壽文卉，王 義，王 博，周賢波，許利群

（中國移動研究院 北京100032）

1 引言

隨著傳感器、芯片、通信、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的日益成熟，國民健康意識的不斷增強和對健康服務(wù)需求的顯著提升，可穿戴及便攜式設(shè)備（以下簡稱“可穿戴設(shè)備”）在健康醫(yī)療領(lǐng)域表現(xiàn)出強大的應(yīng)用潛力。在傳統(tǒng)的醫(yī)療照護服務(wù)模式中，往往以醫(yī)院為中心，聚焦診療環(huán)節(jié)，依賴于大型的、固定的專業(yè)檢測設(shè)備，實現(xiàn)患者醫(yī)療數(shù)據(jù)的院內(nèi)收集，為臨床診斷治療提供決策支持。近年來，在現(xiàn)代通信和信息技術(shù)的驅(qū)動下，傳統(tǒng)醫(yī)療照護服務(wù)模式得以改革，逐漸實現(xiàn)從以醫(yī)院為中心向以患者為中心的轉(zhuǎn)變。在關(guān)注診療的同時，也關(guān)注院前的健康促進、慢性病管理和院后的恢復(fù)及康復(fù)監(jiān)護，通過將院內(nèi)醫(yī)療服務(wù)資源有效投射至院外，使患者能夠隨時、隨地得到個性化服務(wù)[1,2]。在這一新型服務(wù)模式中，可穿戴設(shè)備發(fā)揮了重要的端口作用，其連續(xù)數(shù)據(jù)采集能力以及使用方便、易于攜帶的特點，使隨時隨地的健康醫(yī)療服務(wù)成為了可能，突破了時間和空間的限制，并帶來了成本的大幅下降。研究顯示，對于有潛在高血壓風(fēng)險的糖尿病患者，通過使用可穿戴設(shè)備進行慢性病管理，可將年均醫(yī)療開銷從13 700美元降至235～1 525美元[3]。另一方面，可穿戴設(shè)備還能夠激發(fā)醫(yī)療服務(wù)創(chuàng)新，提供與主流臨床流程相結(jié)合的全新解決方案。由此可見，健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備擁有極大的應(yīng)用潛力和市場空間。根據(jù)市場研究公司Berg Insight的調(diào)研報告[4]，截至2013年年底，全球有300萬患者使用聯(lián)網(wǎng)的居家醫(yī)療設(shè)備獲得遠(yuǎn)程監(jiān)護服務(wù)；ABIResearch[5]預(yù)測，到2020年，全球健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備的出貨量將達(dá)1億臺，發(fā)展前景可觀。

本文聚焦健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備，簡要介紹了健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備的不同形態(tài)，并從采集模式、采集數(shù)據(jù)類型、功用形式等3個角度對其進行分類。討論可穿戴設(shè)備應(yīng)用于健康醫(yī)療服務(wù)提供的3個典型案例，分析說明設(shè)備在端到端系統(tǒng)和服務(wù)中的端口作用以及支撐設(shè)備的智能分析算法及應(yīng)用服務(wù)的重要價值。從技術(shù)、服務(wù)、政策和付費等角度，探討健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備可持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)。

2 健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備概覽及分類

隨著近兩年健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備市場的興起，各路設(shè)備制造商蜂擁而入。據(jù)統(tǒng)計[6]，國內(nèi)103家企業(yè)研發(fā)了多達(dá)148款健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備。這些可穿戴設(shè)備通過集成各種不同的傳感器（如MEMS、光學(xué)、生物電、壓力、溫濕度傳感器等）、處理器芯片和通信模塊（如有線通信、蜂窩無線通信、短距離無線通信等），實現(xiàn)人體數(shù)據(jù)的采集、分析處理和傳輸，從而滿足健康醫(yī)療等相關(guān)需求。

可穿戴設(shè)備形態(tài)各異，功用豐富，其采集的目標(biāo)數(shù)據(jù)不同，因此佩戴方式及出現(xiàn)在人體的部位也不相同，圖1所示為一些典型的佩戴位置和設(shè)備形態(tài)，包括隱形眼鏡[7]、頭帶[8]、項鏈[9]、馬甲[10]、衣服[11]、腰帶[12]、手環(huán)/手表[13,14]、腳環(huán)[15]以及其他便攜式的生理生化指標(biāo)采集設(shè)備[16～18]（采集位置可在手指、額頭、口腔等處）。在上述設(shè)備形態(tài)中，以佩戴在手腕處的手環(huán)/手表最為常見[19]，大多數(shù)手環(huán)/手表主要聚焦健康數(shù)據(jù)采集，如運動、睡眠、心率和周圍環(huán)境參數(shù)（如紫外線指數(shù)）[20]等，也有少數(shù)手環(huán)/手表通過技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)了基于光學(xué)傳感器的血壓水平和血液成分的連續(xù)監(jiān)測[21]。

接下來從采集模式、采集數(shù)據(jù)類型、功用形式等3個角度對健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備進行分類。

（1）采集模式

可穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)采集模式可分為不間斷采集、定時采集和需要時采集，這取決于具體的應(yīng)用場景和用戶需求，見表1。

（2）采集數(shù)據(jù)類型

可穿戴設(shè)備采集的數(shù)據(jù)類型包括生理參數(shù)、生化數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、綜合數(shù)據(jù)等，見表2。

（3）功用形式

可穿戴設(shè)備按照其功用形式，可分為監(jiān)測、篩查、診斷、干預(yù)、治療等，見表3。

3 基于可穿戴設(shè)備的健康醫(yī)療應(yīng)用和服務(wù)提供典型案例

可穿戴設(shè)備種類繁多，形態(tài)各異，功能豐富，可實現(xiàn)多模態(tài)健康醫(yī)療數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。除了將可穿戴設(shè)備作為數(shù)據(jù)感知端口外，如果在此基礎(chǔ)上加以數(shù)據(jù)處理和智能分析算法的支撐，并進一步形成真正意義上有效的健康醫(yī)療應(yīng)用和服務(wù)，指導(dǎo)生活方式的改善和生活質(zhì)量的提高，則能更好地激勵可穿戴設(shè)備用戶的持續(xù)參與，為其提供更多價值。目前，基于可穿戴設(shè)備的健康醫(yī)療應(yīng)用和服務(wù)提供已經(jīng)貫穿于患者臨床照護路徑的全方位：在健康促進環(huán)節(jié)，通過對用戶日常的運動、睡眠、飲食和營養(yǎng)攝入行為的持續(xù)跟蹤，進一步提供信息反饋和行為激勵，促進健康生活方式的養(yǎng)成；在慢性病管理環(huán)節(jié)，通過對血壓和血糖等體征參數(shù)的定時監(jiān)測，提供關(guān)于體征變化趨勢的洞察見解，實現(xiàn)有效的患者自我管理和家人及護理團隊管理；在診斷治療環(huán)節(jié)，醫(yī)療級可穿戴設(shè)備及時采集生理、生化指標(biāo)和影像數(shù)據(jù)，并分享至專業(yè)人員進行遠(yuǎn)程診斷；在院外康復(fù)環(huán)節(jié)，通過可穿戴設(shè)備將出院/術(shù)后患者的關(guān)鍵指標(biāo)實時反饋給醫(yī)院的醫(yī)護人員，實現(xiàn)院內(nèi)醫(yī)療服務(wù)向院外的拓展延伸。

以下將列舉3個典型案例，具體說明如何基于可穿戴設(shè)備實現(xiàn)健康醫(yī)療應(yīng)用和服務(wù)提供。

表1 健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備的采集模式分類

表2 健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備的采集數(shù)據(jù)類型分類

表3 健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備的功用形式分類

3.1 睡眠障礙檢測及質(zhì)量評估

近年來，睡眠障礙逐漸成為困擾中國人的問題之一。中國醫(yī)師協(xié)會《2015年中國睡眠指數(shù)報告》[26]顯示，31.2%的中國人存在嚴(yán)重睡眠問題。中國潛在的呼吸暫停綜合征患者約5 000萬人，呼吸暫停綜合征可能導(dǎo)致高血壓、冠心病、中風(fēng)和猝死等問題，嚴(yán)重威脅人們的健康。目前，睡眠障礙篩查和檢測主要在醫(yī)院睡眠監(jiān)護室進行，然而該解決方案存在費用高、周期長、舒適性差、無法代表真正睡眠環(huán)境等問題。因此，人們對于居家睡眠監(jiān)護的需求非常強烈。

針對睡眠障礙患者篩查和遠(yuǎn)程居家監(jiān)護需求，研發(fā)了端到端的睡眠健康遠(yuǎn)程監(jiān)護系統(tǒng)（包括智能節(jié)點、智能手機APP和移動健康創(chuàng)新平臺（CM-mHiP））及相應(yīng)的各種智能處理和分析算法，讓用戶可以在舒適的家庭環(huán)境中享受睡眠障礙檢測及質(zhì)量評估等全方位服務(wù)，如圖2所示。

①用戶佩戴智能節(jié)點采集睡眠期間的心電、體溫、加速度數(shù)據(jù)，并通過低功耗藍(lán)牙或者USB將數(shù)據(jù)傳輸至智能手機。

②智能手機麥克風(fēng)采集用戶睡眠期間的鼾聲及環(huán)境音，通過特定的智能分析算法，在手機上實現(xiàn)鼾聲及環(huán)境音的識別以及呼吸暫停事件的檢測判斷，分析結(jié)果和來自智能節(jié)點的心電、溫度、加速度數(shù)據(jù)一同被上傳到移動健康創(chuàng)新平臺。

③移動健康創(chuàng)新平臺的智能分析算法可基于智能節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)睡眠姿態(tài)判定（俯臥、側(cè)臥、平躺）、睡眠結(jié)構(gòu)分析（深睡、淺睡、夜醒）和睡眠質(zhì)量評估。

④睡眠中心的專業(yè)醫(yī)生對智能算法的分析結(jié)果加以確認(rèn)，并給出專業(yè)的睡眠指導(dǎo)建議，最終反饋給用戶，形成閉環(huán)服務(wù)。

在本案例中，以智能節(jié)點和智能手機采集的心電、溫度、加速度和聲音數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過智能算法的處理分析和專業(yè)醫(yī)生的支持，為用戶提供可理解的呼吸暫停檢測及睡眠質(zhì)量評估結(jié)果和可執(zhí)行的行動指南，形成線上、線下相結(jié)合的閉環(huán)服務(wù)，最終指導(dǎo)其提高睡眠質(zhì)量，擺脫睡眠障礙。

3.2 心律不齊篩查及嚴(yán)重程度評估

國家心血管疾病中心[27]統(tǒng)計顯示，我國心血管病患者人數(shù)高達(dá)2.9億，平均每5個成年人就有1人患有心血管病，平均每5例死亡就有2例死于心血管病，死亡率居各種疾病之首。面對如此嚴(yán)峻的形式，如何有效預(yù)防心血管病、降低心血管病的危害已經(jīng)成為社會各界關(guān)注的重點。事實上，心律失常是心臟功能發(fā)生異常的早期癥狀，如果能夠及時檢測心律失常，就可以及早發(fā)現(xiàn)、預(yù)防和治療心臟疾病。隨著可穿戴設(shè)備和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，針對移動和家庭場景的遠(yuǎn)程心臟監(jiān)護和心律失常篩查成為有效預(yù)防心血管病的手段。

基于以上背景，研發(fā)了端到端的遠(yuǎn)程心臟監(jiān)護系統(tǒng)（包括智能心電節(jié)點、智能手機APP和移動健康創(chuàng)新平臺），可為用戶提供集心電采集、信號質(zhì)量分析、心律失常篩查及嚴(yán)重程度評估于一體的遠(yuǎn)程心臟監(jiān)護服務(wù)，如圖3所示。

①用戶佩戴智能心電節(jié)點采集心電數(shù)據(jù)（單導(dǎo)聯(lián)或者三導(dǎo)聯(lián)），并通過低功耗藍(lán)牙將數(shù)據(jù)實時傳輸至智能手機。

②智能手機的信號質(zhì)量檢測算法對心電數(shù)據(jù)進行分析，用戶根據(jù)信號質(zhì)量分析結(jié)果調(diào)整佩戴位置，當(dāng)心電數(shù)據(jù)信號質(zhì)量合格后，智能手機將保存一段時間（如30 s）的心電數(shù)據(jù)，并通過智能算法分析，實現(xiàn)心律失常檢測（如心動過緩/過速、早搏、房顫等）和嚴(yán)重程度評估（無礙、中度、嚴(yán)重）。

③原始心電數(shù)據(jù)和算法分析結(jié)果通過移動健康創(chuàng)新平臺共享至專業(yè)服務(wù)中心的醫(yī)生，一旦情況異常，醫(yī)生將及時通知用戶去醫(yī)院做進一步檢查，從而實現(xiàn)疾病的早發(fā)現(xiàn)、早治療。

在本案例中，通過將智能心電節(jié)點、智能分析算法和專業(yè)醫(yī)療資源相結(jié)合，為亞健康人群、心腦血管患者和出院患者提供心血管病預(yù)防篩查及遠(yuǎn)程監(jiān)護服務(wù)。一方面，減少了患者做檢查的金錢和時間成本，使得患者足不出戶就可以完成檢查；另一方面，減少了心臟科醫(yī)生的重復(fù)勞動，通過智能算法分析輔助人工檢查，過濾心臟正常的情況，將醫(yī)生的精力放在少數(shù)需要重點關(guān)注的心臟異常情況上。

3.3 異常計步檢測及運動行為分析

針對計步器/運動手環(huán)等運動監(jiān)測類可穿戴設(shè)備，在實現(xiàn)步數(shù)、距離、卡路里消耗等運動數(shù)據(jù)量化的基礎(chǔ)上，通過智能算法對用戶運動行為進行深入分析，提出個性化的運動指導(dǎo)建議，從而改善用戶的行為方式和身體健康狀況，這是其獲得用戶持續(xù)青睞的關(guān)鍵。另外，競賽性質(zhì)健步走比賽的廣泛組織，也對運動類可穿戴設(shè)備的防作弊機制和計步精準(zhǔn)性提出了更高的要求。

基于以上兩方面的需求，研發(fā)了端到端的智能運動監(jiān)測系統(tǒng)（包括計步器、智能手機APP和移動健康創(chuàng)新平臺）及相應(yīng)的各種智能處理和分析算法，實現(xiàn)防作弊的精準(zhǔn)計步和全面的用戶行為分析與指導(dǎo)，如圖4所示。

①計步器采集用戶的加速度數(shù)據(jù)，并通過嵌入式智能算法，實現(xiàn)異常計步（即非步行產(chǎn)生的錯誤計步，如手搖、手繞、抖腿、單擺等）檢測，生成去除異常計步的精準(zhǔn)運動步數(shù)。同時，計步器智能算法以加速度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對活動頻率進行統(tǒng)計，動頻統(tǒng)計結(jié)果和精準(zhǔn)的運動步數(shù)將通過內(nèi)置SIM卡上傳至移動健康創(chuàng)新平臺。

②移動健康創(chuàng)新平臺的行為分析算法基于動頻統(tǒng)計結(jié)果，識別用戶的運動行為類型，包括靜止、乘車、零散活動、步行、鍛煉、跑步等，并進一步生成運動指導(dǎo)建議。

③精準(zhǔn)的運動步數(shù)、行為分析結(jié)果和運動指導(dǎo)建議最終被推送至用戶的智能手機，幫助用戶養(yǎng)成健康的生活習(xí)慣，改善身體健康狀況。

4 可穿戴設(shè)備推動移動醫(yī)療應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

以上對可穿戴設(shè)備在健康醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了全面概覽和深入剖析。下面，將從技術(shù)、服務(wù)、政策和付費等角度，探討可穿戴設(shè)備在推動移動醫(yī)療應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展方面所面臨的挑戰(zhàn)。

4.1 技術(shù)角度

從技術(shù)角度，健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備主要面臨以下3個方面的問題和挑戰(zhàn)。

（1）小型化、低功耗、精準(zhǔn)化

目前，電池微型化與高容量技術(shù)仍有所欠缺，智能操作系統(tǒng)及其應(yīng)用耗電量大，硬件與軟件的協(xié)調(diào)工作功耗仍存在改進空間。隨著納米材料、SoC和ASIC技術(shù)的發(fā)展，集成多傳感器的SoC芯片、大容量小體積的薄膜微電池、Power Gating超低功耗技術(shù)，都將讓可穿戴設(shè)備在功耗和體積上取得進一步突破。在數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化方面，可穿戴設(shè)備采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性尚未取得專業(yè)醫(yī)療人員的認(rèn)可，隨著傳感器技術(shù)準(zhǔn)確度的提高以及傳統(tǒng)醫(yī)療行業(yè)的逐步開放，未來越來越多的可穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)將在臨床中使用，連續(xù)采集的體征數(shù)據(jù)將會具有一定的診斷價值。

（2）數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化

可穿戴設(shè)備作為移動互聯(lián)網(wǎng)新的端口接入形式，在與其他智能設(shè)備交互數(shù)據(jù)時，涉及數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化問題。只有兼容統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（如IEEE 11073-104XX設(shè)備規(guī)范、Bluetooth Health Device Profile等）實現(xiàn)更廣范圍的互聯(lián)互通，方能推動生態(tài)環(huán)境的良好構(gòu)建和可穿戴設(shè)備的持續(xù)發(fā)展。

（3）外觀設(shè)計、材料工藝增強

可穿戴設(shè)備的外觀設(shè)計和材料工藝將直接影響設(shè)備品質(zhì)和用戶選擇。未來可穿戴設(shè)備將與人體更好地融合，通過貼片、紡織材料、可消化/服用等多種形態(tài)，提供無感知化的用戶體驗。

4.2 服務(wù)角度

可穿戴設(shè)備作為數(shù)據(jù)采集和感知的端口，只有進一步提供臨床有效的健康醫(yī)療應(yīng)用和服務(wù)，才能為用戶創(chuàng)造更大的價值，從而獲得可持續(xù)發(fā)展和廣泛采納?？纱┐髟O(shè)備廠商應(yīng)與應(yīng)用開發(fā)商、服務(wù)提供商深度合作，著力打造殺手級、醫(yī)療級應(yīng)用服務(wù)，通過多源數(shù)據(jù)融合和智能算法分析，結(jié)合用戶實際需求和臨床醫(yī)療經(jīng)驗，為其提供可執(zhí)行的反饋，激勵用戶持續(xù)互動。

4.3 政策和付費角度

可穿戴設(shè)備一旦應(yīng)用于臨床醫(yī)療領(lǐng)域，需要通過CFDA等監(jiān)管機構(gòu)的認(rèn)證，獲得臨床認(rèn)可。此外，設(shè)備制造商還應(yīng)與保險公司等付費方共同研發(fā)解決方案，通過改善醫(yī)療照護流程，降低醫(yī)療成本?？纱┐髟O(shè)備未來將不再僅是消費品，而是獲得CFDA批準(zhǔn)，進入醫(yī)生處方且能被醫(yī)保或商業(yè)保險公司報銷的醫(yī)療設(shè)備。

總體來看，可穿戴設(shè)備應(yīng)用于健康醫(yī)療領(lǐng)域，使醫(yī)療照護空間得到了拓展，不再受時間和空間的限制，而設(shè)備對個人數(shù)據(jù)的采集也為醫(yī)護服務(wù)的個性化和精準(zhǔn)化提供了可能。與此同時，可穿戴設(shè)備必須服務(wù)于主流臨床流程。僅提供單純的數(shù)據(jù)采集功能很難激勵用戶的持續(xù)參與，只有服務(wù)于主流臨床流程，使之成為能有效提供健康醫(yī)療服務(wù)的一個有機組成部分，通過智能算法的處理分析或者由專業(yè)醫(yī)療人員進一步提供有益見解，向用戶反饋有臨床意義的信息和可執(zhí)行的行動指南，幫助用戶改善健康，才是可穿戴設(shè)備及移動醫(yī)療應(yīng)用獲得可持續(xù)發(fā)展和廣泛采納的關(guān)鍵。

5 結(jié)束語

本文首先介紹了健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備概覽，并從采集模式、采集數(shù)據(jù)類型、功用形式等角度對設(shè)備進行分類。之后，從貫穿患者臨床照護路徑的應(yīng)用和服務(wù)提供角度，討論睡眠障礙檢測及質(zhì)量評估、心律不齊篩查及嚴(yán)重程度評估和異常計步檢測及運動行為分析等3個典型案例，剖析可穿戴設(shè)備在端到端系統(tǒng)中的端口作用以及支撐設(shè)備的智能分析算法及應(yīng)用服務(wù)的重要價值。最后，從技術(shù)、服務(wù)、政策和付費角度，對可穿戴設(shè)備推動移動醫(yī)療應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)加以探討。

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