穿戴式監(jiān)護(hù)儀概述

穿戴式監(jiān)護(hù)儀概述摘要:隨著生理信號檢測技術(shù)的進(jìn)步，以及人們保健需求的日益提高，用戶對生理參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的舒適性和移動性的要求越來越高。醫(yī)療模式變革，戰(zhàn)略前移,重心下移”社區(qū)醫(yī)療和家庭醫(yī)療將在國民健康保障方面發(fā)揮重要作用。人體基本生理信號 （如心跳、呼吸、體溫、脈搏等）的低負(fù)荷、長時間、連續(xù)動態(tài)監(jiān)測技術(shù)是家庭和社區(qū)醫(yī)療中的一類關(guān)鍵技術(shù)，通過這些信號的分析，可獲取豐富有關(guān)人體健康狀態(tài)的信息。在保證信號傳感質(zhì)量的情況下，舒適性和移動性決定了這類健康監(jiān)測技術(shù)能否真正應(yīng)用到百姓的日常生活中。 低生理、心理負(fù)荷甚至無負(fù)荷（unobtrusively）狀態(tài)下的生理參數(shù)獲取是當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)工程的前沿，可穿戴技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷甚至無負(fù)荷生理參數(shù)檢測 /監(jiān)測的有效途徑之一?？纱┐骷夹g(shù)（生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域）是近年來興起的一種低負(fù)荷生命信息檢測技術(shù)，該技術(shù)將生理信息獲取與人的日常穿戴相結(jié)合，以腰帶、襯衣、短褲、臂章等形式來獲取人的呼吸、心跳、血壓、體溫、體動等生命參數(shù)。關(guān)鍵詞:穿戴監(jiān)護(hù)儀信息傳遞無線傳電1整體架構(gòu)整個系統(tǒng)按功能可分為3個部分:穿戴式生理參數(shù)傳感系統(tǒng)，信號采集和傳輸系統(tǒng)，遠(yuǎn)程信息交互系統(tǒng)。從系統(tǒng)構(gòu)成角度看，可分為2個部分:可穿戴系統(tǒng)和遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)，其中生理信號傳感、采集與無線傳輸為一體化設(shè)計(jì)，集成在可穿戴系統(tǒng)內(nèi)，可穿戴系統(tǒng)與遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)之間通過zigbee建立無線連接。（如圖1）2穿戴式生理參數(shù)傳感系統(tǒng)本系統(tǒng)所用的可穿戴式生理參數(shù)傳感系統(tǒng)如圖2所示。通過該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)心電、胸呼吸、腹呼吸、體溫以及體位/體動等多個參數(shù)的負(fù)荷獲取。胸腹呼吸運(yùn)動經(jīng)過標(biāo)定后，可實(shí)現(xiàn)通氣量的無創(chuàng)連續(xù)測量。體溫測量是最基本的生命參數(shù)測量，由于貼近人體，可采用熱電偶極子進(jìn)行測量。三軸加速度傳感器，用于感知使用者的身體平衡和狀態(tài)，出現(xiàn)摔倒或者劇烈移動是產(chǎn)生預(yù)警。三導(dǎo)心電可以滿足基本的心電圖測量，RIP胸腹呼吸監(jiān)測有助于監(jiān)測呼吸的穩(wěn)定 ，肺部是否有痰等。除此之外，還有最常用的上臂血壓測量，以及指頭血氧、脈搏的測量，這些設(shè)備就其便攜性而言，也可以設(shè)計(jì)為穿戴式與改系統(tǒng)成為一個整體對使用者做全面的監(jiān)護(hù)。由于血壓測量時需要重氣和放棄 ，重充氣泵和漏氣閥這些部件消耗的電量比較大，因此在穿戴式設(shè)計(jì)中，一般要使用超聲波電機(jī)來帶動充氣泵，而氣閥只要與充氣泵聯(lián)動就可以了。（如圖3、圖4）3信息傳遞網(wǎng)絡(luò)信息傳遞分兩個層次：一是測量傳感器之間的信息交互；二是穿戴系統(tǒng)與遠(yuǎn)程交互設(shè)備之間的通訊。各個測量設(shè)備之間首先要通過體表的信號傳輸將信息匯集到一個主機(jī)上，該主機(jī)可以是測量血氧或測量血壓的設(shè)備，這才是具備與外界通訊能力的門戶，所以它使用的電量會比較大，所以也只有它的電池才需要容量大一些 ，體積也會相應(yīng)大一些。而其余的設(shè)備不需要很耗電的通訊能力。所以電池可以用很輕很薄的紐扣電池，也可以工作很長時間。這就是后面提到持續(xù)供電的重要性。血壓測量或者血氧測量、心率等，這些測量的結(jié)果數(shù)據(jù)量很小，因此可以用一種速率很低成本也很低的體表通訊方式實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)。 索尼曾經(jīng)提過這種通訊方式，對外公布了一種全新的聲音信號傳輸方式――聲音通過人體傳輸。索尼展示的這種聲音傳輸方式的總體工作原理是:音樂播放器發(fā)出的聲音通過人體來傳播，之后由戴在頭部的耳機(jī)來接受信號并還原成聲音。（如圖5）索尼展示的這種全新的聲音接聽方式把人體作為可以負(fù)載微靜電電荷的電容載體。音樂或者視頻播放器發(fā)出的脈動信號首先會來到一塊可以傳導(dǎo)的布墊上，這塊布墊可戴在手腕上，該特殊傳導(dǎo)布墊可把脈動信號傳播到佩戴者的身體上，接著，頭戴耳機(jī)上的傳導(dǎo)耳墊便可以接收到信號并還原成聲音，這樣，也就作到了音樂通過人體進(jìn)行無線傳播到達(dá)耳朵。要傳遞速率甚高的聲音信號難度當(dāng)然很大，但只是傳輸幾bite每分鐘的數(shù)據(jù)量就很簡單了。通常這要經(jīng)過一次調(diào)制和解調(diào) ，由于人體的電阻較大,傳遞過程中的衰減需要一個高阻抗的放大器來放大信號之后才能解調(diào)。（如圖6~圖8）4系統(tǒng)持續(xù)供電測量設(shè)備的主要功能就是采集信號和通過體表傳輸信息 ，兩者消耗的電能都非常少，一節(jié)3V的紐扣電池通常就能用幾個星期所以主要解決的供電問題是耗電較大的血壓計(jì)，因?yàn)樗厦媸褂玫臍獗煤蛯ν馔ㄓ嵲O(shè)備都需要消耗很多電能。上文提到 ，為節(jié)約電能已經(jīng)使用了超聲波電機(jī)，并且使用可充電的鋰電池供電，使用幾天之后就必須充一次電。鑒于穿戴式監(jiān)護(hù)的設(shè)計(jì)原則就是盡可能的較少長導(dǎo)線的使用 ，我們不提倡插根電線來給鋰電池充電，當(dāng)然拆除電池下來充電是很麻煩的事情。于是，我們設(shè)計(jì)了無線充電。就目前的技術(shù)，我們尚不能從很遠(yuǎn)的距離之外給設(shè)備無線供電，除非那是多么大功率的一臺發(fā)射機(jī)。只能將發(fā)射器設(shè)計(jì)安裝在使用者經(jīng)常挨著的椅子扶手在或者床邊一側(cè)這樣使用者休息的時候就能夠自動充上電了由圖9可看出，無線傳電的基本方式是要有磁耦合，類似于變壓器的原理。而為了提高傳輸效率，還需用到強(qiáng)耦合磁諧振，如圖10。在耦合諧振系統(tǒng)（如聲音、電磁、磁、核等）里，經(jīng)常會產(chǎn)生強(qiáng)耦合”運(yùn)行狀態(tài)。如果處于給定系統(tǒng)中的這種狀態(tài)，諧振體之間的能量交換則可期望達(dá)到很高的效率。5結(jié)語穿戴式的監(jiān)護(hù)將是未來最為普及最