可穿戴醫(yī)療設(shè)備技術(shù)發(fā)展應(yīng)用探究

費(fèi)森尤斯卡比（中國(guó)）投資有限公司 趙 楠

山東省中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院 張 培

可穿戴醫(yī)療設(shè)備技術(shù)發(fā)展應(yīng)用探究

費(fèi)森尤斯卡比（中國(guó)）投資有限公司 趙 楠

山東省中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院 張 培

可穿戴醫(yī)療設(shè)備能夠便捷地對(duì)人體健康進(jìn)行檢測(cè)，并作出能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析和反饋。可穿戴醫(yī)療設(shè)備在當(dāng)前人們?nèi)找嬷匾暯】档男螒B(tài)下，伴隨著我國(guó)老齡化現(xiàn)象的加重可穿戴醫(yī)療設(shè)備將會(huì)得到快速的發(fā)展。本文通過(guò)對(duì)可穿戴醫(yī)療設(shè)備發(fā)展和技術(shù)進(jìn)行分析，以期促進(jìn)可穿戴醫(yī)療設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，提高可穿戴醫(yī)療設(shè)備對(duì)健康的促進(jìn)作用。

可穿戴設(shè)備；醫(yī)療；技術(shù)；發(fā)展

隨著可穿戴設(shè)備在國(guó)內(nèi)外的快速發(fā)展，可穿戴設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)逐漸開(kāi)始健全。我國(guó)可穿戴聯(lián)盟在2015年就已經(jīng)召開(kāi)了《中國(guó)可穿戴聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)》閉門會(huì)議，對(duì)可穿戴設(shè)備的標(biāo)注體系進(jìn)行了討論。此外，隨著“十三五”規(guī)劃的落地，健康已經(jīng)成為國(guó)家關(guān)注的重要話題，健康中國(guó)已經(jīng)上升成為“國(guó)家戰(zhàn)略”，“互聯(lián)網(wǎng)+”將對(duì)醫(yī)療深化改革產(chǎn)生重要影響，互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療可穿戴設(shè)備將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。并且伴隨著我國(guó)老齡化現(xiàn)象的日益嚴(yán)重，人們對(duì)健康的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，可穿戴醫(yī)療設(shè)備將進(jìn)入發(fā)展的春天。

1.可穿戴醫(yī)療設(shè)備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著近些年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可穿戴設(shè)備得到了較快發(fā)展。運(yùn)動(dòng)時(shí)穿戴在人體或衣服上的設(shè)備成為可穿戴設(shè)備。可穿戴醫(yī)療設(shè)備主要指穿戴于身體具有醫(yī)療健康用途的微型電子設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)。

互聯(lián)網(wǎng)核心基礎(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的興起，可穿戴設(shè)備近些年來(lái)發(fā)展速度異常迅猛，出現(xiàn)了各種面向公眾客戶、局與客戶健康醫(yī)療系統(tǒng)平臺(tái)、醫(yī)療診斷系統(tǒng)平臺(tái)等互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療的商業(yè)模式。

CWCISA(中國(guó)可穿戴計(jì)算產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟)數(shù)據(jù)顯示，2014年中國(guó)可穿戴設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為22億元， 2016年中國(guó)智能可穿戴設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模增加到228億元左右。同樣的，在2014年醫(yī)療領(lǐng)域也發(fā)生著重要的變化，移動(dòng)醫(yī)療得到快速發(fā)展。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2014年移動(dòng)醫(yī)療市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到30.1億，同年增長(zhǎng)52%，預(yù)計(jì)2017年，移動(dòng)醫(yī)療市場(chǎng)規(guī)模將突破200億，進(jìn)入高速發(fā)展期。可穿戴醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)發(fā)展迅速，很大程度促進(jìn)了健康醫(yī)療檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字診斷技術(shù)、電子工程技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)的發(fā)展。

可穿戴醫(yī)療設(shè)備可以改善個(gè)人的習(xí)慣，提高對(duì)疾病的治療效果，符合預(yù)防醫(yī)學(xué)意義。市場(chǎng)上目前存在的可穿戴醫(yī)療設(shè)備主要為信息感知器，可以對(duì)穿戴者的生理信息進(jìn)行測(cè)定，結(jié)合遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)和協(xié)同信息處理技術(shù)，成為智能化末端信息設(shè)備。

2.技術(shù)發(fā)展分析

可穿戴醫(yī)療設(shè)備能夠便捷地對(duì)人體健康進(jìn)行檢測(cè)，并作出能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析和反饋。可穿戴醫(yī)療設(shè)備技術(shù)主要分為以下幾個(gè)層級(jí)。

對(duì)個(gè)體進(jìn)行識(shí)別并進(jìn)行標(biāo)記的信息技術(shù)，如電子身份證、個(gè)人信息等相關(guān)技術(shù)；

對(duì)生理信息和健康信息進(jìn)行采集的技術(shù)，對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行收集歸檔，實(shí)現(xiàn)信息安全；

可穿戴設(shè)備可以接受和執(zhí)行系統(tǒng)命令，根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果對(duì)人體進(jìn)行反饋；

具備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理控制能力，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)。

根據(jù)上述層級(jí)技術(shù)的發(fā)展，可穿戴設(shè)備可以完成智能末端信息設(shè)備的單獨(dú)存儲(chǔ)和處理，并且隨著健康醫(yī)療互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)架構(gòu)將更加完整，信息交互技術(shù)、健康醫(yī)療傳感器、信息安全、大數(shù)據(jù)處理、能源技術(shù)等技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，可穿戴醫(yī)療設(shè)備在當(dāng)前人們?nèi)找嬷匾暯】档男螒B(tài)下，旺盛的需求將使可穿戴設(shè)備的功能將更加強(qiáng)大。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架技術(shù)發(fā)展

以互聯(lián)網(wǎng)為核心的系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)逐漸發(fā)展成熟。不同的醫(yī)療器械通過(guò)模型或者功能方式驅(qū)動(dòng)，可穿戴醫(yī)療設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)事件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，自下而上構(gòu)建開(kāi)放式構(gòu)架，可以方便地聯(lián)入新的節(jié)點(diǎn)，為服務(wù)處理提供方便。在互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，醫(yī)療事件可是沒(méi)有與現(xiàn)決定，通過(guò)確定的軟件經(jīng)過(guò)算法處理，才能自主地進(jìn)行健康信息表達(dá)。

可穿戴醫(yī)療設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通常由五個(gè)層級(jí)組成。

感知層：主要承擔(dān)信息收集和初步處理的作用，一般由可穿戴設(shè)備組成；

接入層：主要供各類可穿戴醫(yī)療設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接入，如3C/4C、Zigbee、有線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)層：通過(guò)局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等進(jìn)行遠(yuǎn)距離信息傳輸，包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、文件服務(wù)器、信息安全服務(wù)等。

業(yè)務(wù)層：主要進(jìn)行信息表達(dá)和處理，根據(jù)語(yǔ)義互操作和信息共享進(jìn)行服務(wù)呈現(xiàn)，比如進(jìn)行健康趨勢(shì)報(bào)表、健康咨詢等。

可穿戴醫(yī)療設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以通過(guò)開(kāi)放的環(huán)境進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，系統(tǒng)架構(gòu)提供模塊化、可擴(kuò)展性和開(kāi)放性的“云”服務(wù)平臺(tái)。可穿戴醫(yī)療設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)核心基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)可操作性的體系結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

2.2 傳感技術(shù)發(fā)展

傳感器作為智能化末端信息設(shè)備的基礎(chǔ)核心技術(shù)，是可穿戴醫(yī)療設(shè)備的重要感知層。可穿戴醫(yī)療設(shè)備傳感技術(shù)符合傳統(tǒng)醫(yī)療器械供應(yīng)商的技術(shù)能力，也是半導(dǎo)體廠商競(jìng)爭(zhēng)激烈的技術(shù)，傳感器技術(shù)發(fā)展迅速。

近些年來(lái)，傳感器技術(shù)超阿哲能耗小、微型、高集成、專業(yè)化方向發(fā)展，很好地滿足了穿戴醫(yī)療設(shè)備可移動(dòng)性的要求，交互性比較強(qiáng)。

生物電傳感、阻抗傳感、溫度傳感、光敏傳感、加速度傳感、壓力傳感、超聲傳感等技術(shù)是典型的傳感技術(shù)。

2.3 信號(hào)處理與控制技術(shù)發(fā)展

一般地將可穿戴醫(yī)療設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的職能終端信息設(shè)備也稱為可穿戴醫(yī)療設(shè)備，能夠完成健康信息的采集和處理任務(wù)，并能夠根據(jù)處理結(jié)果選擇不同的控制流程。比如，利用生物電傳感器獲得心電信號(hào)，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，進(jìn)而提取信號(hào)的特征，在利用心電生理信號(hào)邏輯對(duì)心電參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可以對(duì)心電異常進(jìn)行識(shí)別，及時(shí)報(bào)警，提醒人作出響應(yīng)。

數(shù)字信號(hào)樹(shù)立技術(shù)已經(jīng)從確定信號(hào)分析的FIR、IIR方法發(fā)展到現(xiàn)在的對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行特征估算的方法。維納濾波、功率譜估計(jì)等方法都得到了廣泛應(yīng)用。此外，特征提取單方法也從過(guò)去簡(jiǎn)單的閾值過(guò)濾，發(fā)展到基于模式識(shí)別的任曦歸類法，再到今天的自學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)方法。信號(hào)濾波處理和特征提取方法，都使據(jù)來(lái)量劇增，能量消耗量巨大。

近年來(lái)，嵌入式處理器MCU發(fā)展迅速，近些年來(lái)應(yīng)用廣泛的ARMCortex-M處理器，從起初的Cortex-M3到DSP指令構(gòu)架的Cortex-M4，比較新的Cortex-M7的處理能力得到大幅提高，運(yùn)行效率更好。

2.4 信息接入技術(shù)發(fā)展

在可穿戴醫(yī)療設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，信息接入層可以能夠連接智能化末端信息設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的信息接入方式，一般包括藍(lán)牙、3C/4C，WiFi，Zigbee等無(wú)線傳輸技術(shù)，通常藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用比較多。世界各國(guó)對(duì)可穿戴醫(yī)療設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一的信息接入?yún)f(xié)議，一般設(shè)備僅有有限的地質(zhì)和尋址能力，對(duì)信息不完全開(kāi)放，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的協(xié)議進(jìn)行信息交換，不使用語(yǔ)義式的可擴(kuò)展協(xié)議。

在2011年，使用通用規(guī)范形式將藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)眼（SIC）納入健康醫(yī)療信息，對(duì)藍(lán)牙配置、服務(wù)、傳輸規(guī)范進(jìn)行了規(guī)范。

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