张常斌

摘 要：本文介绍了智能可穿戴医疗产品的系统组成，用户端及云端（后台）的功能和工作原理，列举了主要的人体生物指标和智能可穿戴医疗产品相关的传感器的类型，给出了智能可穿戴医疗产品系统构架的模型，以及智能可穿戴医疗产品技术方面的短板。

关键词：人体生物指标;传感器;用户端;云端（后台）;无线通讯;人机交互

1.引言

随着移动互联网技术的的不断发展，特别是无线通讯技术及网络云技术的发展，传统的医疗设备日益智能化，市场上也涌现出大量的智能可穿戴医疗产品。像大家比较熟悉的智能手表，智能手环，还有智能眼镜[1]等产品。

2.智能可穿戴医疗产品系统组成部分

一个完整的智能可穿戴医疗产品系统至少包括两个部分，用户端和云端（后台），

智能可穿戴医疗产品的用户端就是和人体紧密结合的可穿戴的部分，就是把传感器、无线通信、数据处理等技术嵌入到用户的眼镜、手表、手环、牙套、耳机、服饰及鞋袜等日常穿戴中或者采用直接贴肤的方式测量各项人体生物指标。

智能可穿戴医疗产品的云端（后台）就是可以提供远程协助的健康信息数据中心或者医院的医护系统。

3.智能可穿戴医疗产品的用户端

智能可穿戴医疗产品的用户端的组成一般由传感器、无线通讯、数据处理、人机交互和供电等部分组成。它们之间的关系如图1所示：

1）传感器

传感器是智能可穿戴医疗产品的最前端，它和用户直接或者间接接触，像触角一

样，采集用户的人体生物信息。然后把采集到的人体生物信息传送给数据处理部分进行处理。传感器[5]的分类如下：

a）按照测量对象分为：体表温度传感器，体液分析传感器（采集汗液中的水分子，葡萄糖氧化酶分子，酒精分子，电解质等），气体传感器，心电传感器，心率传感器，血氧饱和度传感器，血压传感器，血糖传感器。

b）按照测量原理分为：电化学生物传感器，光电传感器，压力传感器，霍尔传感

器，角度/加速度/角速度传感器， 超声传感器，GPS等。

c）按照佩戴的部位分为：表皮可穿戴生物传感器（佩戴于头部，腕部等身体部位

或者皮肤收集人体生物指标）、眼部可穿戴生物传感器（与眼镜结合，测试眼球移动）和口腔可穿戴生物传感器（与牙套结合，分析唾液）。

d）主要的人体生物指标：心率（HR）、无创血压（NBP）、有创血压（IBP）、心电图（ECG）、血氧饱和度（SPO2）、血糖（Glu）、呼吸（RESP）、脉搏（Pulse）、体温（TEMP）等。

2）无线通讯

智能可穿戴医疗设备用户端的无线通讯部分主要完成多传感器之间或者完成用户端和后台（云端）之间的数字信号的传输，这类技术目前发展的比较成熟，可采用的技术也比较多，诸如4G/5G、Wifi、蓝牙（BLE） 、Zigbee [3]等

3）数据处理

主要完成控制功能和算法功能，控制部分的功能就像人的大脑一样，负责协调无

线通讯、传感器测量和人机交互各部分的工作，算法就是对传感器采集到的信号进行

运算，数字化的还原人体生物指标。

4）人机交互

智能可穿戴医疗设备用户端的人机交互部分的形式比较多样，主要方式有LED指示灯、LCD显示屏、触摸屏、语音互动、文字输入、手势感应等，主要完可穿戴医疗设备用户端和用户之间的信息交流，直观且准确的让用户了解自身的身体状态。

5）供电

智能可穿戴医疗设备用户端的供电部分一般会配备一块便携电池，可充电的便携电池可以通过手机、平板等便携设备进行充电，也可以通过太阳能光伏充电，也可以搜集人体的生物能（热能、动能、势能）进行充电。

4.智能可穿戴医疗产品的云端（后台）

根据应用场景的不同主要有两种模式

1）基于云端健康数据中心的人机互动模式，该数据中心存储有成熟的医疗方案和基础健康研究数据，还建立有用户的健康档案，并同步更新。数据中心的智能诊断系统对用户的新老健康数据进行对比分析，按照医生量身定制的健康计划及时向用户推送身体的状态和健康建议，同时，数据中心也可以向值班医生报告用户的身体状态。健康信息数据中心可以搭建在公共平台的云端服务器之上，如阿里云，腾讯云，百度云，华为云[1]等，也可以搭建在医院自有的云端服务器之上。

2）基于互联网+多媒体的人工后台模式， 这种模式是利用互联网和多媒体技术实现用户和医生远程实时互动，医生通过视频方式，音频方式，文字方式实时了解用户的身体健康参数和情绪状态，对用户进行远程的视频、音频或者短信推送方式的健康指导，同时，用户也可以根据自己的感受向医生咨询专业的健康建议。像一些慢性病，如糖尿病，通过这种智能可穿戴医疗系统，用户可以随时知道自己的血糖数据，通过简易直观的人机界面就可以了解自己的身体状况，合理的调整饮食、运动和作息。像一些急性病，如心脏病，后台医生会随时观察用户的身体状况，根据用户不同的身体状况，及时提醒，警示，甚至主动出诊。

5.智能可穿戴医疗产品的系统构架

1）移动互联网技术+便携终端的模型（图2）

2）移动联网技术+以太网网关的模型（图3）

医院可以根据医院自身的软硬件条件选择合适的系统构架，其中云端和人工后台两种模式可以同时部署也可以只部署其中的一种。

这两种模型中用户端的通讯工具可以使用用户的智能手机，把用户端的应用软件直接安装到用户的手机或者便携设备中。当然也可以开发定制的便携用户端。

6.智能可穿戴医疗产品的技术短板

智能可穿戴医疗产品近些年来飞速发展，但是真正实现产业化落地在技术方面还有一些需要提升的地方，具体有如下九个主要方面：

1） 提高测量精度和测量灵敏度;

2）提高可靠性，能适应室内和室外的多种工作条件，比如：防水性，耐高低温，可承受颠簸和撞击等;

3）减小体积和重量，提升外观工业化设计水平，满足用户的审美需求;

4）降低功耗，增加续航时间;

5）简化操作，友好的人机交互界面，特別要考虑老年人群的使用;

6）增强实时性，提高云端的数据中心和医护系统的响应速度;

7）提高软硬件兼容性，实现各厂家传感器数据接口的兼容及云端数据的共享;

8）增强个人数据的安全性及隐私的保护;

9）跨越医疗行业标准和认证的技术壁垒。

7.结束语

智能可穿戴医疗产品作为智慧医疗的重要组成部分，越来越受到世界各国的重视，科技巨头也纷纷加入智能可穿戴医疗设备及健康数据平台的布局。另外，人口老龄化，疫情，慢性病的护理， 紧急情况的处理以及医疗资源的不平衡[2][4]等原因都促使医疗行业向更智能化的方向发展，智能可穿戴产品因为可以和用户全天候接触，可以获得大量用户健康数据和行为习惯，是智慧医疗获取信息的重要入口，如果在商业模式上取得进一步的突破，未来发展前景十分可期。

参考文献：

[1]谢俊祥，张琳. 智能可穿戴设备及其应用.中国医疗信息.1006-6586（2015）03-0018-06.

[2]可穿戴健康医疗设备前景广阔. 健康管理. 2014 02

[3]文栋，雷健波. 可穿戴设备在医疗健康领域的应用与问题综述. 中国数字医学.  1673-7571.2017.08.009

[4]严春美，吕晓荣，许云红. 移动医疗服务技术研究进展与发展前景. 2013 年第32 卷第2 期传感器与微系统

[5]向飞 ，刘洪涛 ，张秋京，张燕清，赵建军，徐峰.可穿戴医疗设备技术发展分析.中国医疗器械信息.1006.6586（2016）09.0006.06