可穿戴设备在医疗领域的应用

鲁燕燕，谢红珍

1 长江大学，荆州市，434100

2 广州军区广州总医院，广州市，510000

可穿戴设备在医疗领域的应用

【作 者】鲁燕燕1，谢红珍2

1 长江大学，荆州市，434100

2 广州军区广州总医院，广州市，510000

近几年来可穿戴设备掀起了一股热潮，随着技术的不断进步，可穿戴设备延伸到各个领域。该文通过总结可穿戴设备在医学领域的应用现状，评价使用效果，分析可穿戴设备目前存在的问题，对可穿戴设备进行展望，以期更好地将可穿戴设备应用于医疗领域，提高患者生活质量，改善医疗现状。

可穿戴设备；应用现状

可穿戴设备是指能够直接穿戴在人身上，或者融入衣物、饰品中的一种便携式设备[1]。将可穿戴传感器与移动通信联合起来，融合芯片技术、通信技术、智能交互技术，通过蓝牙、WiFi、ZigBee（无线通信技术）、NFC（Near Field Communication，近距离无线通信技术）等方式连接，使其具备采集、处理、传送数据功能的便携式电子设备[2]。从最初的谷歌眼镜发展到现在，可穿戴设备的种类越来越多，涉及的领域越来越广泛，包括医疗、航空、军事、消防、休闲娱乐、银行，商场购物等领域[3]。据统计，目前国内有103家企业研发了148款医疗保健相关的可穿戴设备[4]，预计可穿戴设备将会成为最受欢迎的设备引领潮流。目前，国内对于可穿戴设备的研究主要侧重于技术层面，大多以商业的角度去发展这一技术，站在医疗的角度，讨论产品的应用效果的论文较少。

1 可穿戴设备的种类

可穿戴设备的种类很多，根据传感器的位置不同可分为穿戴式和植入式，目前的设备主要以可穿戴设备为主。可穿戴设备形式多样，其中手环、手表、贴片等设备因其便携、能耗低、体积小等特点应用最为广泛[5]。其他的形式还包括衣服、帽子、鞋子、袜子、头箍、项链、腰带、隐形眼镜等[6]。植入设备由于技术的限制和有创性等原因，大多还在研发当中，如可直接在手臂上显示屏幕的植入式智能手机，能直接与医生沟通的网络药片，能控制开关产生避孕激素的植入式避孕设备等。

可穿戴设备根据传感器的种类分为运动传感器、生物传感器和环境传感器。生物传感器主要用于采集人体的生理数据，如血氧、血压、血糖、心率、呼吸、脉搏等[7]。运动传感器监测运动情况、老年人跌倒和帕金森病人的步态等。环境传感器监控用户周围环境的温度、湿度、PH、紫外线等[5]。三种传感器的联合使用，可以实现监测、诊断、治疗和辅助生活等作用。

2 可穿戴设备的临床应用及效果评价

可穿戴设备现阶段主要用于对生理参数的实时监测，将监测数据通过无线传输至中央处理器，中央处理器将数据发送给医疗中心或将数据整合分析后反馈给用户。目前在医疗领域应用较为成熟的可穿戴设备为智能手环、手表和智能眼镜[8]。监护对象包括慢性病患者、孕妇、老年人、残疾人、急症患者和健康人在内的所有人群，应用领域也从急诊救护逐渐发展为以家庭和社区的保健为主[9]。针对医疗保健领域设计的可穿戴设备根据功能可分为监测、治疗、教育三大类。

2.1 监测功能

监测包括自我监测和数据实时监控提醒[10]，具有监测功能的可穿戴设备主要用于监测生命体征、心电、运动功能、血糖、睡眠等。

2.1.1 心电功能的监测

心脑血管疾病作为目前死亡率最高的疾病，心电监测十分重要，及时、准确的监测能有效挽救病人的生命，可穿戴设备的高敏感性和实时监测功能能为更多的患者带来福音。可穿戴式心电图机和生理活动监测的设备，能够实时监测心电变化，早期发现心电的异常并报警，可避免潜在的心脏病，实现心肌缺血的早期筛查[11]。目前，多个地区推出了织物型可穿戴设备来监测心电，包括生命衬衫、GPSport内衣等。心电监测设备除了织物类还有美国Cardionet[12]发明的MCOT(Mobile Cardiac Outpatient Telementry)，可以连续30 d记录用户的心电图数据，苹果公司也开发了一项能够通过一系列传感器监测穿戴者的心电图的设备，该设备通过一系列内置电极，获取身体不同部位的数据，以测量穿戴者的心电信号，使结果更加稳定。Cardionet通过对17个医疗中心的300位病人进行的随机试验的结果显示，MCOT的检出率是常规检测方法的3倍[12]。

2.1.2 生命体征的监测

监测生命体征的设备在临床上使用最多，适用的人群较广泛，根据不同的人群特点可选择不同类型的设备。美国加州公司推出的“生命衬衫”和Owlet设计的可穿戴婴儿袜[13]都可用于监测心电、心率、呼吸频率、血氧饱和度、体温等多项指标。此类产品由于体积小、轻便、舒适且能同时监测多个生理参数，非常适用于婴儿等不配合测量的人群。该领域的各个专家也根据不同人群的需求设计出了可穿戴式睡眠监测仪[14]和穿戴式电子体温计[15]等，通过睡眠检测仪能够监测睡眠时的各项生命体征，筛选出有睡眠呼吸暂停综合征的患者。而电子体温计可以实现24 h实时测量体温、远程分享体温数据，实现智能报警，并能记录异常体温和用药情况。目前在临床上使用较为广泛的“血氧手表”能通过红外线测量血氧饱和度[7]，使仅需要监测血氧的病人摆脱沉重的心电检测仪，并能迅速、准确地得到病人的血氧值。对于这些设备的使用效果随机对照试验显示腕式血压计体积小、携带方便，避免了充气气囊引起的不适，有效降低了夜间测量的误差[16]。腕式睡眠监测仪的诊断睡眠暂停综合征的平均敏感性为87%，平均特异性为91%，均高于传统的多导睡眠图（PSG），对疾病的检出率更高，漏检率更低[17]。可穿戴电子体温计可以及时发现异常变化，误差不超过0.1 ℃[18]。具有体征监测功能的设备能将繁杂的护理操作综合化、智能化，能大大减轻护士的工作量，并且减少了对病人的反复操作，满足临床需求。

2.1.3 肢体功能的监测

用于肢体功能的监测设备同时具有监测、评估、指导和纠正错误姿势的功能，对脑卒中等肢体功能障碍患者的康复具有重要意义。意大利Ferrarin M等设计了可穿戴LED眼镜能通过安装在脚踝上的传感器检测患者是否存在冻结步态，若发生冻结步态，便将结果传送给眼镜，眼镜通过发光提示患者迈步，从而克服冻结步态[19]。使用可穿戴网络传感系统[20]对23例上肢肌力Ⅱ至Ⅴ级的卒中患者进行监测，结果显示该设备可以通过压缩传感器定量的监测和评估上肢运动功能，较常规方法更容易使用，可大量节约时间。该类设备目前一般用于脑卒中康复期的患者，但由于设备价格高的原因，仅少数医院购买和使用。

2.1.4 血液泄露的监测

血透是终末期肾病的主要治疗手段，透析时针头移动导致病人血液渗漏会危及生命。实时监测血液渗漏情况，能大大减少感染的风险，并确保能在发生问题时及时处理，使血透、输血、输液等操作更加安全。小型可穿戴设备[21]可以实现血液透析过程中血液泄露的监测。将传感器覆盖在穿刺点纱布上，当风险水平超过阈值，设备立即报警并将数据通过WiFi传送至护士站。通过用自行设计的人工模拟循环装置检测血液扩散时间，结果显示该装置的监测时间小于2 s，灵敏度大大高于普通装置。虽然此种设备能在一定程度上降低血液泄露的风险，但目前由于各医院信息系统不完善，且会增加血透患者的经济负担而尚未在临床上推广使用。

2.1.5 其他

可穿戴设备可做到全方位的监测患者的情况，包括生理状态和心理状态。弥补以往设备监测不全面、不及时等缺点。欧盟设计了可穿戴负压设备[22]能监测和治疗下肢伤口感染，将设备穿戴在膝盖上，通过测量足底和足后部的血氧饱和度、pH值等指标不间断地监测伤口情况。对于下肢创伤病人可以避免因查看伤口而反复撕脱敷料。可穿戴眼镜[5]则是通过监测鼻部的皮肤温度评估人的生理和心理的变化。可尽早了解病人的身心状况，及时处理由于心理因素引起的身体不适，减轻病人痛苦。Imec可穿戴脑电图耳机和心电图贴片可用于记录大脑和心脏的活动，改善目前因为记录心脏、大脑各项活动而限制患者活动的应用现状。这些设备的产生，将逐步满足患者对医疗条件的需求。

2.2 治疗功能

可穿戴设备用于疾病的治疗大多还处于研究和评估的阶段，但也有一部分设备已取得一定成果。它能实现治疗智能化，使患者接受远程的监测和治疗，从而降低长期的医疗费用。美国马萨诸塞综合医院和波士顿大学设计的“仿生胰腺”[23]能够实时监测血糖水平，并根据血糖分泌胰岛素或胰高血糖素，以控制血糖。减轻了糖尿病患者由于每日测血糖带来的痛苦，并能智能选择胰岛素或胰高血糖素的剂量，使血糖始终保持正常水平，有利于病人的病情控制。对于疼痛病人，经皮神经电刺激疗法(TENS)产品[24]，只需将贴片贴在各个身体部位，贴片通过电脉冲刺激该区域，就可阻断疼痛信号，达到止痛的效果。但由于贴片的止痛效果尚未得到认可，目前还未见广泛使用。中国科学技术大学正在研究针对髋关节受损患者的可穿戴机器人，将设备穿在腿上，可同步为人体提供助力以减轻髋关节受力[25]。华南理工大学也设计出了功能更加多样的机器人，并已在临床使用，在减轻髋关节受力的同时，增加趣味性的游戏，逐渐锻炼患者的下肢力量。由贴片、背心和自动除颤仪组成的穿戴式体外自动除颤仪[26]，用于高危的心脏病患者，可在出现危及患者生命的心律信号时报警或自动除颤，并能在除颤前对患者进行意识测试，降低误击率。动物实验结果表明该装置能实现一次性电击转复成功。David E等的试验也表明，对于室性心动过速的患者使用可穿戴除颤器的24 h存活率和30 d的累积存活率均高于对照组。但大部分人群表示由于该设备携带不方便，且会影响日常生活等原因不会选择使用[27]。

2.3 教育教学

在医学类强调操作技能的专业，应用可穿戴设备能同时满足学生学习又尽量避免打扰患者。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备成为了临床教学工具，谷歌眼镜可以观看实时的教学步骤，将穿戴式摄像头置于患者或人体模型，可从病人的视角检视其住院时的举止。基于谷歌眼镜的显示和记录功能，医生既可以从教师的角度学习医疗程序，也可以从病人的视角感受病痛。Knight H M[28]报道了谷歌眼镜作为教学工具通过连接蓝牙在控制室直播一个心脏手术的案例。将谷歌眼镜应用在口腔的临床教学中，将视频传送到视频服务器，可在医院的病房和办公室与教学老师进行实时互动。

3 问题及展望

可穿戴设备目前存在四大问题。其一，价格昂贵。杨泽[29]的研究显示用户对可穿戴设备的价格持有敏感态度，价格会直接影响到用户对可穿戴设备的使用意愿。其二，过度依赖手机、电池续航能力不足和辐射大等技术问题。可穿戴设备不能独立使用显示信息，需要依靠手机来发送数据和报告，导致用户体验感低[30]。其三，设备本身的质量问题。目前市场上出现的可穿戴设备参差不齐，国内外都没有针对可穿戴设备的标准[31]，近期，众多消费者爆出Fitbit手环会导致皮肤过敏，该款手环可能使用了导致部分用户过敏的原料。因此，完善可穿戴设备的行业标准和健全可穿戴设备的法律法规，才能确保可穿戴设备市场健康、有序的发展。其四，隐私泄露和数据的管理问题；查阅国内外文献，目前尚没有建立以用户为中心的个性化的大数据[32]，数据在设备中或是用户将信息上传的过程中易造成个人隐私的泄露，设备丢失、损坏和盗用也加大了隐私数据被盗取的风险。因此，我们需要建立一个高度安全、保护隐私的大数据系统，管理这些数据。

可穿戴设备能够实现精准医疗和个体化医疗，是未来医疗的发展方向。未来的可穿戴设备要更多地考虑到设备的多功能、可靠性、小型化。以满足临床需求，改变医疗现状，提高患者的生活质量。

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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

全军保健项目（16BJZ58）；广州市2016年度产学研协同创新重大专项(20170402155)

鲁燕燕，E-mail: 986248386@qq.com

谢红珍，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.