可穿戴設(shè)備走進(jìn)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(duì)，可大家還應(yīng)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(xié)大佬，而是一位癱瘓少年，他借助機(jī)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(lái)并奮力一踢的？我們又如何能足不出門、更快更全面地就醫(yī)看病？如何能更加健康地生活？在4G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器異軍突起的今天，這些技術(shù)又將給醫(yī)療設(shè)備注入怎樣的活力？

可穿戴設(shè)備讓癱瘓少年站起來(lái)

巴西癱瘓少年如何移動(dòng)自己原本不受控制的雙腿？靠的是一種“借助意念”技術(shù)和“3D打印”技術(shù)。3D打印，這個(gè)讓人們已不再陌生的技術(shù)，是快速成型技術(shù)的一種，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印方式來(lái)構(gòu)造物體。3D打印通常采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)紙張二維打印不同，3D打印出來(lái)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(lái)打印水果。

在科羅拉多州立大學(xué)的Idea-2-Product 3D打印實(shí)驗(yàn)室里，研究人員已開發(fā)出了用于控制外骨骼的頭盔。頭盔上安置的電極對(duì)應(yīng)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(jìn)行定制，以適合佩戴者的頭部，研究人員利用3D打印技術(shù)幫助制造頭盔的內(nèi)襯。這個(gè)內(nèi)襯必須能夠保護(hù)頭部和電極，而且要與頭盔相匹配。當(dāng)癱瘓少年想著走路時(shí)，電極會(huì)將大腦信號(hào)傳輸?shù)揭慌_(tái)小型電腦里，這臺(tái)電腦像一個(gè)背包背在身后，由電腦將無(wú)線指令信號(hào)轉(zhuǎn)化成運(yùn)動(dòng)。

依靠智能技術(shù)，我們普通人又能享受到哪些醫(yī)療便利？這就要說(shuō)到可穿戴式設(shè)備了。

據(jù)媒體報(bào)道，中國(guó)某醫(yī)療電子股份有限公司旗下品牌ihealth，曾在今年的國(guó)際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)開幕前發(fā)布了兩款可穿戴式醫(yī)療設(shè)備，分別為動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)儀和可穿戴式脈搏血氧儀。

血壓監(jiān)測(cè)儀是通過(guò)傳感器來(lái)檢測(cè)人體動(dòng)脈血管壁震動(dòng)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(guò)充氣泵向袖帶充氣，以阻斷血管中脈動(dòng)的傳播，達(dá)到一定壓力后開始放氣，當(dāng)氣壓到一定程度血流就能通過(guò)血管，且有一定量振蕩波，逐漸放氣，振蕩波愈來(lái)愈大，再放氣，由于袖帶與手臂的接觸越來(lái)越松，因此壓力傳感器所檢測(cè)到的壓力及波動(dòng)則越來(lái)越小，壓力傳感器就能實(shí)時(shí)檢測(cè)到袖帶內(nèi)的壓力及波動(dòng)。而振蕩波是通過(guò)氣管傳播到機(jī)器里的壓力傳感器，經(jīng)過(guò)相應(yīng)放大、濾波電路、模擬數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換、中央處理器控制等處理環(huán)節(jié)，將通過(guò)袖帶傳遞到氣路中的脈動(dòng)信號(hào)和壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理，得出血壓的收縮壓、舒張壓、平均壓等數(shù)據(jù)。這種動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)儀可通過(guò)藍(lán)牙、USB連接到移動(dòng)設(shè)備上，將數(shù)據(jù)上傳至醫(yī)護(hù)人員，平時(shí)被使用者穿在外面，提供24小時(shí)的血壓監(jiān)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(huán)中的重要生理參數(shù)。許多呼吸系統(tǒng)疾病會(huì)引起人體血液中血氧飽和度的降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅人的生命，其可穿戴式血氧飽和度監(jiān)測(cè)儀，采用數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換控制LED雙光源交替發(fā)光，以光頻轉(zhuǎn)換接收頭為傳感器，將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，直接送入單片機(jī)采集。根據(jù)反射式原理計(jì)算得到結(jié)果，再以無(wú)線信號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)。有些血氧飽和度監(jiān)測(cè)儀還針對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境下獲取的干擾進(jìn)行消除計(jì)算處理，使血氧飽和度數(shù)據(jù)更加精確。

美國(guó)SPOMedical公司也曾推出一款“血氧手表”，可在睡眠過(guò)程中監(jiān)測(cè)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(xiàn)呼吸阻礙的危險(xiǎn)。而中國(guó)公司的這款可穿戴式血氧飽和度監(jiān)測(cè)儀，則更加便捷，可持續(xù)監(jiān)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(shè)備，可監(jiān)測(cè)用戶在每日正常活動(dòng)中或夜間的血氧飽和度。

T恤衫，不僅僅是件衣服

如果感覺(jué)使用這些監(jiān)測(cè)儀、無(wú)線設(shè)備還是太麻煩，如今又有了更加簡(jiǎn)便“T恤衫”。

據(jù)悉，以色列醫(yī)療健康創(chuàng)業(yè)公司的智能T恤衫中，內(nèi)置了心電圖傳感器，并具備3—15道心電圖機(jī)的功能。通常情況下，病人只有在接受12道心電圖機(jī)的檢查環(huán)節(jié)后，醫(yī)生才能正式確定病人是否患有心臟病。而從病人匯報(bào)病情到接受檢查，往往要花不少時(shí)間。如果穿上這種智能T恤，心臟病醫(yī)生就能接收到T恤實(shí)時(shí)發(fā)送的心電圖數(shù)據(jù)，能及時(shí)、準(zhǔn)確了解病人情況，及時(shí)給出治療方案。如此神奇的T恤衫還能用機(jī)洗烘干，而且T恤衫內(nèi)置了一個(gè)電子部件，可存儲(chǔ)長(zhǎng)達(dá)70個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)以無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)桨沧恐悄苁謾C(jī)上。當(dāng)然，用戶在對(duì)這種T恤衫洗滌之前，需將該電子部件取出。

據(jù)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(shè)備的煩惱。其實(shí)，它的作用原理很簡(jiǎn)單。智能T恤衫由光纖和導(dǎo)線編織而成，內(nèi)置微型傳感器。嵌入織物中的傳感器可在穿著者的日常活動(dòng)中記錄30多個(gè)心肺生理參數(shù)，其中利用感應(yīng)容積描記法，通過(guò)向內(nèi)嵌于外衣胸部和腹部位置的正弦排列導(dǎo)線陣列連續(xù)發(fā)射高頻低強(qiáng)度電流監(jiān)測(cè)呼吸狀況，利用采集的單通道心電信號(hào)計(jì)算心率，通過(guò)三維加速度計(jì)感知人體的體位和身體活動(dòng)情況。

這種智能T恤衫可連接其他外圍設(shè)備，還可測(cè)量血壓、血氧飽和度、體溫和皮膚溫度，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)電子數(shù)據(jù)處理中心，處理結(jié)果將以簡(jiǎn)報(bào)或高分辨率波形圖的形式提交給醫(yī)生，以便醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)監(jiān)控使用者的健康，做出準(zhǔn)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(shè)備中，都有一個(gè)關(guān)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(yīng)反應(yīng)，就像我們的皮膚一樣。

據(jù)悉，傳感器根據(jù)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(shù)結(jié)合后發(fā)展成電子織物技術(shù)，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(jié)構(gòu)）力學(xué)滯后性影響，與電線或相關(guān)傳感器相比，光纖不僅不生熱，而且對(duì)電磁輻射不敏感，所以應(yīng)用更為廣泛。

有專家告訴記者，電子織物中的傳感器、執(zhí)行器、電子元件、電源等部件的功能可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)，一種是將傳統(tǒng)傳感器，如微控制器、發(fā)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(fā)基于有機(jī)材料，即電活化聚合物的裝置。新紡織技術(shù)（如將金屬絲編織到織物中）的發(fā)展加速了采用第一種方法制成的電子織物在電連接、數(shù)據(jù)通訊和供電等方面的應(yīng)用。在感受不同信號(hào)時(shí)，需要不同傳感器，如聚合亞乙烯基氟化物，其壓電系數(shù)為24—27pC/N，是最常用的壓電聚合物，能夠檢測(cè)頸動(dòng)脈和橈動(dòng)脈處的脈搏、心尖脈搏和聲音。

目前看，科技將對(duì)我們的健康帶來(lái)無(wú)限可能性。曾幾何時(shí)，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(yī)療設(shè)備正在進(jìn)入我們的日常生活，以更加便捷、迅速、智能的方式保衛(wèi)著我們的健康。endprint