智慧養老背景下老年人可穿戴設備應用現狀分析

朱云澤

（武漢學院，武漢 430212）

根據第七次全國人口普查統計，60歲及以上老年人口占比18.70%，預計未來5年我國60歲及以上老年人口將超過3億，占比超過20%[1]。老年人身體基能下降、慢性病高發和缺少監護措施等問題突出，但當前養老服務資源卻明顯不足。

為了解決養老供需矛盾，提升養老資源利用效率，將養老服務與信息技術融合，我國在2017和2021年接連發布了兩次智慧養老行動計劃。而可穿戴設備技術的日趨成熟，其小型化、舒適化和智能化的發展趨勢，都為智慧健養老產品供給、數據應用和健康管理能力提升提供了助力。

1 老年人可穿戴設備概述

1.1 可穿戴設備概念

可穿戴設備是佩戴于用戶身體上的各類電子設備。與老年用戶健康監測相關的可穿戴設備目前包括紡織品中的無縫集成微型傳感器、智能手環和手表、眼鏡、血氧儀，以及各類佩戴在腰部、胸部等位置的監測日常行為的智能傳感器[2]。要滿足老年人健康管理的需求，可穿戴設備需要用于測量更多生命體征、通過智能手機發送安全可靠數據，并通過大數據分析技術提高高齡用戶的健康自我管理能力。

1.2 老年人可穿戴設備類型

根據佩戴位置的不同，老年人健康管理相關的可穿戴設備可分為頭戴式、腕帶式、攜帶式和身穿式4種類型[3]，見表1，將幾種類型的設備進行對比分析。

表1 不同類型老年人可穿戴設備對比

總的來說，國內成熟的高齡用戶專業可穿戴設備比較少，現有老年人智能可穿戴設備也以腕帶式為主，功能相對簡單，大部分設備缺乏專業的數據分析和可視化，專業醫療設備相對少。主要功能是收集有關每日步數、步行距離、卡路里消耗和跟蹤睡眠質量記錄的個人數據。

2 老年健康管理可穿戴設備的應用

2.1 跌倒警報

對于65歲以上的成年人來說，跌倒已成為導致殘疾、緊急住院甚至死亡的主要原因。根據對老年用戶的可穿戴設備需求調研也顯示，跌倒警報是老年人最期待的功能之一[4-5]。經由合理設計賦予相對完善功能的可穿戴設備不僅可以實現跌倒事后檢測還可以預測跌倒以降低其發生率[6]。

2.1.1 識別環境危險因素，提前預測并規避跌倒風險

Ajerla等利用回聲裝置、攝像頭和揚聲器采集周圍環境數據，并通過集線器與老年人通話提示風險信息；Caporusso等提出的可穿戴腕帶通過RGB LED信號燈、振動功能向處于危險環境的老人從視覺觸覺兩通道發送信號；Wang等開發的可穿戴墜落檢測系統對跌倒檢測的準確率高達97.5%，靈敏度和特異性分別為96.8%、98.1%，可實現向老年用戶發送警報通知并將其位置信息傳遞給家人或醫護人員。

2.1.2 記錄并分析步態信息，識別行動差別預測跌倒風險

Noh等定義了準確率為67%～70%的步態模型，該研究將傳感器置于老年人鞋底，通過識別步幅、步行速度和站姿準確分類跌倒風險級別。Zhang等設計了一個集成智能手機和智能鞋的跌倒預測系統，準確率為97.2%。利用4個壓力傳感器和智能手機傳感器來評估步行模式，并在智能手機中生成警報消息，以警告用戶高風險的步態模式，使其免于跌倒。Fernandez等研發了基于手杖的跌倒風險反饋系統，通過手杖的慣性傳感器估計老年人重心和手杖方向，在輔助老年人行走的同時預測跌倒風險。

2.1.3 跌倒事后檢測

主要是將利用加速度計和陀螺儀等多種傳感器，判斷運動狀態、感知不同方向加速度、測量大氣壓強，并結合機器學習分類算法預測跌倒是否已經發生?？偟膩碚f，對于事后跌倒檢測的可穿戴設備，隨機森林和神經網絡算法最常用，預測準確率也較高。陶帥等開發的基于三軸加速度傳感器和陀螺儀的跌倒識別系統實現老年人步態數據的分析，用BP神經網絡算法測算老年用戶的跨步長和離地高度，該系統的跌倒識別率高達93.7%。Kumar等通過支持向量機分類器實現準確率達93%的跌倒行為識別，開發的可穿戴設備具有適配性良好的優勢。Zhou等通過可穿戴設備幫助老年神經系統疾病患者降低跌倒風險。使用放置在下背部和腳踝的可穿戴設備測量時空步態特征，證明步數、腳趾離地時的足底屈曲和腳跟撞擊時的腳踝背屈、步幅長度等是檢驗跌倒的敏感變量。

2.2 體征監測

2.2.1 睡眠監測

可穿戴設備采集睡眠生理指標并干預睡眠環境有助于改善老年人睡眠質量。馬旭娜等設計的眼耳一體罩設備，專用于改善老年住院患者在光打擾、噪聲及夜間護士巡房的情境，通過模擬自然光環境、使用音樂助眠及監測生命體征，提升睡眠質量；Kiaghadi等實現了將傳感器直接編織到紡織品或服裝中，持續檢測睡眠質量的關鍵指標——心跳、呼吸和睡眠姿勢，并在不知不覺中調整“智能睡衣”改善老年用戶睡眠。

2.2.2 呼吸監測

呼吸頻率是判斷人體健康的重要指標，尤其老年用戶又是肺炎、呼吸衰竭和睡眠呼吸暫停低通氣綜合征的高發群體。Rodriguez-Villegas等研發了一款用于監測患者呼吸暫停的可穿戴醫療設備，在10 s內檢測到呼吸暫停和呼吸不足，其靈敏度為77.1%，特異性為99.7%，解決了傳統設備無人監督時的使用困難。在商業化產品中，美國BreathResearch公司發布的智能耳機采集呼吸聲音數據，并分析聲速、連貫性和清晰程度，在手機App上給用戶針對性意見；AirPods使用設備的板載麥克風在用戶行動過程中采集吸氣和呼氣的聲音，監測呼吸頻率、跟蹤心肺健康程度，使估算呼吸頻率更加經濟高效。

2.2.3 心率監測

心率監測作為老年人的常規健康監測指標，目前已經成為眾多上市可穿戴設備的重要賣點。這一功能的實現多采用光電容積脈搏波描記法，然而多數商業化可穿戴設備對靜止狀態下的心率監測準確，卻在運動狀況下誤差較大。Xiao等研發的智能手環可實現運動人群的心率狀況監測，采用物聯網通信網絡技術傳輸數據，進行處理分析后對異常數據及時報警。張海軍等研發的彈性針織背心集成了心電監測儀、電極片和導聯線等裝置，對人體造成的壓力小，符合老年人日?；顒蛹敖】档谋O護需求。

2.2.4 血壓監測

老年人免疫力弱，身體器官機能逐漸下降，慢性病的患病率高?？纱┐髟O備針對某項代謝指標進行監測，對監護老年人日常健康狀況具有重要意義。應用于可穿戴設備的無袖帶血壓技術可以持續、實時進行血壓監測，通過光電傳感器采集血管吸收或反射的光量監測血氧飽和度、脈搏波形和脈搏波傳導速度等變量估算血壓水平，然后與機器學習算法結合，矯正血壓值以實現準確測量。

2.2.5 血糖監測

血糖的自我監測有助于老年人穩定維持血糖水平、患者可及時調整胰島素用量。目前大多數監測方式仍是有創監測，但這種方式不適合持續測量，加劇了老年用戶的生活不便和患者痛苦。無創監測通過眼淚、汗液及唾液等體液中葡萄糖含量的測量，間接獲得血糖值。Oh等研發的汗液傳感器附著于皮膚，檢測汗液中的葡萄糖和pH。該設備將碳納米管逐層沉積，制造圖案化的可拉伸電極，在濕潤的皮膚上也具有良好的附著力。Nakanishi等設計的可穿戴式無痛微針胰島素泵，利用電解產生的壓力變化，以0.15μL/s的速度提取幾微升人體血液，通過微型胰島素注射泵自動調整胰島素用量并注射。

2.3 定位監測

當老年人出現健康問題，特別是對于患有阿爾茨海默病或被判定為跌倒的老人而言，即時定位并傳送其位置信息給監護人才能縮短響應時間提升治愈率。日本智能手表CleverCare使用GPS定位危險和安全區域，當阿爾茨海默病患者離開安全區域時自動向緊急聯系人發出提醒，并且配備24小時呼叫中心，可自動撥出緊急呼叫電話預防突發事件[7]。許黛芳等設計了基于石墨烯柔性傳感器和阿爾茨海默病患者需求的智能服裝，其核心功能包含輔助全球衛星定位系統、跌倒檢測、健康監測和語音提醒，并且經過了舒適性檢驗和用戶主觀評價檢測，舒適度、美觀度都比較高。

我國“愛牽掛”公司為高齡用戶設計的智能手環，將GPS、北斗等多種定位系統結合提高定位準確度，并且通過室內安裝的射頻識別設備精準地判別老人跌倒受損情況和具體位置信息。美國AT&T研發的Ever There的可穿戴設備識別準確度較高且便攜度很高，可當作串繩或者別針紐扣，與當地醫療系統聯合，自動向急救中心發出警報[8]。

2.4 運動健康監護

在有效提升老年人生活質量、提升機體抵抗力等方面，合理適當的體育運動發揮著不可替代的作用。另外，運動分析和步態監測分別在老年康復醫學和帕金森病的改善具有重要意義。目前市場上大多數可穿戴設備都具備運動監測和分析功能，通過傳感器采集數據然后藍牙傳輸至智能手機，展示運動類型、消耗的能量和心率等。表2匯總了一些典型的商用運動監測智能手環/手表的特點。若將可穿戴設備采集的運動數據應用于醫療領域，需要使用更多種類且靈敏度更高的傳感器，以補償運動跟蹤所獲得數據準確性不足的缺點。

表2 典型商用運動監測智能手環/手表特點匯總

帕金森病通常發生在60歲以上的老人，全球約有1%的老人罹患該病，而且隨著年齡的增長患病率會越來越高。運動癥狀監測是帕金森病癥狀定量評估的關鍵監測方式[9]?？纱┐髟O備主要采集步長、凍結步態、運動時間和抖動長度等運動狀態數據。Chomiak等設計的可穿戴設備可實時計算帕金森患者的步伐高度，并可讓患者在家中隨音樂播放而原地踏步，提高患者的運動自律性，滿足患者對自我管理運動困難癥狀的需求。已商業化的帕金森患者可穿戴設備中，APDM公司的移動傳感器、Gait up公司的Physilog平臺結合可穿戴運動傳感器、Cyma公司的StepWatch3（步數活動監測器）、McRoberts公司的DynaPort傳感器等被推薦用于帕金森病的監測。

3 老年人可穿戴設備的挑戰和發展趨勢

3.1 面臨的挑戰

3.1.1 數據安全和隱私保護制度不完善

缺乏可穿戴設備的倫理方面研究。相關政策法規尚不完善，部分用戶隱私保護意識薄弱。廠商所擁有的個人醫療數據，在可穿戴設備技術缺陷和數據管控缺失雙重影響下，非常容易導致老年人醫療健康數據和隱私泄露[10]。

3.1.2 缺少統一的行業數據標準

要實現商業可穿戴設備與醫療系統數據對接、不同廠商間的可穿戴設備數據共享，則缺少統一的行業數據標準，數據規模小影響數據分析效果。

3.1.3 老年人對可穿戴設備接受能力差

老年人普遍對電子設備類的產品接受能力差、有抵觸情緒，且可穿戴設備在老年群體少有針對性的宣傳，大多數用戶對這種新型的健康監測和管理設備存在疑慮；產品缺少售后培訓環節，老年人在遇到使用問題后難以繼續長期、持續的使用。

3.2 發展趨勢

3.2.1 加強可穿戴設備健康監測數據的安全和隱私保護

可穿戴設備的制造和銷售廠商提高法律意識，提供通俗易懂的數據使用同意協議，明確規定數據的采集方式、使用范圍。相關部門加強監管，明確行業數據使用規范，健全數據安全和隱私保障體系；聯合行業專家，建議行業數據標準，增強數據加密技術的研發，明確數據共享方式和范圍。

3.2.2 與醫療健康管理融合提供精準服務

使用可穿戴設備采集的數據，結合最新研究成果、機器學習算法，與專業醫院互動，提供更專業的診療方案。尤其對于高血壓等老年慢性病，遺傳和環境等影響因素多，導致患者個體對治療的反應差異較大，助力精準醫學將是未來可穿戴設備的重要發展方向。

3.2.3 價格更親民

要讓可穿戴設備廣泛應用于日常健康管理及臨床疾病管理，需要研發更多便攜且價格實惠的微型傳感器。特別是在經濟欠發達地區及對于低收入老年人群體，要享受到智慧養老帶來的發展紅利，更需要降低價格、滿足用戶需求。

3.2.4 產品設計與選材貼合老年人喜好

盡可能減少可穿戴設備重量與規模，簡單易用、說明清晰；選擇舒適、透氣且柔軟的面料，提高產品穿戴的舒適性；通過選材，從肌理、溫度和光澤3個方面傳遞出柔和、溫暖的產品特色，增加老年人的安全信任感。應盡可能隱藏產品的新、奇、怪特征，讓可穿戴設備外形融于日常穿戴、更具傳統色彩。

4 結束語

老年人可穿戴設備是互聯網科技與養老服務融合的新興產物，能夠幫助實現老年人的日常健康管理和疾病自我管理，本文總結了老年人跌倒、睡眠、呼吸、心率、血壓、血糖、定位監測及運動健康監護的可穿戴設備部分具體產品。在我國不斷推動智慧健康養老產業發展的背景下，可穿戴設備將不斷優化，向信息精準安全、提供醫療服務、性價比高、穿著舒適且符合老年人審美需求方向發展，為提高老年人生活質量，減輕醫療壓力服務。