老年人社區照顧中的可穿戴心電監測系統設計及其應用*

劉敦博，何佳潔

（1.寧夏職業技術學院，寧夏 銀川 750004；2.寧夏醫科大學 公共衛生與管理學院，寧夏 銀川 750021）

1 研究背景

隨著老齡化的來臨和發展，我國目前主要有社會養老和家庭養老模式，但因社會養老資源不足，家庭養老能力有限，且因為計劃生育政策以及人們對于“少生優育”的認識，中國傳統的大家庭結構不斷解體，與此同時4-2-1 的家庭結構成為主流形式，這種小型化的家庭結構打破了傳統上的四世同堂的家庭模式。另外，現代社會中老人和子女也都追求有自己的“自由空間”，于是傳統的家庭養老模式遇到了前所未有的挑戰，逐漸地來由家庭承擔的老人贍養功能轉向社會養老服務。在這個轉變的過程中，獨居老人成為一類社會問題而倍受關注。所以有很多老年人都會處于身邊沒有隨時關照身體健康的人，尤其對于喪偶或長期單身老人，身體健康以及一些突發狀況難以被隨時關注并發現，疾病突發給獨居老人帶來死亡危險悲劇的不斷上演，已得到社會各界的廣泛關注。

據報道，2019 年2 月12 日上午，一名63 歲的獨居老人被發現死于杭州環東公寓的家中。據了解，去世老人身患心臟病、糖尿病等多種疾病，沒有結婚，身邊也沒有子女，長期獨居，此次出事的原因可能便是心臟病突發，而且很有可能兩天前就出事了，直到前一晚其妹妹打電話一直無人接，第二天趕過來敲門無人應答，才被發現。同樣的獨居老人或者獨自外出老人疾病突發因救治不及時，而導致猝死甚至被發現后已死亡數日的事件不斷增加，而心源性猝死是相對最常見的猝死原因，其他一些疾病的發作前兆也與心率的改變息息相關。

針對老年人的健康智能設備——心率報警手環，對老人的居家外出時的身體情況全面檢測，使患有疾病或者需要疾病預防的老年人得到更加及時的關照，同時通過手環的報警信息傳送，幫助在異地工作的子女及時了解在家獨居父母的突發心率狀態，并促進子女與父母之間的交流。當疾病突發時，GPS 系統的精確定位與自動向子女、當地社區及醫院的報警，從而減少老年人突發疾病的致死率，防止因未得到及時的體檢或因醫療知識缺乏而使得病情延遲治療的嚴重后果的發生。

2 老年人社區照顧中的可穿戴心電監測設備的需求研究

我國60 歲以上的老年人平均每人患有3～4 種慢性疾病，老年人的患病率是普通人群的2.5～3 倍，平均住院時間是非老年人的15 倍，住院費用是非老年人的1.8倍。健康預警可以做好疾病預防，消除健康危險因素，達到節約人力資源和醫療成本的目的。

根據過去國家獨生子女的政策，現代家庭多為獨生子女，家庭中多數老人獨自生活，空巢老人的現象增大，這樣給家庭中的獨生子女帶來了更大的生活負擔。因此，在子女因為工作或其它生活原因而無法照顧到老人時，一款簡單直接的預警手環可以很大程度的緩解子女對于老人的健康的擔憂。

可穿戴心電監測設備的心率傳感器會實時監控老人心率變化。另外，手表因為設置了GPS 模塊，可以檢測佩戴者的位置，還自帶報警裝置，可以避免老人發生迷路，發病等情況。忙碌的子女們將減少對老人的擔心和憂慮，放心讓老人出門。

老人對智能健康手環的功能需求不同，其中，60～69歲的老人對檢測生命體征的需求量最大，70～79 歲的老人對急救呼叫的需求量大。根據調研結果可以發現老年人的健康需求包括以下幾個方面：

健康狀況監測需求：老年人可穿戴心電監測設備需要實時對老人的心電圖、心率、血壓等數據進行監測，當數據出現異常或與日常狀態差異較大時，能夠發出報警信號。可穿戴心電監測設備能夠采用時下最流行的老人端-子女端-醫療端數據實時傳輸，實現平臺數據共享，以利于社區衛生服務機構開出運動與保健方面的建議書，子女也能實時掌握父母的健康狀況，進而提供有針對性的關懷。

定位監測需求：老年人可穿戴心電監測設備能夠準確記錄老人的日常行動軌跡，可以對老年人的實時位置進行定位，避免老年癡呆癥患者走失。可穿戴監測設備也可以對老年人的運動軌跡實時監控，測量步數和消耗的熱量等，同時設置久坐提醒服務，如果老人久坐沒有運動，智能手環就會震動提醒，并且會根據所設定的時間進行重復提示，保證老人定時運動。

緊急呼叫需求：老年人若摔倒后無人扶，錯過了最佳的救治時間，會造成不可挽回的損失。一鍵急救功能直接將信號發送給社區和子女（或預設緊急聯系人），能使老年人在發生意外時獲得急救機會。

3 可穿戴心電監測系統設計

3.1 技術支撐

心電監護系統是預防和檢測心血管疾病的重要手段，心血管疾病具有慢性和突發性的特點，心電監護系統具有重要的臨床意義。現有技術中，對于患者在外時，難以護理，若患者在外發生心率不正常的情況，因消息傳遞的障礙性可能難以得到緊急施救，因此，存在改進空間。許多學者已經使用數字濾波器對心電信號進行去噪，并做了一些研究。[1]例如，平滑濾波是濾波工頻干擾的最早方法。[2]它具有處理速度快、算法簡單、濾波效果好等特點，但其信號衰減大，濾波通帶窄。

在老年人可穿戴心電監測設備的運行中，人體組織的極化將導電離子傳輸到體表，在皮膚與收集電極的界面處進行電子離子交換。最后的ECG 信號由導電電極通過單導線或多導線傳輸。得到了前置放大濾波電路和采集處理電路。正常心電圖上每個心動周期的心電波形變化是有規律的。當心臟受到損傷或發生病變時，心電圖可以實時反映心臟的異常活動，表現為各頻帶和間隔的異常。心電信號是人類心臟周期活動的直觀表現。由于人體產生心電信號的原理較為復雜，心電信號具有以下兩個典型特征。一個是隨機的，它不是典型的周期信號，它是根據具體情況實時發生的。目前無法使用標準的數學模型描述更改。動態心電信號是弱電信號，可穿戴織物電極對電子設備或外界環境引起的熱噪聲、工頻信號噪聲等噪聲干擾非常敏感[3]。因為它不能牢固地附著在皮膚上，所以它具有低阻抗特性[4]。當用戶進行日常活動時，電極被擠壓、拉伸或機械變形，電極與皮膚界面之間的位置相對滑動[5]。改變皮膚與電極之間的電信號，產生運動偽影，使心電圖的監測更加困難，信號被淹沒甚至被噪聲破壞，很大程度上干擾了心電圖信號的有效性[6]。但隨著科技的進步和研究的不斷深入，上述問題也在逐步得到改善。通過對電信號的評估和處理，當前已經可以基本實現對于心電監測設備的技術需求。

在老年人社區照顧中，針對特殊的細化需求，要求在原有的心電監測技術上強化聯網和報警功能。也就是可穿戴心電監測設備與移動電話（互聯網接入點）的完美融合。根據實際情況分析，比較貼合實際使用的可穿戴心電監測設備中，運動手環與電話手表的結合運用更為符合老年人使用的習慣，也更加便捷，利于長時間的佩戴。

綜上，可穿戴心率檢測設備在技術上已經完全可以達到并實現所需功能要求。

3.2 監護報警系統設計

手環式心率檢測遠程報警手表通過以下技術方案來實現監護及報警功能：包括SIM 網絡模塊、心率傳感器、GPS 模塊、單片機、撥號控制模塊、電池和聲光報警模塊，所述SIM 網絡模塊、所述心率傳感器、所述GPS 模塊、所述單片機、所述撥號控制模塊、所述電池和所述聲光報警模塊均集成于可穿戴手環內，所述SIM 網絡模塊與所述單片機連接，所述心率傳感器的信號輸出端與所述單片機的信號輸入端連接，所述GPS 模塊的信號輸出端與所述單片機的信號輸入端連接，所述電池與所述單片機的電源端連接，所述撥號控制模塊與所述單片機的控制輸入端連接，所述單片機的報警信號輸出端與所述聲光報警模塊連接。

SIM 網絡模塊用于電話功能，能夠進行撥號和接電話。除此之外，SIM 網絡模塊也可以通過GPS 來進行地理位置與相關情況的實時語音播報，在撥號和接電話時可以自動語音播報地理位置信息和具體情況。

圖1 結構原理框圖

心率傳感器用于監測佩戴者的心率，如果心率達到預設心率閾值（預設可人為設置，或按照年齡選擇默認數值），則手表自動撥號給預設報警號碼（或由聲光報警模塊鳴叫，也可同時兼備，可由撥號控制模塊預設調節確認）。

GPS 模塊用于監測佩戴者的位置，報警同時可發出佩戴者所在定位。

圖2 信號傳播框圖

4 老年人社區照顧中的監測系統應用所需的社會支持

在本系統設計中，需要幾個層面的配合協作。一是老人自身，需要配合堅持佩戴心電監測設備。堅持佩戴需要有前期的知識宣講，并且需要習慣的養成，只有在心理上接受并了解了監測設備的重要性，才能幫助老年人逐漸養成堅持佩戴的習慣。二是老人家屬或者社區責任部門需要支撐心電監測設備的購置與維護。監測設備雖然價值不高，但也是一項額外支出。對于有經濟來源的老年人而言不存在較大的困難，但是對于無經濟來源的老年人來說，就需要社區和社會組織給予一定的支持和幫助。三是社區醫療衛生機構，需要配備相應的監測信號接收軟件或者監測人員（緊急聯系人），并制定相應的緊急情況應對辦法。這將對于社區醫療衛生機構的服務提出更高層次的要求，不僅需要掌握本社區獨居老人的居住及健康情況，也需要對老人的身體狀況，緊急情況應對措施，醫療急救的特殊需求等有更加詳細的了解。同時，為了應對突發情況，社區醫療衛生機構還需要與當地的配出所有密切的聯絡，以備特殊情況下需要特殊支援。