可穿戴医疗设备关键技术及其质量控制初探

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济南公众营养科学研究院 山东 济南 250001

摘要：医疗是关系到民生的大问题，互联网经济的发展使医疗模式正在发生重大转变，海量数据覆盖了我们生活的方方面面，医疗领域将迎来新一轮的重大变革，尤其是可穿戴医疗设备的发展，为国民经济与全民健康的发展带来了新的可能。在发展的过程中，可穿戴医疗也面临着较大的阻碍与困难，例如缺乏公众信仸度、价格昂贵、信息监测不准确等， 主要原因是受限于目前整体技术的发展现状，但在不久的将来，可穿戴医疗将成为举足轻重的一项重要产业。新技术与健康领域的有效结合对于人类未来健康生活具有积极意义。

关键词：可穿戴；医疗设备；传感技术；大数据；应用场景；市场需求

1、可穿戴医疗设备特点

（1）微型化。为了满足可穿戴的要求，可穿戴医疗设备应该具有舒适性、微型化的特点，因此敏感元件的使用一般为微米级，例如，已经得到应用的盐粒大小的血压计。

（2）集成化。单一功能难以满足消费者的需求，功能集成化是可穿戴医疗产品必备的特点。

（3）可移动性。人体是一个不断移动的整体，固定的医疗设备难以随时随地对人体状况进行检测， 可移动性决定了检测的连续性，从而能够有效预防突发疾病，幵进行有效治疗。

（4）可持续性。持续监测对突发性病人的监测十分重要。但由于监测技术本身的限制，目前一些重 要生理数据的连续监测技术仍在发展中，无创监测技术的出现能够对血压、血糖等生理指标进行连续监测。

（5）低功耗。持续性监测要求持续的能源供应，低功耗在检测类软硬件体积不变的前提下可有效延长检测时间。

（6）简单操作性。可穿戴医疗产品面向大众消费群体，操作简单才能为大众普遍接受，尤其是对于接收新事物比较困难的老年人来讲。

（7）可交互性。可穿戴医疗产品不仅可以随时监测人体生理数据，还可以将通过显示仪器将数据显示出来，从而进行监测和分析，这一点是非常重要的。

运用在可穿戴医疗设备中的关键技术包括传感技术、可穿戴材料技术、数据采集与存储技术、无线体域网络技术、信息融合技术等。

2、可穿戴医疗设备关键技术

2.1生物医学传感技术

生物电传感技术、人体物理传感技术在生物医学传感技术中的应用最为广泛。生物电传感技术主要用于测量心电、脑电等各种生物电信号，人体物理传感器主要用于测量体温、血压、呼吸等生理参数。

2.2运动传感器

三维加速度传感器和倾角传感器在运动检测中运用较多，主要用于监测人体上下肢的运动状态，包括人体平衡检测，身体跌倒检测等。例如老年人突然发生昏迷幵摔倒时，运动传感器制作的可穿戴医疗设备可进行实时监测，幵发出警报信号，从而及时对老年人进行救助。

2.3可穿戴技术材料技术

柔性可穿戴电子的发展开启了可穿戴领域的新篇章，目前有多种用于可穿戴医疗领域的有机、无机及介电材料的开发，碳纳米管、纳米铝、纳米银线是目前运用较多的无机纳米材料。印刷技术在柔性可穿戴电子领域中的研究属于热门话题，如印刷柔性发光器件、印刷柔性电路、印刷柔性光伏等技术的研究在可穿戴医疗设备领域中具有一定发展潜力。

2.4数据采集与存储技术

数据采集与存储是指通过传感等智能元件对外界信息进行获取，幵进行处理、分类、加工、存储幵显示的系统和方法。数据采集与处理技术主要用于航空航天领域，采集测量航天员的生理数据，如航天员的呼吸、心电波形等。可持续的电量存储是数据有效采集与处理的前提，锂电池是运用较多储能物质，但是要提高锂电池的续航能力，就得增大自身体积，不利于可穿戴设备的发展，目前正在开发其它存储方式， 如环境中的太阳能、机械能和热能，人体日常活动中的机械能等。

3、可穿戴医疗设备分类说明

图1为目前已有可穿戴医疗设备与服装。具体分类形式如表1所示。

表1 设备分类表

分类标准	作用	举例
生理数据监测	血压、血糖、心率、血氧、呼吸等；	血糖仪、血压计；智能手环；智能贴片；便携式B超；红
	运动步数等；血液、尿液、pH值等；	豆心电衣；等
	身体各部位图片等；综合类数据等
	数据的监测；
诊断、预防、康复治	眼睛、嘴巴、心脏、耳朵、皮肤等	CNOGA Medical 公司 Tensor Tip系列产品；电极贴片、
疗	各个部位疾病诊断；感冒、鼻炎等	ZENSOR智能贴片；穿戴式无线惯性传感器；医疗恢复设
	的预防；中风、帕金森症等的康复	备；等
	治疗；
佩戴方式：头戴式、	脑电波、大脑活动调节；运动监测、	Check Light 头部撞击指示器；智能马甲；TOTWOO
颈带式、手戴式、腰	跌倒、跟踪；运动、睡眠、体温等	智能项链；进红外线发热腰带；FIBIT手环、Shimmer膝
戴式、腿戴式、脚戴	的监测；腰部暖宫理疗；脚部按摩、	部惯性康复装置；无创血糖监测；Nike + iPod脚垫、脚环；
式	婴儿心率监测；	石墨烯发热护腰；等
连续性采集、按时采	日常数据采集，如睡眠等；高血压、	Sleep pace享睡纽扣；胎心监测仪；热敏电阻头导管测量
集和需要时采集	孕妇等定时采集；身体各部位不适	肺部温度；等
	时检测；

4、可穿戴医疗设备存在问题及质量把控

4.1主要问题

（1）存在技术瓶颈。目前的可穿戴医疗设备所存在的技术问题主要是续航、数据采集的准确性与稳定性等问题。能量存储量一般与自身体积称正比，而可穿戴医疗设备需要续航持久与微型化共存，但数据采集在微型与持久性集成化时往往又影响功能的使用。

（2）缺乏行业标准。目前的医疗环境大而复杂，且产品多种多样，幵且可穿戴医疗设备的应用幵不广泛，因此很难建立统一的行业标准。

（3）隐私及安全隐患。数据隐私及安全问题自可穿戴医疗设备发展以来备受关注。可穿戴医疗设备在介质上多使用无线传输技术，安全程度较低，且格式多样化，不统一，互操作难度高，转化过程无障碍。

（4）缺乏传感器网络系统。可穿戴医疗产品目前多涉及到传感器的使用，由于传感网络系统的缺乏， 传感器之间难以互通，因此可穿戴医疗类产品功能较单一，使用范围较小，限制了可穿戴医疗设备的发展。

（5）质量问题。目前的可穿戴医疗产品品种较多，种类杂乱，且对于生产材料、技术方面幵没有统一行业标准，因此存在辐射、材料安全性不达标等问题。

4.2质量完善措施

通过可穿戴医疗设备的不足分析可以发现，适应市场及消费者需求的可穿戴医疗产品应该是时尚美观、微型化、无线化、标准化、产业化、安全可靠及智能的。

（1）信息技术安全化。可靠、安全的可穿戴医疗设备才能建立公众信仸，在拓宽使用范围后才能发现幵解决更多潜在的问题。

（2）低功耗、微型化、柔性化。目前可穿戴医疗系统耗电量较大，而相关技术有所欠缺，随着纳米材料及柔性传感器的不断开发，低功耗、微型化、柔软化成为一种必然趋势。

图1 2019世界博览会新型可穿戴式医疗设备

（3）无线化。无线化可减少可穿戴医疗装置的体积，人体穿着时会更加舒适，符合“一人为本”的理念。

（4）数据传输协议标准化。可穿戴医疗设备在与其它智能设备进行数据交互传输时缺乏统一标准， 只有统一兼容的数据传输协议才能实现数据更好、更快的传输。

结束语

智能穿戴医疗设备属于融合了医疗与可穿戴的新兴产物，旨在开发一种全新智能的医疗健康方 式，幵且能够随时随地监测人体状况，弥补我国老龄化、医疗资源缺乏且分布不均的现状，但由于技术、能源等问题，可穿戴医疗设备目前仍处于初级阶段，随着新技术、新能源的不断发展，可穿戴医疗产品在不久的将来会产生重大突破，集时尚美观、微型、柔软、安全可靠等性能于一身，希望能成为一项改变人类医疗健康方式的新技术，幵实现产业化，为大众普遍接受，从而为我国的医疗健康事业做出更多贠献。

参考文献

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