移動可穿戴醫療設備的應用發展研究

夏平

摘 要：在物聯網迅速發展的時代大背景下，隨著個性化醫療觀念的普及，移動可穿戴醫療設備迅速進入公眾的視野中。可穿戴醫療設備可通過與人體的無縫連接，獲取人體的生理健康數據，在慢性病管理、老齡化和特殊人群監護、家庭康復、突發疾病的預防等應用領域能起到至關重要的作用。文章論述了可穿戴醫療設備的發展現狀，以及未來發展面臨的問題并提出了改進建議。

關鍵詞：個性化醫療；可穿戴醫療設備；應用領域；問題及建議

在人們逐漸關注自身健康的前提下，個性化、自主化、智能化的醫療監測與分析受到越來越多的公眾關注。尤其是在我國醫療資源相對短缺的大形勢下，國家在政策上大力推動“健康中國”國家戰略的實施，移動“互聯網+”成了深化醫療改革，加快中國健康建設發展的重要手段。作為移動醫療細分領域的可穿戴醫療設備已經擁有了炙手可熱的發展前景，不難想象，未來的數字化移動醫療市場將會是可穿戴醫療設備的主場。另外，國家大力扶持養老服務行業，作為慢性病監測與預防的可穿戴醫療設備將會迎來一片發展的春天。

1 可穿戴醫療設備的發展現狀

可穿戴醫療設備指的是具備監測與分析人體生理數據功能的便攜式電子產品。目前常見的可穿戴醫療設備主要有智能手表、智能腕帶、智能眼鏡、智能服飾或鞋子等，它通過各種傳感器、無線互聯、多媒體技術實現與人的無縫連接，采集人體的生理健康數據，進行動態監測，并上傳到系統平臺進行存儲和處理，經過分析后將健康結果反饋給用戶，為用戶的醫療診斷提供有價值的參考和依據。

目前，可穿戴醫療設備在國內外的發展前景非常可觀。在國外，美國和歐盟斥巨資投入到可穿戴醫療行業中，各大發達國家也相繼投入人力財力到該應用領域中。在國際著名企業中，蘋果、索尼、谷歌、三星等公司紛紛強勢步入可穿戴醫療市場，致力于可穿戴醫療技術以及產品的研發。據研究報告分析指出，到2017年，中國可穿戴醫療市場規模將達到50億元，這無疑將形成可穿戴市場的空前繁榮。可穿戴醫療設備屬是將傳統醫療與移動化數字平臺結合的新興電子產品，雖然目前市場前景廣闊，但實際產品缺乏一定的實用價值，淪為雞肋，發展現狀也是不溫不火，雖有市場卻難有價值高的產品出現，因此真正的市場爆發還需要一定的時間和技術催化。

2 可穿戴醫療設備的技術實現

可穿戴醫療設備的功能主要由3個基本模塊實現：（1）數據采集模塊：主要由各種傳感器來實現對人體數據的采集，另外，需要集成對外部自然環境感知的傳感器。（2）無線通信模塊：目前常用于可穿戴醫療設備的無線通信技術主要有藍牙，紅外線，ZigBee，WiFi等，將數據傳輸到智能終端和服務器云端。（3）數據處理模塊：對上傳的數據進行同步的大數據分析，云計算處理，能夠對人體狀態進行實時監控和管理，提供醫療建議和診斷。

在數據采集模塊，傳感器是核心部分，起到了決定性的作用。傳統的傳感器體型較大，功耗大，不能滿足可穿戴醫療設備的性能需求。目前的可穿戴產品采用的傳感器均采用微型集成電路，結合新型柔性材料技術，將傳感器與物品完美結合，將可穿戴醫療產品外觀設計得更加微型化、智能化，提高產品的用戶體驗度，舒適度。在用戶端，主要依靠各種傳感器芯片來實現生理信號（如心率、體溫、脈搏、血壓等）的采集，同時，目前的產品也集成了常規環境采集的功能，能夠對用戶生活環境進行感知，具備對用戶生活出行提醒和指導的功能。

在無線通信模塊，可穿戴智能醫療設備主要與移動終端設備（如智能手機、平板電腦）和服務器端進行通信，實現數據的分析與顯示。主要技術可以采用藍牙傳輸構建通信網絡。藍牙技術是一種低功耗、短距離的無線高速傳輸標準，應用非常廣泛，可用于移動終端設備、固定設備以及樓宇網絡間的數據交換。另外，ZigBee技術是一種高效率、低功耗的無線傳輸協議，并具備結點自組網功能，可以構建ZigBee無線通信網絡[1]。不過市面上支持ZigBee協議的移動終端設備很少，難以服務于移動終端設備，因此限制了該技術在可穿戴醫療領域的應用。

在數據處理模塊，由于是對用戶生理信號的實時采集，導致上傳到服務器的用戶數據量是極其龐大的，并且要進行進一步的深度分析與計算。因此在服務器端應采用云服務平臺，對數據采用基于云計算的大數據挖掘技術。從海量數據中提取關鍵信息，為用戶醫療健康提供針對性、指導性的分析與建議。

3 可穿戴醫療設備的應用領域

可穿戴設備目前主要分為兩大類：（1）運動健康類，代表產品有手環、手表以及體重秤等，主要用于對用戶的生理健康數據的獲取，能夠進行計步、心率、卡路里、運動軌跡以及睡眠的監測以及分析等功能。（2）針對疾病監測類，代表產品有血壓計、血糖儀等，主要功能是對某類病人或特殊人群進行實時動態監測，分析病患的生理信號，如心電、脈搏、血壓、血氧、血糖、腦電等數據，為醫療診斷提供科學的數據依據。目前，可穿戴醫療設備主要的應用領域有慢性病管理，特殊人群監護，疾病預防與治療以及家庭康復等，如圖1所示。

3.1 慢性病管理

由于目前社會生活環境的影響，人們工作生活壓力大，在我國，目前慢性病的發病率比較高，病患人數眾多[2]。常見病如高血壓、冠心病以及糖尿病等。傳統的血壓計、血糖儀是以往監測高血壓，糖尿病人日常病情的重要手段，智能化的血壓計和血糖儀利用傳感技術和無線通信技術大大簡化了傳統設備的數據采集和記錄流程，并能實現智能化，自動化的云計算分析和處理，將結果反饋給患者和家人，讓慢性病監測更加方便、快捷、高效。

3.2 特殊人群健康監護

針對特殊人群如老人、小孩以及孕婦等，使用可穿戴醫療設備的健康監控功能，為這類人群提供定制化、可視化、智能化的健康分析與指導建議。一旦有特殊情況發生，可實時預警給預設的手機和電腦，讓家人能夠及時了解，及時救助。如果情況危急，可穿戴設備直接開啟自動報警急救功能，尤其是老齡群體，需要特殊的關愛和照顧，可穿戴醫療設備能夠做到防患于未然。endprint

3.3 疾病預防與治療

在疾病防治領域，智能化的可穿戴醫療設備將形成一種潮流化的趨勢，滿足人們對醫療設備更實用、更智能、更廉價的需求。針對突發高危疾病的預防與治療是迫在眉睫的，尤其是心肌梗死、癲癇等疾病，在2014年，美國創業公司Empatica針對癲癇病人設計了一款Embrace智能腕帶，主要作用是通過與移動設備的配合使用，預測癲癇病的發作，當監測到患者的身體數據超過預設的臨界值，就會通知患者及其家人。MIT教授Rosilind Picard指出，癲癇或痙攣發生之前，皮膚會發生高水平的電傳導現象。Embrace智能腕帶正是通過設備內部的集成電小板，加速計以及陀螺儀，根據特定的算法來計算與評估患者皮膚產生的電傳導，從而預測癲癇病的發作。

3.4 家庭康復

在現實生活中，殘疾人士的康復治療是一個長期而艱巨的難題。這類人群有的不僅是身體上的殘疾，心理上也受到了嚴重的創傷。因此，對于殘疾人士的日常家庭護理得從身體和心理兩個層面去鍛煉和恢復。目前應用了VR技術的Google VR以及Gear VR眼鏡，能夠幫助人們體驗現實生活中體驗不到的虛擬環境，這無疑將是殘疾人士的一大福音。結合了VR技術的可穿戴醫療設備能為身體有缺陷的人群提供虛擬環境下完整的數字身體，幫助他們在游戲和運動的過程中得到肌體的康復意識訓練，減少殘疾人士心理上的痛苦和壓力，早日獲得心理乃至身體上的康復。

4 可穿戴醫療設備發展面臨的問題及建議

4.1 技術上的改進建議

4.1.1 低功耗設計、續航能力的提升

可穿戴醫療產品需要用戶長期佩戴，為了獲取更好的體驗舒適度，產品的體積和重量都在減小，相對而言，這對于產品芯片的功能要求就更高了。市面上大多數可穿戴產品的實際功耗均高于無線人體局域網IEEE 802.15.6標準，因此設備的低功耗設計和續航能力的提升是一個亟待解決的問題。目前新能源材料石墨烯的出現，給電子產品帶來了新的機遇，如果將它用于可穿戴醫療設備，這將會是對設備續航性能的重大提升。

4.1.2 提高設備靈敏度

可穿戴醫療設備采用無線傳感器感知人體身體健康數據，其產品的一個突出問題是操作靈敏度不夠，尤其是在一些特殊情況下，如高溫低溫、汗水都會影響到傳感器的采集敏感度或者導致重新校驗傳感，反應速度較慢，這也是未來可穿戴醫療設備需要進一步改進的技術點。Gietzelt等設計了一套能夠自主校正的算法應用于三維加速度傳感器，更精準的傳感采集技術需要進一步研究和開發。

4.1.3 提供良好的用戶體驗

在智能醫療產品的設計上，良好的用戶體驗是至關重要的，體現了以人為本，以用戶為主的基本原則。用戶的需求是無需專業的知識就能進行便捷的操作，界面友好，設置簡單以及功能完善等[3]。真正實現“小設備，大功能”的原則，做到更貼心、更實用。

4.1.4 功能定位上的調整

目前市面上流行的可穿戴醫療設備提供的大多是基礎類的健康管理或運動監測，并不能為用戶提供實時的醫療診斷與建議，滿足不了用戶的醫療需求，這需要在后期產品的功能定位作出巨大的調整，擺脫“雞肋”的角色定位，真正發揮智能醫療的作用。

4.2 安全性問題及建議

4.2.1 設備安全性

由于設備的電子屬性，人體皮膚需要長時間接觸可穿戴醫療設備，暴露在電子產品的輻射下，這難免會讓人對設備的物理安全性提出質疑。目前市面上的可穿戴產品缺乏統一的醫療監管，行業標準體制未健全，導致產品質量參差不齊，這也不由讓人產生擔憂和疑慮。因此，行業產品規范和統一標準的制定亟待解決，另外，可穿戴產品公司需要嚴控設備安全關，進一步提高產品硬件質量。我國在2015年召開了《中國可穿戴聯盟標準》閉門工作會，研究討論了可穿戴設備的標準體系，旨在形成統一的、規范的行業標準，為可穿戴設備的發展提供有價值的參考建議。

4.2.2 隱私數據安全性

近幾年來，各大品牌可穿戴設備頻頻爆出數據泄露事件，遭到人們的詬病。可穿戴醫療產品采集的是用戶的健康和行為數據，匯聚成了醫療健康領域的大數據，如果這些隱私數據遭到泄露，將對用戶造成不可彌補的損失[4]。針對數據安全性方面，可以采用保密性更好的安全協議，通過采用用戶身份生物識別技術、隱私數據基于芯片層加密以及匿名通信技術等措施來保障。另外，用戶作為產品使用的主體，需要進一步增強用戶的安全防范意識，國家也亟待出臺完善的信息安全保護法律，共同構建更安全的網絡使用環境。

4.3 醫療數據的互通互認

作為具備醫療功能的可穿戴設備，其功能的大眾認可度、可信度是阻礙其發展的關鍵問題。如果沒有權威的醫療機構的監管，醫院、專家醫生的認同，那可穿戴醫療設備提供的醫療建議是否還可信、可行呢？在實現醫療數據的互通互認上，需要從兩個主要方面進行改進。

4.3.1 進一步加強醫療監管

可穿戴醫療設備通過長期監測人體的生理指標數據，形成大量的數據累積，進一步為疾病的預防、診斷與治療提供科學的依據，其發展具備巨大的潛力。但目前可穿戴醫療產品的功能大多數是浮于表面的健康管理，沒有深入到醫療領域。作為新生的智能產品，要想提高用戶的認可度，還需要國家的統一監管，醫療權威機構的科學指導，形成專業化、精準化、產業化的發展鏈條。

4.3.2 加強與醫院的合作

醫院是提供醫療服務的核心機構，可穿戴醫療設備要想進一步開拓臨床醫療市場，可以加強與醫院的合作，為醫院的診斷與治療提供原始的數據信息，結合醫院專業化的數據分析與指導，讓可穿戴醫療設備滲透到疾病“監測—治療—康復”的各個環節中，發揮其性能優勢，解決醫療壓力，并在一定程度上減少醫患兩方的成本。

5 結語

可穿戴醫療設備作為一個新研究領域的電子產物，發展的前景是不可估量的。在未來，期待可穿戴醫療產品的功能和性能更加的完善，能開拓醫療領域的新市場，解決目前的醫療困境，形成精準化醫療診斷，個性化醫療服務，促進整個醫療行業的蓬勃發展。

[參考文獻]

[1]謝凌欽，石萍，蔡文杰.可穿戴式智能設備關鍵技術及發展趨勢[J].生物醫學工程與臨床，2015（6）：635-640.

[2]封順天.可穿戴設備在醫療健康領域的關鍵技術及應用場景分析[J].物聯網研究與應用，2016（5）：32-34.

[3]賈振宇，王維，王琛.可穿戴設備在醫療領域中的應用發展[J].中國醫療設備，2017（2）：96-99.

[4]何曉琳，錢慶，吳思竹.健康醫療可穿戴設備數據安全與隱私研究進展[J].中華醫學圖書情報雜志，2016（10）：32-37.endprint