在提出“家庭健康監(jiān)測”這個術(shù)語時，監(jiān)測范圍并不局限于我們所居住的四壁之中，而是對個人處于醫(yī)院環(huán)境之外時的生命體征進(jìn)行監(jiān)測。由于“家”在理論上是我們所花時間最多的地方，因此就使用了“家庭健康”一詞。然而，監(jiān)測的是人而不是環(huán)境(盡管環(huán)境在決定如何測量和傳遞生命體征信號方面起著重要的作用)。如果將“家庭健康監(jiān)測”重新命名為“個人健康監(jiān)測”，則四壁將自然消失，測量生命體征的地方和方式將再無界限。本文將考察修訂后的“家庭健康”監(jiān)測概念，其中，從字面上講，“家庭”是人心所在。

醫(yī)療保健在發(fā)生變化，而我們對所需要的護理類型和水平的預(yù)期也在調(diào)整以適應(yīng)這些變化。在發(fā)達(dá)國家，醫(yī)療行業(yè)的投資已促使診斷和健康監(jiān)測領(lǐng)域取得顯著的進(jìn)步。多數(shù)人的一般預(yù)期是，醫(yī)療行業(yè)將繼續(xù)發(fā)展，發(fā)達(dá)國家的人們將方便地享受到其成果，而且這些成果也將惠及世界上那些在歷史上獲得支持極少的地區(qū)。然而，隨著醫(yī)療成本的螺旋式上升，人們已經(jīng)意識到，可能需要改變這種預(yù)期。全球來看，醫(yī)療服務(wù)在不同地區(qū)差別很大，雖然人人享受醫(yī)療這種提法在理論上十分高尚，但離現(xiàn)實還有很長的路要走。

創(chuàng)新技術(shù)降低醫(yī)療成本

降低醫(yī)療服務(wù)成本的一種辦法是利用最新創(chuàng)新科技，使病人可以快速而安全地出院。通過在成本較低的地方(如家中)繼續(xù)治療和監(jiān)測，可以降低醫(yī)療系統(tǒng)的成本。病人則可得到在舒適環(huán)境中康復(fù)的好處。為了保證病人的安全，為了減少反復(fù)住院導(dǎo)致的成本，需要設(shè)計出支持病人環(huán)境的高性能生命體征監(jiān)測(VSM)裝置。

院外監(jiān)測(不包括診所和醫(yī)生辦公室)往往與傳統(tǒng)的家庭環(huán)境相關(guān)聯(lián)。歷史上來看，家庭醫(yī)療和健康監(jiān)測一直體現(xiàn)為體溫計、體重秤，有的家庭還有血壓計。對于疾病管理，隨著糖尿病發(fā)病率的快速增長，血糖儀是目前使用最廣的醫(yī)療器械。在一定程度上，運動和健身用的心率監(jiān)護儀(HRM)主要是為健身房跑步機上的胸帶或手持式電極設(shè)計的，也歸入院外或遠(yuǎn)程監(jiān)測市場。

圖1：傳統(tǒng)家用監(jiān)測器械。

大量報告、論文和研究都探討了遠(yuǎn)程健康監(jiān)測技術(shù)的各種好處，但是，只要看看有多少公司和機構(gòu)投入時間和精力、以把VSM集成到終端系統(tǒng)之中，很快就會發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程健康環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的家庭或健身房。院外VSM市場增長迅速，有可能超過許多其他市場領(lǐng)域。

多種力量共同推動VSM在不同市場領(lǐng)域中得到應(yīng)用，包括：

負(fù)面推動力：

* 全球?qū)σ种坪徒档吐菪缴仙尼t(yī)療成本的需要(在美國，醫(yī)療開支約占全國GDP的18%)

* 老齡化人口(到2030年，65歲以上人口將首次超過5歲人口)正在對醫(yī)療系統(tǒng)造成前所未有的壓力

* 不健康的生活方式(肥胖是導(dǎo)致慢性疾病的主要原因，包括糖尿病、高血壓和肺部疾病)

正面推動力：

* 使全球各地均可方便享受到醫(yī)療資源的通信基礎(chǔ)設(shè)施

* 使得遠(yuǎn)程健康監(jiān)測成為可能且符合我們的生活方式的科技進(jìn)步

* 激發(fā)人們保持健康生活方式的各類支持基礎(chǔ)設(shè)施的增長

* 人們對預(yù)防性健康監(jiān)測可以減少住院的認(rèn)識

圖2：廣義“家庭”生命體征監(jiān)測(VSM)市場。

正在積極探索的市場領(lǐng)域包括：

* 醫(yī)院(將監(jiān)測帶入家庭)

* 輔助生活設(shè)施

* 體育設(shè)計，包括運動場

* 學(xué)校/教育機構(gòu)

* 保險/企業(yè)資助的健康計劃

* 軍隊

* 汽車工業(yè)

* 消費產(chǎn)業(yè)(智能手機、智能手表、游戲)

* 動物健康(牲畜管理、寵物護理)

在這些市場領(lǐng)域，監(jiān)測的生命體征雖然有共同點，但環(huán)境的限制以及信息的解讀和使用方式卻會對監(jiān)測器械的效果產(chǎn)生很大的影響。作為技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)，ADI專門針對這些制約因素推出了創(chuàng)新解決方案。

雖然在技術(shù)上講，動物健康監(jiān)測不屬于人體健康問題的范疇，但卻是一個快速增長的市場，其所使用的一些科技成果與人類健康監(jiān)測器械是一樣的。

圖3：如何監(jiān)測生命體征。

家

以下將重點介紹一些市場領(lǐng)域及其發(fā)展目標(biāo)和存在的制約因素，同時闡述使生命體征測量和監(jiān)測功能成為可能的各種技術(shù)。

前面我們簡要介紹了傳統(tǒng)的家用監(jiān)測器械(體重秤、體溫計、血壓計、血糖儀)。這些器械都是根據(jù)需要定期使用。要進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，有必要改變監(jiān)測儀器的設(shè)計方式，往往還要改變使用者的動因。

器械必須采用非介入式設(shè)計，能與我們的生活方式無縫相融——這一要求反映在各個市場領(lǐng)域。器械必須尺寸小，而且多數(shù)都是隨身穿戴，因此需要用電池供電(一次性或充電電池)。用戶不喜歡經(jīng)常更換電池或充電，因此，器械必須支持低功耗，以實現(xiàn)不中斷的長期使用。

連接功能在遠(yuǎn)程健康管理方面發(fā)揮著重要作用。用于傳遞信息的方法取決于所監(jiān)測的實際生命體征以及信息的預(yù)期接收者。例如，跌倒檢測儀要求低延遲、實時信息傳遞，而心率監(jiān)護儀(HRM)則可能只要求定期上傳。信息傳遞方式正在走向無線模式。目前，智能藍(lán)牙、Wi-Fi、GPRS和各種專有無線電協(xié)議已成為新產(chǎn)品的要求。毫無疑問，無論是定期連接還是24/7全天候持續(xù)連接，家庭健康監(jiān)測器械都必須具備可靠的低功耗無線通信功能。Continua Alliance在推動第三方監(jiān)督條件下的非同質(zhì)器械連接方面發(fā)揮著重要作用。

家庭健康監(jiān)測分為三類：

* 疾病管理

* 健康和保健

* 安全性

疾病管理包括血糖測量、心臟監(jiān)護、脈搏血氧飽和度(Sp02)、持續(xù)血壓和呼吸監(jiān)測。據(jù)預(yù)計，這些器械將在臨床就診后由醫(yī)生開處方購買。這些器械需要一定層次的監(jiān)管審批(如FDA)，其合規(guī)要求與醫(yī)院環(huán)境專用器械相同。另外，器械必須尺寸小、便攜、功耗低，并具備連接功能。

如ADI公司ADAS1000-3(一款3引腳心電圖模擬前端(AFE))一類的產(chǎn)品可提供診斷級信號以達(dá)到合規(guī)要求，而且具有尺寸小、便攜和功耗低等家庭健康監(jiān)測器械的前提條件。

與疾病管理不同，因為連接監(jiān)測儀的動力是不言自明的(比如，可能導(dǎo)致可怕后果)，對于健康保健器械的使用，有時是需要由第三方提供動力。例如，當(dāng)我們站在體重秤上時，我們選擇的跟進(jìn)措施可能取決于我們對結(jié)果的情感反應(yīng)。我們可能因為減了幾磅而感到高興，并愿意繼續(xù)在跑步機上鍛煉，也可能因為大量努力不見效果而感到沮喪，并決定在客廳沙發(fā)上享受舒適生活。(也可能正好相反——可能因為減了幾磅而躺在沙發(fā)上，作為對自己的一種獎勵。)

圖4：ADAS10003電極心電圖模擬前端的簡化框圖。

說到健康管理面臨的挑戰(zhàn)，尤其是在沒有明確的成效時，我們都能表示理解。通常需要由第三方為我們提供動力。目前已有數(shù)千個智能手機應(yīng)用，旨在幫助我們管理健康，包括卡路里燃燒量、卡路里攝入量、計步器、飲食管理和運動教練。這些應(yīng)用都是為了激勵我們，保持健康之路。

游戲機提供了一種家庭鍛煉平臺，融入了各種富于激勵作用的目標(biāo)。對于家庭保健和健康來說，監(jiān)測器械所使用的技術(shù)必須與一個具有激勵作用并能提供反饋和鼓勵的教練相連。

跌倒檢測器是當(dāng)今在老年人口中使用最廣泛的器械之一。盡管這些器械并不能防止跌倒，但它們能夠發(fā)出遠(yuǎn)程報警，提醒有關(guān)方發(fā)生了不良事件。對這些器械的要求是功耗低、尺寸小并具備連接功能。同時還必須能區(qū)分人的快速坐下和實際跌倒動作。電池必須具備較長的續(xù)航時間，因為更換電池可能需要看護人員或第三方人員到訪，結(jié)果會增加穿戴者的成本。電池沒電意味著監(jiān)測器失去效用，會增加穿戴者的風(fēng)險。跌倒檢測器使用低g加速度計來檢測和區(qū)分運動類型。ADXL362是業(yè)內(nèi)功耗最低的3軸MEMS加速度計。ADXL362在工作數(shù)據(jù)速率為100Hz時的功耗為1.8 μA，400 Hz時為3 μA，在運動激活的喚醒模式下時僅為270 nA，待機功耗為10 nA，可以使跌倒檢測器的電池壽命延長數(shù)月。

圖5：ADI公司的ADXL362微功耗3軸MEMS加速度計支持運動監(jiān)護應(yīng)用，包括計步器和老年監(jiān)護使用的跌倒檢測器。

運動/健身

健康監(jiān)測行業(yè)發(fā)展最快的市場領(lǐng)域為運動和健身。這兩類監(jiān)測為：

* 健身

* 安全

傳統(tǒng)上，健身管理使用心率監(jiān)護裝置實現(xiàn)，表現(xiàn)為跑步機上的胸帶或把手?；陔姌O的心率監(jiān)護方式仍然是記錄心輸出量的一種流行方式。但正在發(fā)生變化的是電極的構(gòu)成方式。例如，新型紡織技術(shù)在編織織物時使用導(dǎo)電材料，從而使身體的較大面積均能拾取生物電信號。

同樣，穿戴式監(jiān)測器需要具備低功耗、小尺寸和高性能三大特點。ADI公司的AD8232心率監(jiān)護儀(HRM)模擬前端(AFE)可以有效地捕獲生物電信號，同時還具有低功耗和低成本的優(yōu)勢。其主要特性包括導(dǎo)聯(lián)脫落檢測、快速恢復(fù)、右腿驅(qū)動，而且采用靈活的架構(gòu)設(shè)計，可以配置外部濾波器以幫助減少運動偽像的影響。AD8232心率監(jiān)護儀模擬前端采用單電源供電，工作功耗為175 Μa(典型值)，簡化了開發(fā)過程。

圖6：ADI公司的AD8232心率監(jiān)護儀模擬前端的功能框圖。

用于檢測光電容積脈搏波(PPG)信號的光學(xué)器械為測量心率提供了另一種方法。光電容積脈搏波檢測器械一般戴在腕部，通過尺動脈來檢測血流，并由此確定心率。該方法用于面向運動員的多種監(jiān)測器械中。

有助于確定能量消耗、卡路里燃燒和一般健康水平的其他生命體征信號包括：

* 活動監(jiān)測(低功耗MEMS加速度計)

* 呼吸監(jiān)測(基于胸阻抗或MEM)

* 汗液測量(皮膚阻抗)

* 體溫(表面通量和核心)

對于運動安全性，腦震蕩在運動相關(guān)損傷中位居前列。據(jù)美國疾病控制中心(CDC)，美國每年發(fā)生的運動性腦震蕩病例高達(dá)380萬例，以致該中心認(rèn)為，美國的運動性腦震蕩已經(jīng)達(dá)到“流行病水平”。隨著對反復(fù)性腦震蕩影響的認(rèn)識的不斷深入，從中學(xué)運動、業(yè)余運動到專業(yè)比賽，要求利用技術(shù)來幫助檢測頭部沖擊的嚴(yán)重程度的呼聲不斷高漲。將沖擊傳感器置于何處是個難題。對于像美式橄欖球一類的運動，這個問題很容易解決——可以將MEMS慣性傳感器放在頭盔中以檢測來自多個位置的沖擊。在賽車運動中，則可將MEMS慣性傳感器放在車手的耳機中。但并非所有沖擊類運動都使用頭盔或頭部裝置。對于這些運動員來說，可以通過置于口腔防護器中的沖擊傳感器來探測和測量腦震蕩級沖擊。

ADI公司的ADXL377 15 μA、±200 g 3軸MEMS加速度計是一款能滿足可穿戴式監(jiān)測器要求的沖擊傳感器。

圖7：ADI公司的ADXL377 MEMS加速度計可精確測量接觸運動中的沖擊力。

雖然檢測頭部沖擊是實現(xiàn)腦震蕩管理的一大進(jìn)步，但我們還需要預(yù)防頭部沖擊。有關(guān)頭盔氣囊的研究已經(jīng)見諸文獻(xiàn)，有望在將來某一天普及開來。

工作場所

雖然工作場所可能不是健康監(jiān)測相關(guān)的首要環(huán)境，但鑒于在企業(yè)級提供健康服務(wù)的成本優(yōu)勢，目前有些機構(gòu)已開始推出工作相關(guān)的健康管理計劃，作為降低保健福利成本的一種手段。在北美地區(qū)，保險公司走在了前列，他們推出了一些計劃，員工注冊后可以跟蹤自己每周或每月的身體活動水平(如每周行走的步數(shù))。如果實現(xiàn)目標(biāo)，則會獲得降低保費等形式的回報，或者其他經(jīng)濟激勵方式。主持計劃的公司可以降低其福利計劃成本，而且越來越多的證據(jù)表明，健康的工作隊伍具有很高的生產(chǎn)效率。

最常見的工作場所健康監(jiān)測器是計步器。這些小型器械可以放在衣服口袋中，或者綁在鞋上或臀部，而嵌入式技術(shù)則可提高其智能化程序，使其可以區(qū)分穿戴者是在散步、跑步，還是在做無規(guī)則的運動以欺騙監(jiān)測器械。ADI公司的ADXL362低功耗MEMS加速度計具備全面的功能，可以完美支持計步器應(yīng)用。

工作場所健康管理的另一個領(lǐng)域是壓力檢測。據(jù)美國國家職業(yè)安全及健康協(xié)會(OSHA)的一份報告，有四分之三的員工相信工作壓力大于上一輩。壓力可以通過電流皮膚阻抗和心率來測量?？梢詫y量技術(shù)嵌入日常工作相關(guān)的設(shè)備，比如計算機鼠標(biāo)或鍵盤，以便測量這些必要的生命體征。ADI公司的ADuCM360低功耗、精密模擬微控制器為準(zhǔn)確測量電流皮膚阻抗提供了一種理想的系統(tǒng)級解決方案。ADuCM360是完全集成的24位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在單芯片上集成雙核高性能多通道Σ-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、32位ARM Cortex-M3處理器和Flash/EE存儲器。

軍隊

軍人被暴露在最惡劣的條件之下，通過穿戴式傳感器遠(yuǎn)程測量其生命體征對于保護他們的健康是至關(guān)重要的。

在戰(zhàn)場上，為醫(yī)學(xué)人員設(shè)置一個遠(yuǎn)程驗傷區(qū)對于確保醫(yī)療小組和受影響個人的安全十分重要。在進(jìn)入作戰(zhàn)區(qū)域之前，能區(qū)分治療優(yōu)先次序，確定哪些人需要首先實施醫(yī)療救治，這是可以挽救生命的。

圖8：ADI公司的ADuCM360全集成式24位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以精確地測量電流皮膚阻抗。

智能手機

前面我們簡要提到，可以利用智能手機，通過第三方應(yīng)用來幫助進(jìn)行健康管理。對許多人來說，將智能手機作為醫(yī)學(xué)監(jiān)護器械，這本身就是一個充滿魅力的概念——不僅僅是智能手機開發(fā)者。智能手機中嵌入了加速度計，這種技術(shù)本身就支持計步器、運動監(jiān)護或睡眠監(jiān)護應(yīng)用。而CMOS攝像頭傳感器也可用作一種簡單的心率監(jiān)護儀，通過多種圖像分析技術(shù)來檢測血流變化。然而，這些技術(shù)會增加功耗——不一定是傳感器造成的結(jié)果，而是因為這些技術(shù)支持這些應(yīng)用的方式使然。這是個問題，因為智能手機的電力必須為郵件和社交媒體應(yīng)用保留。ADI公司的AD8232單引腳心率監(jiān)護儀模擬前端和ADXL362低功耗、3軸MEMS加速度計在尺寸、性能和功耗上完全可以滿足需求，在嵌入智能手機時，可以分別獨立測量心率和運動狀況。

通過配件給智能手機添加生命體征監(jiān)測功能是一種可行的辦法?？梢圆迦險SB或音頻端口，或者通過藍(lán)牙連接的健康監(jiān)測器械越來越多。

汽車

目前有人正在展開大量研究，以確定如何在汽車的狹小空間中監(jiān)測我們的生命體征。情緒和壓力傳感器、心率監(jiān)護儀、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、血糖監(jiān)測儀、脈搏血氧飽和度(Sp02)以及花粉傳感器，這些應(yīng)用都有助于提高駕駛員安全，增進(jìn)駕馭體驗。

但仍然存在諸多挑戰(zhàn)…如何測量?通過方向盤、座椅、安全帶?使用攝像頭技術(shù)、電極、光學(xué)傳感器、MEMS?獲得信息后如何處理?

告訴駕駛員他可能得到了心臟病，結(jié)果可能引發(fā)恐慌，并導(dǎo)致災(zāi)難性后果。然而，對于心率監(jiān)護來說，告訴駕駛員保持清醒是現(xiàn)實可行的。

顯然，方向盤上可安裝生命體征監(jiān)測器械—AD8232心率監(jiān)護儀可以連接方向盤覆蓋材料中嵌入的電極。另外，甚至同一電極可以用來測量電流皮膚阻抗，以便確定壓力和情緒水平。ADI公司的ADuCM360低功耗、全集成式24位數(shù)據(jù)采集片上系統(tǒng)解決方案，為測量皮膚電流阻抗并將AD8232的輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式提供了一個平臺。

圖9：未來汽車可能通過方向盤、座椅和安全帶中的傳感器提供心率監(jiān)護和電流皮膚阻抗測量功能。

總結(jié)

總之，“家庭監(jiān)測”這個概念已開始獲得新的意義。隨著技術(shù)的進(jìn)步、各類支持基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展以及降低健康護理成本必要性的突顯，生命體征監(jiān)測將成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€自然組成部分，可以隨時隨地滿足我們的需求，融入到我們的個人遠(yuǎn)程健康生態(tài)體系之中。無論是醫(yī)院或診所外的疾病管理，是支持老年人口的獨立能力，是激勵健康的生活習(xí)慣，是增進(jìn)個人安全性，還是免除后顧之憂，ADI公司始終都走在這個市場的前沿，積極開發(fā)相關(guān)傳感器和信號調(diào)理技術(shù)方案，以實現(xiàn)新一代生命體征監(jiān)測。