“3D打印”技術。3D打印，這個讓人們已不再陌生的技術，是快速成型技術的一種，它以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印方式來構造物體。3D打印通常采用數字技術材料打印機來實現，與傳統紙張二維打印不同，3D打印出來的東西是三維立體的。只要有足夠原材料，打印汽車、器官都不在話下，甚至還有人用來打印水果。

在科羅拉多州立大學的Idea-2-Product 3D打印實驗室里，研究人員已開發出了用于控制外骨骼的頭盔。頭盔上安置的電極對應人頭部的不同位置，以幫助他們大腦更好地與電極溝通。因頭盔必須進行定制，以適合佩戴者的頭部，研究人員利用3D打印技術幫助制造頭盔的內襯。這個內襯必須能夠保護頭部和電極，而且要與頭盔相匹配。當癱瘓少年想著走路時，電極會將大腦信號傳輸到一臺小型電腦里，這臺電腦像一個背包背在身后，由電腦將無線指令信號轉化成運動。

依靠智能技術，我們普通人又能享受到哪些醫療便利？這就要說到可穿戴式設備了。

據媒體報道，中國某醫療電子股份有限公司旗下品牌ihealth，曾在今年的國際消費類電子產品展覽會開幕前發布了兩款可穿戴式醫療設備，分別為動態血壓監測儀和可穿戴式脈搏血氧儀。

血壓監測儀是通過傳感器來檢測人體動脈血管壁震動引起的袖帶壓力微小變化，最常用的是振蕩法，其基本原理是利用捆綁在手臂上的袖帶，通過充氣泵向袖帶充氣，以阻斷血管中脈動的傳播，達到一定壓力后開始放氣，當氣壓到一定程度血流就能通過血管，且有一定量振蕩波，逐漸放氣，振蕩波愈來愈大，再放氣，由于袖帶與手臂的接觸越來越松，因此壓力傳感器所檢測到的壓力及波動則越來越小，壓力傳感器就能實時檢測到袖帶內的壓力及波動。而振蕩波是通過氣管傳播到機器里的壓力傳感器，經過相應放大、濾波電路、模擬數字信號轉換、中央處理器控制等處理環節，將通過袖帶傳遞到氣路中的脈動信號和壓力信號轉換成數字信號，然后經過進一步處理，得出血壓的收縮壓、舒張壓、平均壓等數據。這種動態血壓監測儀可通過藍牙、USB連接到移動設備上，將數據上傳至醫護人員，平時被使用者穿在外面，提供24小時的血壓監控。

血氧飽和度是血液中氧合血紅蛋白容量占全部血紅蛋白容量的百分比，是呼吸循環中的重要生理參數。許多呼吸系統疾病會引起人體血液中血氧飽和度的降低，嚴重時會威脅人的生命，其可穿戴式血氧飽和度監測儀，采用數字模擬信號轉換控制LED雙光源交替發光，以光頻轉換接收頭為傳感器，將光強信號轉換為頻率信號，直接送入單片機采集。根據反射式原理計算得到結果，再以無線信號發送數據。有些血氧飽和度監測儀還針對動態環境下獲取的干擾進行消除計算處理，使血氧飽和度數據更加精確。

美國SPOMedical公司也曾推出一款“血氧手表”，可在睡眠過程中監測使用者的血氧飽和度，從而降低患有睡眠窒息癥者在夜間出現呼吸阻礙的危險。而中國公司的這款可穿戴式血氧飽和度監測儀，則更加便捷，可持續監控用戶血氧飽和度和脈搏率，并配備了指尖傳感器連接到腕部設備，可監測用戶在每日正?；顒又谢蛞归g的血氧飽和度。

T恤衫，不僅僅是件衣服

如果感覺使用這些監測儀、無線設備還是太麻煩，如今又有了更加簡便“T恤衫”。

據悉，以色列醫療健康創業公司的智能T恤衫中，內置了心電圖傳感器，并具備3—15道心電圖機的功能。通常情況下，病人只有在接受12道心電圖機的檢查環節后，醫生才能正式確定病人是否患有心臟病。而從病人匯報病情到接受檢查，往往要花不少時間。如果穿上這種智能T恤，心臟病醫生就能接收到T恤實時發送的心電圖數據，能及時、準確了解病人情況，及時給出治療方案。如此神奇的T恤衫還能用機洗烘干，而且T恤衫內置了一個電子部件，可存儲長達70個小時的數據或將數據以無線信號傳輸到安卓智能手機上。當然，用戶在對這種T恤衫洗滌之前，需將該電子部件取出。

據了解，這樣的智能T恤衫除能夠追蹤人體生命體征外，還能記錄人體熱量消耗與壓力水平。這樣就免除了佩戴智能腰帶、手帶等設備的煩惱。其實，它的作用原理很簡單。智能T恤衫由光纖和導線編織而成，內置微型傳感器。嵌入織物中的傳感器可在穿著者的日?；顒又杏涗?0多個心肺生理參數，其中利用感應容積描記法，通過向內嵌于外衣胸部和腹部位置的正弦排列導線陣列連續發射高頻低強度電流監測呼吸狀況，利用采集的單通道心電信號計算心率，通過三維加速度計感知人體的體位和身體活動情況。

這種智能T恤衫可連接其他外圍設備，還可測量血壓、血氧飽和度、體溫和皮膚溫度，其數據傳輸到互聯網電子數據處理中心，處理結果將以簡報或高分辨率波形圖的形式提交給醫生，以便醫護人員隨時監控使用者的健康，做出準確診斷。

皮膚之外還有“皮膚”

在各種令人耳目一新的可穿戴式設備中，都有一個關鍵裝置——傳感器，也就是我們皮膚之外的皮膚。它可感受外界情況的變化，比如冷暖、快慢，并作出相應反應，就像我們的皮膚一樣。

據悉，傳感器根據各自原理，可分為壓阻式傳感器、壓容式傳感器和壓電式傳感器等。而傳感器與紡織技術結合后發展成電子織物技術，其中用得較多的是壓電式傳感器和光纖。普通傳感器如電阻或電容傳感器的性能受材料（或結構）力學滯后性影響，與電線或相關傳感器相比，光纖不僅不生熱，而且對電磁輻射不敏感，所以應用更為廣泛。

有專家告訴記者，電子織物中的傳感器、執行器、電子元件、電源等部件的功能可以通過兩種方法實現，一種是將傳統傳感器，如微控制器、發光二極管、光纖和壓電傳感器等集成到布料中，另一種是開發基于有機材料，即電活化聚合物的裝置。新紡織技術（如將金屬絲編織到織物中）的發展加速了采用第一種方法制成的電子織物在電連接、數據通訊和供電等方面的應用。在感受不同信號時，需要不同傳感器，如聚合亞乙烯基氟化物，其壓電系數為24—27pC/N，是最常用的壓電聚合物，能夠檢測頸動脈和橈動脈處的脈搏、心尖脈搏和聲音。

目前看，科技將對我們的健康帶來無限可能性。曾幾何時，外骨骼、“神奇頭盔”、智能T恤衫，僅僅是科幻片中的天方夜譚。如今，可穿戴式醫療設備正在進入我們的日常生活，以更加便捷、迅速、智能的方式保衛著我們的健康。endprint