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近年來，隨著人們對于健康的關(guān)注及可穿戴技術(shù)中材料、電子、通訊、計算、遠程處理等技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得穿戴式醫(yī)療健康設(shè)備逐漸受到人們的重視。穿戴式設(shè)備是可直接穿在身上, 或整合到使用者的衣服或配件的一種便攜式電子設(shè)備，它在軟件支持下能夠感知、記錄和分析人體的一些重要生理指標。作為一種新的生活方式，它將會給人們的生活帶來巨大的改變，具有廣闊的市場發(fā)展前景。根據(jù)全球領(lǐng)先的移動互聯(lián)網(wǎng)第三方數(shù)據(jù)挖掘和分析機構(gòu)艾媒咨詢（iiMedia Research）權(quán)威發(fā)布的《2016第一季度中國移動醫(yī)療健康市場報告》：2016年中國智能可穿戴設(shè)備市場規(guī)模將達180億，超9成中國手機網(wǎng)民愿意嘗試相關(guān)可穿戴醫(yī)療健康，60%的網(wǎng)民表示希望通過可穿戴醫(yī)療健康設(shè)備實現(xiàn)對健康情況的全盤監(jiān)控。另外，數(shù)據(jù)顯示，2015年中國智能可穿戴市場已達105.6億元，相信在不久的將來，可穿戴醫(yī)療健康設(shè)備或?qū)⒂瓉肀l(fā)式的增長。

可穿戴設(shè)備在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可應(yīng)用在臨床監(jiān)控、家庭監(jiān)護、特殊人群監(jiān)測等方面。它通過將信號采集、分析設(shè)備集成在服裝及其附件上，從而能夠在人們?nèi)粘Ｖb時監(jiān)測人體各項生理指標。其中，體溫作為人體一項最重要的生理指標之一，在人體生理監(jiān)護中有著極其重要的參考價值?？纱┐黧w溫監(jiān)測設(shè)備具有柔性穿戴特性，可實現(xiàn)長時間實時體溫監(jiān)測和記錄，當體溫數(shù)據(jù)超過自主設(shè)定的閾值會自動發(fā)出警告。此外，臨床研究證明，很多病癥在體溫變化曲線上會呈現(xiàn)出某些特征，因此系統(tǒng)所記錄的體溫曲線具有一定深度挖掘的價值和意義，不僅能夠讓醫(yī)生做出更具針對性的診療，而且對一些疾病的預(yù)防也會起到提前預(yù)警的作用。比如，長時間實時體溫監(jiān)測提供的數(shù)據(jù)，對于手術(shù)過程中及術(shù)后的監(jiān)護、提高女性排卵期受孕率、體溫中樞尚未發(fā)育成熟的嬰幼兒的健康監(jiān)護等。

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穿戴式體溫監(jiān)測設(shè)備

溫度傳感器、電子信息技術(shù)、無線通信技術(shù)、材料科學(xué)等的發(fā)展為穿戴式體溫監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展提供了一定的技術(shù)支撐。穿戴式體溫監(jiān)測設(shè)備主要有六大功能：實時持續(xù)監(jiān)測、遠程數(shù)據(jù)同步、超限報警提醒、吃藥護理提醒、貼心云端服務(wù)、家庭護理參考。

可穿戴式體溫監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)一般包括溫度傳感器系統(tǒng)、穿戴系統(tǒng)、移動端系統(tǒng)和云服務(wù)系統(tǒng)四大模塊。其中，溫度傳感器系統(tǒng)是感知，處理和傳遞采集的人體溫度信號的系統(tǒng)，是可穿戴設(shè)備的核心器件；穿戴系統(tǒng)是搭載溫度傳感系統(tǒng)的穿著平臺；移動端系統(tǒng)能實現(xiàn)信號實時在線監(jiān)護及信號處理，并能夠給使用者提供相關(guān)的醫(yī)療建議；云服務(wù)系統(tǒng)主要將移動端的數(shù)據(jù)進行遠程存儲，并與專業(yè)的醫(yī)療機構(gòu)數(shù)據(jù)平臺聯(lián)合起來，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行相關(guān)醫(yī)學(xué)分析，實現(xiàn)遠程醫(yī)療監(jiān)護的目的。

美國佐治亞理工學(xué)院是世界上首先開展穿戴式主板研究的機構(gòu)，其所開發(fā)的第三代產(chǎn)品可以監(jiān)測心率、呼吸頻率、體溫等生理參數(shù)。美國Vivo Metrics公司研發(fā)的Life Shirt通過將傳感器內(nèi)置于服裝中，達到監(jiān)測呼吸頻率、心率、體溫等三十幾項人體生理指標，并且能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進行初步分析，并將分析報告提交給醫(yī)生。美國森沙特公司于2008年研制出了“醫(yī)護襯衫”，它能夠檢測穿著者的體溫、心率、血壓等數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)?shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信傳送到醫(yī)院。C.P.Figueiredo等人研究的低功耗無線生理監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)對心電、體溫和活動的實時監(jiān)測。歐盟在Proe-TEX項目的FP6計劃中，制作了一款用于監(jiān)控緊急救災(zāi)人員的智能服裝，該服裝可以監(jiān)測用戶的健康狀況和外部的環(huán)境變量，如外界的有毒氣體和外部溫度等。

▲ 監(jiān)控救災(zāi)人員的智能服裝

在國內(nèi)，可穿戴體溫監(jiān)測的研究相對較晚，張政波等人通過在彈性背心中嵌入各類傳感器，記錄呼吸運動、心電信號、體位變化和體溫變化等，實現(xiàn)了多生理參數(shù)的穿戴式、協(xié)同檢測系統(tǒng)。付大偉以新型的低功耗單片機MSP430F413 為核心，設(shè)計了一款便攜式體溫監(jiān)測儀，通過溫度傳感器測量病患的體溫，并將測量數(shù)據(jù)傳輸給PC端，進行進一步的數(shù)據(jù)分析與處理。趙曉偉設(shè)計了一款能夠?qū)崿F(xiàn)24 h實時體溫測量、智能報警、溫度數(shù)據(jù)遠程分享的智能體溫計，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計實現(xiàn)了防丟器服務(wù)功能，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，用戶體驗良好。鄧遲在基于互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝的基礎(chǔ)上，對體溫傳感器進行了設(shè)計并進行了精度測試，測試結(jié)果滿足醫(yī)用電子體溫計的精度要求，并在此基礎(chǔ)上，提出了一種體溫傳感器端的可穿戴組裝方法。

目前，國內(nèi)可穿戴體溫監(jiān)測比較成熟的產(chǎn)品有北京睿仁科技醫(yī)療有限公司研發(fā)的Raiing智能兒童電子體溫計。該系統(tǒng)能夠提供每4 s一次的體溫數(shù)據(jù)，還有高低溫報警和吃藥提醒等功能，通過實時傳送數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)終端遠程監(jiān)控。同類的產(chǎn)品還有深圳為譜創(chuàng)展公司研發(fā)的環(huán)臂式智能兒童體溫計iFever。

▲ raiing智能兒童體溫計（左）

iFever發(fā)燒總監(jiān)智能兒童體溫計（右）

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穿戴系統(tǒng)

穿戴系統(tǒng)一般包括生理信號的檢測和處理、信號特征提取和數(shù)據(jù)傳輸?shù)然灸K，可以實現(xiàn)對人體無創(chuàng)檢測、診斷和治療，一般具有可移動操作、使用簡單、支持長時間連續(xù)工作、智能顯示診斷結(jié)果、異常生理狀況報警和無線傳輸?shù)忍攸c。傳感器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、服裝系統(tǒng)是穿戴系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。

溫度傳感器

溫度傳感器是可穿戴體溫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容。熱敏溫度傳感器一般較為常用，柔性溫度傳感器是其發(fā)展的一個方向。

熱敏電阻是電阻率隨溫度發(fā)生明顯變化的電阻，分為正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻和負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻。其中，NTC熱敏電阻因為自身測量精度高、互換性高、可靠性好等優(yōu)點而被廣泛使用。日本石冢SEMITEC 公司生產(chǎn)的103AT-4 型NTC 熱敏溫度傳感器測溫范圍在-60~150 ℃之間，最大功耗為6 mW，具有非常小的B值誤差和電阻，響應(yīng)速率高，空氣中熱時間常數(shù)可達2 s，精確度可達±0.3 ℃，適用于溫度探測、溫度計、溫控器、醫(yī)療設(shè)備等。美國精量公司生產(chǎn)的MEAS400系列NTC熱敏電阻為病人體溫監(jiān)測探頭提供±0.1 ℃的測量精度，可利用高達134 ℃高溫蒸汽滅菌器重復(fù)消毒。一次性探頭主要應(yīng)用于體表、食道和弗利氏導(dǎo)尿管的溫度測量。

▲ 柔性溫度傳感器陣列（左）柔性溫度傳感器（右）

隨著柔性基質(zhì)材料的發(fā)展以及傳感器需要集成化和智能化的要求，柔性傳感器的概念應(yīng)運而生。柔性傳感器要求具有透明、柔韌、延展、可自由彎曲、可穿戴等特點。南非開普敦大學(xué)的分支機構(gòu)PST Sensors研發(fā)的柔性溫度傳感器陣列，由PST的專利硅納米顆粒打印而成，可以進入多種不同的墨水類型，因此可以附著到幾乎任何表面。由日本村田公司研發(fā)的薄膜溫度傳感器由一個NTC熱敏電阻和一條厚度大約100 μm的柔性電路板(FPC)組成，長度可以在10~70 mm之間定制，厚度可以做到0.55 mm，測溫精度和靈敏度更好(即熱響應(yīng)時間)，可應(yīng)用于可穿戴設(shè)備或手機，例如檢測皮膚溫度或檢測移動設(shè)備的機身溫度。除了傳感器本身進行柔性化，也有依托織物，將傳感器與織物進行嵌入的相關(guān)研究。周宏圖等人采用復(fù)雜管狀組織與其他組織結(jié)合的形式對光纖光柵溫度傳感器進行封裝，方便傳感器嵌入服裝中，從而實現(xiàn)對人體體溫的實時檢測。

柔性傳感器的發(fā)展將進一步促進智能可穿戴設(shè)備的發(fā)展。人體生理監(jiān)測系統(tǒng)的智能服裝化，為智能可穿戴系統(tǒng)擁有良好的穿著舒適性打下一個良好的基礎(chǔ)。

通信系統(tǒng)

可穿戴式健康監(jiān)護系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)主要實現(xiàn)兩個任務(wù)：（1）把生物傳感器采集的生理信號傳輸?shù)较到y(tǒng)的中心節(jié)點；（2）將可穿戴健康監(jiān)護系統(tǒng)連接到遠程醫(yī)療監(jiān)護站點或醫(yī)生手機。通信系統(tǒng)是可穿戴系統(tǒng)的中間系統(tǒng)，起著連接兩端的重要作用，是人體生理信號實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，促使了生理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向無線化的轉(zhuǎn)變。一般的生理信號采集系統(tǒng)將人體生理信號（心電、血壓、呼吸、體溫等）通過傳感器或電極轉(zhuǎn)換成微弱的電信號，經(jīng)電信號、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片計算機接口電路后，以數(shù)字信號的形式進入終端設(shè)備，經(jīng)過處理后輸出測量數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)可以通過WAN（廣域網(wǎng)）、GSM（全球移動通信系統(tǒng)）、GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）、UMTS（通用移動通信系統(tǒng)）、WiMAX（無線城域網(wǎng)）、4G網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)進行數(shù)據(jù)與手機設(shè)備或者PC端進行傳輸。傳感器采集的海量生理數(shù)據(jù)必須經(jīng)過有效的存儲和處理后才能達到對使用者提出醫(yī)療建議的目的，這就需要系統(tǒng)提供高效的數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)支持。云計算這種以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)為載體，以用戶為主體為其提供基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺、軟件等服務(wù)為形式，整合大規(guī)模可擴展的計算、存儲、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等分布式計算資源進行協(xié)同工作的超級計算服務(wù)模式的概念，為線上病理分析提供了解決方案。分布式消息隊列收集系統(tǒng)、Apriori醫(yī)療數(shù)據(jù)挖掘算法優(yōu)化研究、MHCS（基于云計算的移動醫(yī)療系統(tǒng)）架構(gòu)的提出等都為進一步優(yōu)化遠程醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)提供技術(shù)支持。

服裝系統(tǒng)

可穿戴電子設(shè)備通過以服裝作為載體來實現(xiàn)“穿戴性”。目前，電子系統(tǒng)還不能做到完全柔性化來實現(xiàn)它與服裝系統(tǒng)的完全結(jié)合。此外，作為服裝的一部分，電子系統(tǒng)的設(shè)計還必須考慮人體著裝的舒適性與服裝連接的可拆卸或者可水洗等性能。

目前，可穿戴體溫監(jiān)測設(shè)備大多為環(huán)臂式的設(shè)計。浙江大學(xué)的陶毅陽對體溫監(jiān)測服務(wù)系統(tǒng)進行設(shè)計時考慮到了系統(tǒng)的三種佩戴方式：肩帶式、背心式和環(huán)臂式。CHEN W 等人在對女性月經(jīng)周期的研究中，通過把測溫裝置固定在內(nèi)褲邊緣并與人體接觸的方式來測量女性在睡眠中的皮膚溫度。在這個案例中，電子設(shè)備與服裝通過搭扣的方式來實現(xiàn)測量溫度的目的。

對于智能可穿戴設(shè)備來說，目前智能手表、智能手環(huán)和智能眼鏡在市場份額上仍占據(jù)主導(dǎo)地位。與服裝系統(tǒng)結(jié)合比較好的智能監(jiān)護設(shè)備一般為可穿戴心電、呼吸、體感等設(shè)備。但是，這一類型的可穿戴設(shè)備大多數(shù)還停留在實驗室階段，要被市場所接受，就要考慮多因素的著裝狀態(tài)。

智能服裝設(shè)計方面需要考慮的因素有：①遵循用戶為中心的原則制定需求，滿足用戶的生理、心理、生活和環(huán)境等需求；②選擇可實現(xiàn)預(yù)期功能的技術(shù)，選擇適合的紡織面料，服裝設(shè)計符合美學(xué)原則；③對于智能服裝進行多方面的性能評價；④遵循保護環(huán)境的原則。在可穿戴設(shè)備服裝系統(tǒng)的開發(fā)上目前還沒有固有的設(shè)計模式，在未來，需要多個學(xué)科的協(xié)同合作，完成相關(guān)的標準制定。

有關(guān)可穿戴體溫監(jiān)測設(shè)備的更多信息，請查閱2017年第6期《合成纖維》雜志。

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