独家 | 可穿戴设备：从用于健身到用于临床
2016 Medtec中国展：
10.26-28 上海世博展览馆
作者：Ruben De Francisco Martin 和 Jan Provoost，源自EMDT杂志。转载或引用此内容须注明“转自（或引自）MEDTEC中国展”字样
面向消费者的可穿戴设备正在被激励用于临床。但是，要让它们在病人远程监护中真正成为可行的选择，一些关键方面必需得到改进。
为了能在医院中成为病人医疗监护手段的一个替代，可穿戴设备技术有四个方面必须改进：数据质量，舒适性，功耗，成本。如果这些问题有效地解决了，则一次性使用、舒适、整合了复杂的传感器和解决了连接问题、与临床相关的可穿戴设备的开发可以让更多的慢性病患者在居家状态下得到监护。
其结果会带来深远影响: 医疗成本将下降，病人的生活质量将会得到提高，归根结底，拯救了人的生命。
可穿戴设备的潜在进化
消费者市场上现在有大量的可佩戴测量设备，这些设备用于监测人体活动状况和不同类型的人体参数，也被用于跟踪行踪以及监测你的体能情况，或者评估你的睡眠质量。
这些应用最初的目标客户群是那些关心他们自己的健康和幸福的人，不是患有慢性病的病人或危重病人。这些设备有它们特定的应用范围，同时有他们的粉丝群，但是，从临床的角度看，这些设备提供的数据质量通常不是够好的，特别是与受控的临床条件下测量的参数作比较的时候。
但是，穿戴式设备的出现对电子和医疗器械制造商来说明显地是个提示：这里蕴含着一个巨大的商机。如果可以制作出质量高的、精确可靠且穿戴舒适的穿戴设备，则患有慢性病的病人一定可以从中获益——他们可以在居家情况下接受监护。
病人可以不再需要定期到医院接受检查，许多时候，这类检查不方便，化费也大。再者，医疗系统的监护能力受到财政和资源限制，能接受监护的病人数量是有限的。
如果有价格实惠质量达到医护要求的居家监护设备，更多的病人就可以得到监护，例如过去因为价格贵，或者因为距离医疗单位太远而得不到监护的病人。
案例研究：无线心脏监护贴
为此，位于比利时的欧洲纳米技术研究中心微电子研究部的研究人员与一些合作伙伴一起一直在研发可穿戴ECG监护设备。去年4月，研究团队公布了最新的心脏监护用无线监护贴样品。可穿戴的无线监护贴可实时测量心电图（ECG），通过组织－接触阻抗和加速度计信息，可精确评估身体活动状况。
监护贴的主要部分是一个超低功率的ECG芯片和蓝牙低能耗发射机。使用先进的系统封装技术（system-in 50 29605 50 14940 0 0 1146 0 0:00:25 0:00:13 0:00:12 2899package technology），整合所有这些功能，最后的尺寸为17.4 x 17.4 mm。这一尺寸反映的印刷电路板的面积与先前所用的ECG模块相比，小了一半以上。
舒适
除了尺寸，研究团队集中解决用户对监护贴的感受。虽然用户感受和舒适度对用户在选择上有较大影响，但是面对高质量的诊断和医疗级的监护，病人还是愿意接受一定程度的不舒适的。问题是，长时间穿戴一个设备，舒适度和易用性还是至关紧要的，不解决好舒适和易用还是会影响效果的。
出于这一考虑，研究团队把电子器件整合进了柔性的可伸缩的监护贴中。该设计把系统——箔技术（system-infoil technology）与可伸缩的集成电极相结合，创制了一个重量很轻的监护贴，它可以很舒适地长时间贴在胸部。柔性的监护贴中的电池仅重10克，是先前原型样品的一半。模块的小尺寸和监护贴的的柔韧性的附加好处是，减小了运动伪差，从而提供了更精确更可靠的测量结果。
功耗
影响可用于临床的一次性使用监护贴市场接受度的第二个要素是可操作时间，或者说要有足够长的电池寿命。这里，超低功耗是关键。柔性ECG监护贴可在两种模式下工作：第一种模式是连续监护，连续监测心率，连续监测一个通道的ECG和三维方向上的加速度信号。第二种模式是检测心搏，每秒发送一次。柔性ECG监护贴在第一种模式下，在用15 mAh, 1.5 V薄膜电池供电时可运行几个小时。用同样的电池，在第二种模式运行时，可运行三天。
在柔性监护贴的中央是一个专用的ECG系统芯片（SoC)，一个混合信号专用集成电路(ASIC)。它是特别设计的，用于ECG监护，有在极低功耗下嵌入式处理能力。SoC有减小运动伪差的算法和心搏心率运行算法，有特定的，例如应用于癫痫检测、能量消耗评估或心律不齐监测计算的算法。
ASIC有三个主要的构成块。第一个是模拟前端，它有三个完全相同——但彼此独立——的读出通道，每一个都能同时测量ECG和电极－组织间阻抗。它们有很高的共模抑制比和共模输入阻抗。
第二部分是12-bit模－数转换器，可以五倍地压缩ECG数据，以进一步减少功耗。第三部分使用专用超低功率数字信号处理器(DSP)，对车载信号进行处理。该DSP以额外信号滤波、ECG特征信号提取和分析、运动伪差消除等方法完成多通道ECG处理。
此外，柔性监护贴还包括三轴式加速度计，它可推断使用者的活动类型和活动程度。监护贴把不同的相关传感器测量值组合起来，最后提供有关使用者健康状况的整体情况。
穿戴设备的未来
无线ECG监护贴以及其它便宜的一次性使用的监护贴的最终目标是，有朝一日，病人能够在他们当地的药房里买到这些设备。病人使用穿戴式监护贴的时间可达一周或更长，在此期间，监护贴可连续向医院发送病人的临床数据。如果监护贴最后不能工作了，使用者应把它们送回以利于再利用，如果需要，使用者可开始使用新的。
这个理想方案有可能在不远的将来成为现实。纳米技术的创新将会向医生提供更多可操作的数据，向病人提供更多的方便和舒适，可以让病人的家属更安心，可帮助人们过上更健康的生活，从而使真正的医疗革命成为可能。