浅谈医疗可穿戴发展面临的传感器等技术障碍

若要组成一个智能可穿戴设备,传感器、电池、电子控制器等元件,一个都不能少。这些元件首先得足够小,小到能集成到以厘米计算的设备上,有时甚至还要加入更多个性化元件。

  便于用户佩戴是可穿戴设备的天然优势,应用于医疗领域,可执行24小时全天候监测,大大降低医生和患者的信息交流成本。借助于这一特性,一种一站式医疗服务,近年成为一个热度颇高的创业方向——将信息采集、数据即时上传、算法分析、数据图表生成,然后做健康指导。


远程血压测量,资料图

  这看上去很完美。然而,即便是一款严肃的医疗工具,也要考虑黏住患者和医务工作人员。那么,目前的消费级可穿戴设备从玩具到医疗工具,还有多长的路要走?

  从测心跳、步数等健康“激励性”功能起步,到收集体重、血压、血糖、心率、睡眠和皮电反应等生理指标,利用云服务实行监测,即时做数据分析并反馈给用户或医生,这是目前大多数半时尚、半工具化的可穿戴产品的发展策略——一步步深入到医疗服务的核心。

  可即使是小有名气的产品,也还难以令人满意。精度和体积难以兼顾,是目前所有智能可穿戴设备的一大障碍。

  以心血管病人常用的动态心电图机为例,该设备至少需要对人体位置上的两个监测点进行监测:一个是贴在胸口的电极,另一个是绑在手臂的袖带。对心血管病人而言,离开医院之后的心血管动态监测价值很高,但要将动态心电图机集成到手环大小,这几乎没有可能。


血氧脉搏分析用可穿戴设备,资料图

  若要组成一个智能可穿戴设备,传感器、电池、电子控制器等元件,一个都不能少。这些元件首先得足够小,小到能集成到以厘米计算的设备上,有时甚至还要加入更多个性化元件。更何况,可穿戴设备对便携性和佩戴舒适度要求苛刻,因此体积和功能之间的矛盾更尖锐。

  尽可能小又低功耗的元件,要做到这一点,电池是一大关键,体积更小容量更大的电池方案是当下所有智能设备的渴求。另外,传感器也是“兵家必争之地”,更稳定的信号、更低的功耗,是当下最受期待的发展方向,依赖的同样是材料技术的突破。

  目前,材料“新宠”石墨烯因韧性佳、高光穿透率及良好的导电性,不仅在电池,在传感器领域也有一席之地。比如,韩国首尔国立大学的Dae-Hyeong Kim团队尝试融合石墨烯与金的特性,研发出一款可监测并调节血糖水平的石墨烯腕带。该研究成果已刊登于2016年3月的《自然·纳米技术》。这款石墨烯腕带炫酷的地方是,不但可以实时监测,还具有注射功能。

  戴上这个腕带,石墨烯传感器会在监测区根据皮肤的温度和湿度,及汗液的pH值和葡萄糖浓度,综合分析出血糖浓度。发现血糖浓度超标后,腕带治疗区的加热器就激发微型针头,融化药物贮藏体的外膜,一个带有降血糖药物的微型针头会刺入患者的浅表皮肤之下,即时控制患者血糖。并且,治疗区的针头的外膜会适时停止融化,避免过度注入。

  这类可以实时智能调控的可穿戴产品,正是医生们所需要的,对慢性病管理的意义也自不待言。但目前来看,市场对医疗健康类可穿戴设备的反响尚不稳定。

  业内人士认为,作为最先接触到消费者的智能可穿戴设备,手环这个设备形式局限了对智能可穿戴设备使用形式的想象力。智能贴片、智能眼镜、智能衣物,甚至人体植入式可穿戴设备,都会是未来重要的赛道。随着新材料的加入,市场调查公司Gartner2017年2月发布的报告预测,2020年全球将为医疗健康相关的可穿戴设备付出137亿美元。

  研发者正尝试各种医疗监测设备的雏形,希望让患者和医生都少花功夫在基础数据交换和交流上,但材料学、能量收集方式、元件微型化技术等因素在另一端和我们拔河。未来,在人体植入式可穿戴设备上还将面临人体排异反应、元件续能和更替、伦理争议等障碍。不过,智能可穿戴设备在解决一个个链条式的问题后,终将无限接近我们最期待的样子。

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