整合芯片、軟件及平臺(tái)為一體的可穿戴式設(shè)計(jì)

　　對(duì)于醫(yī)護(hù)人員來說，精確的診斷和治療與反映個(gè)人健康狀態(tài)的清晰畫面息息相關(guān)。但醫(yī)護(hù)人員還經(jīng)常需要借助一些醫(yī)療場所、診所或醫(yī)院的檢查，這些檢查最多只能提供不斷變化的個(gè)人健康動(dòng)態(tài)情況的靜態(tài)快照。但對(duì)于個(gè)人而言，這便與其上班甚至通過家庭醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行治療的需求產(chǎn)生了分歧，常常會(huì)演變?yōu)闊o法執(zhí)行醫(yī)療計(jì)劃。

　　通過可穿戴式產(chǎn)品遠(yuǎn)程查看健康資料的能力促進(jìn)了醫(yī)療保健行業(yè)的巨大進(jìn)步。全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì) (GSMA) 在美國進(jìn)行的一項(xiàng)慢性心力衰竭患者研究顯示，對(duì)患者進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視可減少并縮短住院時(shí)間。有一項(xiàng)獨(dú)立的研究表明，遠(yuǎn)程監(jiān)視慢性心力衰竭患者可將再次入院幾率降低 72%?？刁w佳健康聯(lián)盟，一個(gè)與 GSMA 類似的由醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)與技術(shù)公司組成的非盈利行業(yè)組織，將遠(yuǎn)程監(jiān)視或遠(yuǎn)程醫(yī)療視為醫(yī)療保健解決方案的關(guān)鍵因素，以解決突飛猛漲的每年耗資逾五千億美元的慢性疾病難題。

　　可穿戴電子通過為患者及其醫(yī)護(hù)人員提供前所未有的清晰健康趨勢(shì)畫面，能直接解決這些問題。不同于在醫(yī)療場所或醫(yī)院所獲得的重要統(tǒng)計(jì)數(shù)字的偶然性快照，可穿戴式保健與健康產(chǎn)品提供了反應(yīng)個(gè)人身體狀況的長期視圖。事實(shí)上，更先進(jìn)的可穿戴式產(chǎn)品甚至還能即時(shí)反映健康狀態(tài)或允許醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和有限的治療。

　　下一代可穿戴式設(shè)備

　　多年來，健身監(jiān)測器一直用于全天候跟蹤用戶心率，而更加復(fù)雜的可穿戴式設(shè)備正在尋求一種能提供持續(xù)更新重要診斷數(shù)據(jù)的方法。以 iHealth Lab 的動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)護(hù)儀、無線動(dòng)態(tài)心電儀和可穿戴式脈搏血氧儀為例，所有這些產(chǎn)品都結(jié)合了可穿戴式傳感器系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙以無線方式傳送至智能手機(jī)。動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì)在內(nèi)衣上，以提供全天候監(jiān)視，而不會(huì)影響用戶的日常生活。ECG 設(shè)備的電極和監(jiān)護(hù)儀集成在一個(gè)輕型單位中，可直接貼在用戶胸口，并將數(shù)據(jù)推送到云端以供醫(yī)護(hù)人員訪問。同樣，脈搏血氧儀通過指套式傳感器連接至佩戴舒適的腕帶，能提供全天 24 小時(shí)的血氧飽和度(SpO2)測量。

　　健身追蹤器尺寸很小，能為用戶帶來持續(xù)、舒適、無感的佩戴體驗(yàn)。Garmin Vivofit、LG Lifeband Touch 以及 Sony Core 等下一代健身可穿戴式產(chǎn)品功能強(qiáng)大，為更復(fù)雜的應(yīng)用提供了更多數(shù)據(jù)，進(jìn)而能更好的指導(dǎo)健康與健身。(圖1)

　　嵌入式傳感器

　　在此新一代可穿戴式產(chǎn)品迅速崛起的同時(shí)，傳感器、超低功耗處理器、無線通信、靈活的電子和封裝等技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。事實(shí)上，將傳感器陣列引入服飾中是過去幾年的一個(gè)重大突破，從而能夠開發(fā)出舒適而優(yōu)雅的可穿戴診斷設(shè)備。

　　例如，AiQ 智能衣服將超細(xì)不銹鋼織進(jìn)纖維中，使嵌入式傳感器形成了導(dǎo)電網(wǎng)狀物以監(jiān)視皮膚溫度和環(huán)境濕度以及進(jìn)行心電圖、腦電圖、肌電圖等腦電波測量。此類傳感器陣列隱藏在病人長袍和毯子等臨床醫(yī)療服裝中，可以連續(xù)無損地為醫(yī)護(hù)人員提供持續(xù)的重要統(tǒng)計(jì)信息來源。

　　為降低當(dāng)前篩查過程中的誤診情況，F(xiàn)irst Warning Systems 在其智能胸罩中采用了嵌入式傳感器技術(shù)，旨在以類似于任何其他胸罩的外形提供非放射、無損診斷數(shù)據(jù)。該公司的智能胸罩中嵌入了多個(gè)傳感器，收集的數(shù)據(jù)通過軟件進(jìn)行預(yù)測分析，實(shí)時(shí)向內(nèi)科醫(yī)生報(bào)告可能的異常。經(jīng)過多次臨床試驗(yàn)證實(shí)，F(xiàn)irst Warning Systems 的技術(shù)能夠在發(fā)現(xiàn)乳腺癌前監(jiān)視到組織變化，提供了有助于提升當(dāng)前篩查效果的預(yù)警能力。

　　可穿戴式醫(yī)療設(shè)備

　　在提供更加復(fù)雜的醫(yī)療監(jiān)測的同時(shí)，可穿戴式產(chǎn)品在醫(yī)療方面也得以推廣應(yīng)用。例如，Thimble Bioelectronics 正在研發(fā)一款小型 patch，基于經(jīng)皮電神經(jīng)刺激療法 (TENS) 和肌肉電刺激 (EMS) 為局部疼痛提供動(dòng)態(tài)治療。TENS/EMS 設(shè)備將個(gè)人與家用設(shè)備或安裝在理療師診療室的設(shè)備連接起來。憑借其能獲得長期、立即治療的能力，移動(dòng) patch 將能夠進(jìn)一步緩解慢性病疼痛。

　　Insulet 的 OmniPod 提供了一個(gè)可穿戴式胰島素給藥系統(tǒng)，并串聯(lián)了個(gè)人血糖管理器 (PDM)。PDM 將內(nèi)置血糖儀與胰島素注入的無線控制結(jié)合起來，并通過一個(gè)小型可穿戴式胰島素給藥 pod 管理。與傳統(tǒng)胰島素注入系統(tǒng)不同，此款防水型 OmniPod 即使在游泳和淋浴時(shí)也可持續(xù)佩戴，而不會(huì)違反醫(yī)療協(xié)議或影響積極的生活方式。

　　為醫(yī)療、健康及健身應(yīng)用創(chuàng)建可穿戴式產(chǎn)品帶來了全新、獨(dú)特的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。工程師必須在一個(gè)超小型生物相容性封裝中集成高級(jí)傳感器系統(tǒng)、低功耗嵌入式系統(tǒng)及無線通信。同時(shí)，諸如腕帶等可視穿戴式設(shè)備必須具有美觀、佩戴舒適、式樣新穎的配件，并能在充電次數(shù)較少時(shí)延長使用壽命。

　　超低功耗 MCU

　　對(duì)于設(shè)計(jì)人員，解決電源和性能間的需求沖突是面臨的最大挑戰(zhàn)之一。因此，可穿戴設(shè)計(jì)的核心通常是高度集成的超低功耗 MCU。例如，Insulet 的 OmniPod 采用 Freescale Semiconductor 的超低功耗 S08 內(nèi)核架構(gòu)。這些高度集成的 MCU 內(nèi)置了片上 RAM、閃存、定時(shí)器、ADC 和多個(gè)接口選項(xiàng)，同時(shí)提供了多個(gè)低功耗模式，在掉電時(shí)電流消耗僅 20 nA。因 MCU 極低的功耗要求，Insulet 深信 OmniPod 的兩節(jié) AA 電池能為運(yùn)行能量相對(duì)短缺的胰島素泵保留相當(dāng)充足的能量。

　　然而對(duì)于 Shine 可穿戴式無線身體活動(dòng)監(jiān)測器，Misfit 面臨著更加嚴(yán)峻的功耗約束。Misfit 發(fā)現(xiàn)需要用戶頻繁對(duì) Shine 充電勢(shì)必會(huì)影響其作為可持續(xù)穿戴監(jiān)測器的作用。因此，Misfit 通過用戶可更換的 CR2032 鋰離子電池對(duì) Shine 身體活動(dòng)監(jiān)測器供電，預(yù)期能為功能豐富的無線應(yīng)用提供至少四個(gè)月的電量。