家用電子感應(yīng)技術(shù)在睡眠和生活方式評價(jià)中的應(yīng)用

孫民貴

(美國匹茨堡大學(xué)神經(jīng)外科、神經(jīng)生物工程和電子工程學(xué))

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睡眠生物工程學(xué)

家用電子感應(yīng)技術(shù)在睡眠和生活方式評價(jià)中的應(yīng)用

Home Electronic Induction Technology in Sleep and Lifestyle Evaluation

孫民貴

(美國匹茨堡大學(xué)神經(jīng)外科、神經(jīng)生物工程和電子工程學(xué))

關(guān)鍵詞電子感應(yīng)技術(shù)；睡眠；生活方式

近年來隨著新技術(shù)的發(fā)展，眾多穿戴式和非穿戴式的電子器件、新技術(shù)相繼投入市場，用于記錄、評估白天和夜間的相關(guān)事件。這些技術(shù)為睡眠研究提供了新的選擇和思路。對睡眠疾病的患者來說，除藥物和儀器之外，某些新技術(shù)的出現(xiàn)為治療方案提供了新的選擇。這些技術(shù)中有的主要用于白天，有的用于夜間，還有一些能起到改善睡眠的作用。

提到穿戴設(shè)備，我們首先會想到腕表和手環(huán)，其實(shí)此類設(shè)備還有很多，如電子眼鏡、運(yùn)動鞋(可記錄活動情況)、帽子(攝像和運(yùn)動監(jiān)測)，衣服(記錄呼吸和心率)、項(xiàng)鏈、襪子(監(jiān)測走路情況)、指環(huán)(記錄心率和血氧)等。

我們實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制作了eButton，即電子胸章。將其佩戴于胸前，可以用于評價(jià)生活方式和生活中的特殊事件。胸章中配置了1～2個攝像頭、GPS、三軸加速、光照感應(yīng)器、磁力計(jì)、氣壓計(jì)和高度。佩戴后能后監(jiān)測飲食結(jié)構(gòu)、記錄進(jìn)食時間、便于計(jì)算熱量和營養(yǎng)組成；獲得每天的活動路線、活動規(guī)律等；睡眠方面除了分析醒和睡之外，可以獲得安靜睡眠和睡眠中的活動情況；運(yùn)動方面能以圖表形式反映靜坐、輕度活動、中重度活動；還能夠測監(jiān)測某些生理參數(shù)，如心率和呼吸。

電子胸章由于配置了攝像頭，可能會涉及隱私方面擔(dān)憂，為此我們實(shí)驗(yàn)室特別設(shè)計(jì)了電子腰帶扣。此設(shè)備尤其適用于老年男性，傳感器元件與電子胸章基本一致，僅移除了攝像頭。具有方便佩戴、不易遺忘、無不適感、不涉及隱私保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

電子胸章和電子腰帶扣這類設(shè)備可以幫助人們更加合理、科學(xué)地進(jìn)行生活方式管理，尤其是飲食和運(yùn)動方面，便于將相關(guān)信息轉(zhuǎn)換為可視化、量化、可回顧的數(shù)據(jù)。這些特點(diǎn)與當(dāng)前倡導(dǎo)的精確醫(yī)療的要求不謀而合。

與睡眠相關(guān)的電子感應(yīng)技術(shù)

1)便攜式睡眠呼吸監(jiān)測。減少了繁瑣的腦電電極，針對睡眠呼吸暫停，監(jiān)測呼吸氣流、胸腹帶和血氧等主要參數(shù)。

2)前額單通道EEG監(jiān)測(Zeo Sleep Monitor)。一款可直接監(jiān)測腦電的穿戴式設(shè)備。使用了含導(dǎo)電聚合物的紡織電極和三軸加速度傳感器，可以獲得前額部的腦電信號和睡眠活動情況。與腦電電極相比，佩戴舒適性大為改善，可以實(shí)現(xiàn)在家中監(jiān)測睡眠的目的。

3)智能床墊。由我國俞夢孫教授設(shè)計(jì)研發(fā)，采用壓電晶體傳感器和PVDF材料制成。可監(jiān)測睡眠期間的呼吸、心率、身體活動等參數(shù)。

4)智能枕頭。床墊造價(jià)較高，不便于攜帶，隨著新技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了智能枕頭(smart pillow)。智能枕頭由2組部件組成。一個是外形類似于紐扣或藥片的元件，置于枕頭上；另一個是置于床頭的揚(yáng)聲裝置，可以播放音樂、廣播等。紐扣形的傳感器可感知測試者是否進(jìn)入睡眠狀態(tài)，隨著由醒入睡的過程，音樂播放可自行停止。該設(shè)備外形美觀，也可作為臥室內(nèi)的裝飾品。

5)床腳墊即墊在床腳下設(shè)備。可獲得心率和呼吸數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)為自動運(yùn)行、便于攜帶、無線傳輸、操作簡便。還能根據(jù)重量變化評估睡眠姿勢、自動測量體重。

6)防紫外線智能手環(huán)專為女性設(shè)計(jì)的一款感光設(shè)備。外形類似于一款水晶寶石，配有腕帶，時尚美觀。能夠監(jiān)測紫外線水平，防止皮膚老化和曬傷。此外，光照對人類晝夜節(jié)律有著重要的調(diào)節(jié)作用。通過評估光暴露的程度，有助于保生物鐘的保持和調(diào)節(jié)。

7)智能床單和智能床。智能床單由三層特殊的布料制成，含有半導(dǎo)體紡織材料，面料輕薄柔軟，可以圖像的形式反饋壓力、睡姿等信息。智能床由許多含有壓縮空氣的小氣囊組成。每個氣囊獨(dú)立接受電子控制，根據(jù)壓力變化調(diào)節(jié)位置高低，可分散壓力，找到最舒服的姿勢，甚至可以自動翻身。

8)智能床頭燈該設(shè)備能夠隨著入睡逐漸關(guān)閉燈光，清晨時以適當(dāng)?shù)墓庹諒?qiáng)度自動開啟，幫助人們得以舒適地醒來。

9)智能手表。含有運(yùn)動傳感器的手表。除評估夜間睡眠質(zhì)量外，還可以在設(shè)定時間范圍內(nèi)，選擇舒適的時間點(diǎn)將使用者叫醒。

10)電子止鼾枕。內(nèi)部含有鼾聲傳感器。感應(yīng)到鼾聲時，枕頭可自動調(diào)整頭部位置，直到鼾聲減小或消失時，并保持該位置。

11)綠光眼鏡。該眼鏡可釋放特定波長的光照，用以調(diào)整生物鐘。光照能夠影響測褪黑素水平和調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律。該產(chǎn)品多用于調(diào)整時差、晝夜節(jié)律障礙，特別適用于倒班工作者。

從歷史來看，睡眠醫(yī)學(xué)的發(fā)展離不開工程學(xué)的進(jìn)展。多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(PSG)和持續(xù)氣道正壓通氣(CPAP)都是當(dāng)時的新技術(shù)。由此可見，新的家用、無線、低成本的器件前景廣闊，某些產(chǎn)品有甚至可能成為現(xiàn)有鎮(zhèn)靜安眠藥的一個補(bǔ)充。然而，目前的新技術(shù)也存在一定問題。例如，穿戴式設(shè)備主要面向消費(fèi)者，生產(chǎn)者主要以商業(yè)性為目的，產(chǎn)品僅作為家用，并不是診斷工具。而臨床工作者多習(xí)慣使用公認(rèn)的PSG評價(jià)睡眠，這與產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師對新器件的關(guān)注點(diǎn)完全不同。因此，這些新技術(shù)對睡眠的評估是否準(zhǔn)確，對睡眠質(zhì)量有無幫助等問題尚缺乏足夠的臨床評價(jià)。今后如何對不同器件、不同物理量進(jìn)行合理的臨床測試和技術(shù)改進(jìn)，有賴于工程師、醫(yī)生和廠商的溝通和協(xié)作。相信通過三方力量的共同努力，家用電子感應(yīng)技術(shù)必將為睡眠醫(yī)學(xué)發(fā)展和生活方式管理方面提供更多的幫助和選擇。

(段瑩整理)

作者簡介：孫民貴，男，美國匹茨堡大學(xué)神經(jīng)外科、神經(jīng)生物工程和電子工程學(xué)教授，國家千人計(jì)劃高級研究學(xué)者，研究方向：包括生物電子學(xué)，生物信號和圖像處理、電生理、神經(jīng)工程、醫(yī)用無線電、可穿戴電子系統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

中圖分類號：256.23;R338.63

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-7130(2016)02-101-102

Bioengineering and Sleep Medicine