過去一年來，我們已經(jīng)在各種可穿戴設備和個人健康/健身設備上看到大量的活動了，預計未來還將出現(xiàn)更多。這些小型設備能夠追蹤脈搏與呼吸、心臟波形、血氧濃度(SpO2)等等。

然而，在這些有益身心的醫(yī)療和健身設備備受關注之余，可別模煳了該領域的更大視野。業(yè)界工程師、研究人員和科學家正致力于結合各種先進的傳感器類型和技術，以及復雜的模擬和數(shù)字信號處理，期望為各種醫(yī)療問題提供新的見解，并以低(或無)風險的非侵入方式實現(xiàn)目標。根據(jù)最近的一些報導指出，近期的原型產(chǎn)品或測試評估階段即透露出這種技術融合的發(fā)展態(tài)勢，無論是聲譽卓著的設計競賽或大學研究，均展現(xiàn)其中一些設計開發(fā)的特性與復雜度。

例如，測量血壓通常至關重要，并且有許多完全自動化的單元：它們?yōu)閴好}帶充氣、釋放壓力、再從壓脈帶捕捉輸出信號，然后采用信號處理算法，在收縮壓和舒張壓獲取所需的結果——由于必須考慮到壓力信號范圍、信號上無法避免的非電雜訊以及其他失真，這可不是個簡單的任務。此外，還得注意到連續(xù)即時測量血壓而無需停止、充氣和放氣的挑戰(zhàn)等，但這對持續(xù)監(jiān)測是十分有幫助的。

這正是Bold Diagnostics在‘Create the Future 2016’競賽中克服的挑戰(zhàn)，并因此脫穎而出成為該競賽的贏家。該公司的連續(xù)可穿戴血壓計設計由于考慮到主動脈弧的解剖結構導致固有延遲的事實，因而采用差分脈沖到達時間(Differential Pulse Arrival Time;DPAT)技術，讓心臟收縮產(chǎn)生的脈搏波在到達左臂之前先到達右臂。

到達時間的差異即為血壓指標(圖1)。相較于控制測量，利用這種方法據(jù)稱能夠在DPAT方法和傳統(tǒng)的血壓測試測試方式之間達到±5 mm Hg的強相關。

圖1：DAPT利用左右手臂測量心臟脈搏到達時間的微小差異，作為壓力的函數(shù)，以及血液從每一路徑行進至另一路徑之間不同傳送距離的結果

圖2：基于DPAT方法的受控測試結果顯示相當接近采用標準方法的收縮和舒張讀數(shù)

另一項有趣的獲獎產(chǎn)品是Apnosystems嬰兒護理系統(tǒng)(ICS)。這款嬰兒治療用的小型穿戴式系統(tǒng)是專為連續(xù)性監(jiān)測處于危險中的嬰兒SpO2值(通過光脈沖血氧濃度計)而設計的，用于確定是否因為不穩(wěn)定的氣道情況或其他醫(yī)療問題(圖3)而停止呼吸。

如果系統(tǒng)確定SpO2值降至太低，則必須立即進行人為干預，以防止缺氧(包括腦損傷)等嚴重后果。接著，除了向智能手機發(fā)送基于藍牙的警訊之外，系統(tǒng)還會自動提供溫和且無害的經(jīng)皮電刺激——這是一種很小的電氣“刺激”，能喚醒嬰兒并重新開始自動呼吸。

圖3：這款小型設備可測量與呼吸活動密切相關的SpO2值;一旦數(shù)值低于閾值，隨即以微小電流刺激嬰兒，并同時發(fā)送智能手機警報

當然，還有許多創(chuàng)新來自于全球各大學的研究計劃。例如，耳朵感染的情況十分常見，但卻經(jīng)常被錯誤診斷，這一對/錯評估比約占50/50。事實上，診斷的依據(jù)多半來自醫(yī)生的經(jīng)驗并根據(jù)各種癥狀作最后的判斷。誤判主要的原因在于耳內(nèi)觀察用的傳統(tǒng)可見光耳鏡無法深入組織，以顯示鼓膜后積聚的液體。

為了克服這個問題，美國麻省理工學院(MIT)的研究人員開發(fā)出一種采用短波紅外光(SWIR)而非可見光的新型耳鏡，它能穿透至更深層(圖4)。雖然這比傳統(tǒng)的標準設備更復雜且昂貴，但與當今的電光技術差異不大，可望提供較標準方法更準確的評估。

圖4：耳道的形狀和鼓膜的位置使其難以觀察和評估位于耳朵另一側的液體(左)。比較通過標準耳鏡觀察的圖像，以及使用基于SWIR成像系統(tǒng)觀察到的圖像(右)。

醫(yī)療測試與測量方面的創(chuàng)新并不只是改善了現(xiàn)有的裝置，同時也著重于采用新的方法來收集基于傳感器的數(shù)據(jù)并加以應用。研究人員采用并結合超越標準方法的傳感器，并添加信號處理算法來實現(xiàn)，從而將這些數(shù)據(jù)轉換為有幫助的看法。隨著這些傳感器的成本及其尺寸與功耗要求降低，而其性能與準確度持續(xù)提升，測量諸如壓力、IR、溫度等多項參數(shù)也將成為常見的方法，并進一步邁向醫(yī)療級可穿戴設備愿景。