1.前言

　　20 世紀 90 年代由微型生物傳感設備、智能紡織品、微電子工程和無線通信技術推動產生的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)，以其具有的數(shù)據通信、隨時隨地傳輸音視頻信號、監(jiān)測人體重要生命體征等功能，以及低廉的成本在一定程度上有效地解決了對于老年人和慢性病人的持續(xù)的隨時隨地的健康監(jiān)護，受到了研究領域和行業(yè)的廣泛關注。尤其在近幾年，從簡單的脈搏血氧計到復雜的移動心電圖，從指壓式測量儀到智能背心，從基于便攜式設備到基于手機平臺，從簡單的體征測量到數(shù)據采集分析和決策支持，移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的研究正在飛速發(fā)展。本文旨在通過對移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的源起、基本原理、主要服務和產品進行研究，發(fā)現(xiàn)當前移動健康系統(tǒng)存在的問題以及未來的發(fā)展趨勢，提升移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的性能，更好地滿足用戶的需求。

　　2.移動健康監(jiān)護系統(tǒng)簡介

　　人體基本生理信號（如心跳、呼吸、體溫、脈搏等）的低負荷、長時間、連續(xù)動態(tài)監(jiān)測技術是家庭和社區(qū)醫(yī)療中的一類關鍵技術，而移動健康監(jiān)護系統(tǒng)就是使用移動計算和無線通信技術實時、連續(xù)、長時間的監(jiān)測這類參數(shù)，并將獲得的數(shù)據傳送給醫(yī)護人員，以供醫(yī)護人員進行分析，使醫(yī)護人員能獲悉病人的當前狀態(tài)并做出正確判斷，從而對病人做出正確的處理。

　　移動健康監(jiān)護系統(tǒng)是移動健康領域設備的一種，移動健康通常是指移動計算處理技術、無線通信和網絡技術提供體檢、保健、疾病評估、醫(yī)療、康復等服務。電子健康是醫(yī)學信息學、公眾衛(wèi)生和商業(yè)交叉的新興領域，關于通過網絡健康服務、傳送或加強信息的一系列相關技術。廣義來說，電子健康不僅包括技術研發(fā)，同時還包括通過使用信息通信技術提升本地、區(qū)域或全球范圍內的心理狀態(tài)、思維方式、態(tài)度、網絡協(xié)議、全球性思維等方面的健康關護。Joseph Tan指出移動健康的產生是由于信息通信技術自身由有線向無線的過渡和轉換，由電子健康發(fā)展而來。從圖 1 中，我們可以清楚地看到，隨著硬件由最初的小型計算機向手持設備、網絡由傳統(tǒng)的以太網向 4G 的發(fā)展，醫(yī)療領域也從最初的病人信息系統(tǒng)項目（即信息通信技術在醫(yī)療領域的應用）到基于網絡的電子健康管理、臨床、財政、決策支持、專家系統(tǒng)和電子護理領域應用，再到移動病人的監(jiān)護和管理。

圖1. 電子健康向移動健康的演化過程

　　隨著電子健康向移動健康的發(fā)展，也產生了諸如遠程健康、遠程病人監(jiān)護以及移動健康監(jiān)護系統(tǒng)等新的領域。根據世界衛(wèi)生組織、Eysenbach、Pravin Pawar等對電子健康、遠程醫(yī)療、移動健康和移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的定義，筆者認為，遠程醫(yī)療是電子健康的一部分，因為電子健康同時還包括健康信息網絡、電子健康記錄等內容 ；遠程醫(yī)療涉及的內容包括遠程醫(yī)療會診、遠程醫(yī)學教育、建立多媒體醫(yī)療保健咨詢系統(tǒng)等內容，所以，移動健康僅為遠程醫(yī)療的一種；而移動健康監(jiān)護系統(tǒng)是移動健康領域的設備之一。

　　3.移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的基本原理

　　移動健康監(jiān)護系統(tǒng)主要由體域網（Body Area Networks，BAN）和后端系統(tǒng)（Back-End System，BESys）組成（如圖 3 所示）。

　　3.1 體域網（Body Area Networks，BAN）

　　體域網是一個由多個不同功能的傳感器和移動基本單元（Mobile Base Unit，MBU）組成的通信設備網絡，分布在身體周圍，用來采集與健康相關的數(shù)據并進行簡單的顯示、存儲和分析處理，從而為用戶提供移動健康的服務。

　?。?） 傳感器主要分為穿戴式傳感器和植入式傳感器兩種，主要功能是實時測量和收集人體重要的生理參數(shù)，如心率、血壓、體溫和表溫、血氧飽和度、呼吸頻率和心電圖等。針對不同的生理參數(shù)，采用不同的傳感器，如血氧飽和度的測定是由血氧探頭傳感器來獲取的，血壓值的測量則是通過無袖帶測量方法，GPS 系統(tǒng)等。

　?。?） 移動基本單元（Mobile Base Unit，MBU）是一個寬泛的概念，一般是指應用在 PDA 或智能手機上的功能程序。其主要功能包括以下三個部分 ：① 信號處理傳輸。傳感器通信控制信號單元便捷的聚合處理來自身體各部位的實時生理數(shù)據，將數(shù)據傳輸?shù)街行奶幚韱卧?；②信號初步分析處理。中心處理單元擁有巨大數(shù)據容量和強大分析能力的服務器群，可提供數(shù)據初步分析、處理、挖掘等能力 ；③信號查詢和顯示。諸如 PDA、智能手機等移動終端通過連接中心處理單元接收和顯示數(shù)據分析評估結果及其反饋。

　?。?） 體域網內部通信機制。一些傳感器可以直接向移動基本單元傳輸信號，而其他的一些傳感器則需要利用有線或無線連接向移動基本單元傳輸信號。常見的無線通信技術標準包括IEEE802.15（無線個人局域網工作組）的 IEEE 802.15.1（Bluetooth）和 IEEE802.15.14（Zigbee）兩個標準，以及 infrared（IrDA）等 ；常見的有線通信網絡包括傳導性紡織材料、有線電纜等。其中 Bluetooth 和 Zigbee 兩種技術標準以其低成本、低復雜性、低能耗等特點，成為移動健康監(jiān)護系統(tǒng) BAN 通信最常見的技術標準。

　　圖3. 移動健康監(jiān)護系統(tǒng)架構

　　3.2 后端系統(tǒng)（Back-End System，BESys）

　　在移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的架構中，后端系統(tǒng)是指后端系統(tǒng)服務器、專業(yè)護理人員、醫(yī)療中心、數(shù)字健康記錄系統(tǒng)等設備和平臺，這些設備和平臺或者專業(yè)護理人員根據多項數(shù)據進行進一步分析、處理或綜合評估，為移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的使用者提供相應的健康預警、即時咨詢和診斷建議等。

　　3.3 體域網與后端系統(tǒng)的通信機制

　　體域網與后端系統(tǒng)的通信采用的無線技術主要包括針對于廣泛地域的低帶寬高時延的無線廣域網技術（WWAN）；局部地域的高帶寬低時延的局域網技術（WLAN），如 WiFi ；提供相對低帶寬的移動手機網絡，如 GSM、2.5G（如GPRS）、3G（如 UMTS）、4G 等。

　　4.移動健康監(jiān)護系統(tǒng)主要的項目和產品

　　移動健康監(jiān)護系統(tǒng)可以給使用者帶來更大的靈活性，使用者可以不受時間、地點的限制，隨時接受監(jiān)護中心提供的基本生理參數(shù) ( 包括心電、體溫、血壓、血糖和呼吸等 ) 監(jiān)護、日常健康咨詢以及在緊急情況下獲得及時救治。將移動通信技術應用于遠程醫(yī)療的研究在國外開展得比較早，歐美等國家是在 20 世紀 90 年代在 2G 數(shù)字移動網絡剛投入運營時即開展了相關研究。其中涉及移動健康監(jiān)測的項目有 ：美國劍橋MIT 多媒體實驗室的 LiveNet 研究項目；歐盟財政支持的 AMON、MyHeart 項目等。此外，在美國哈佛大學、中國科學院等也進行了關于移動健康監(jiān)護的研究。而一些企業(yè)諸如Microsoft、Vivometrics和易特科等公司也在進行相應的研究開發(fā)工作，如 Microsoft 公司正在其 HealthGear 項目中開發(fā)能對睡眠呼吸暫停進行監(jiān)護的設備等。表 1 中列出了一些主要的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)。

　　對表 1 中的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)進行分析，不難發(fā)現(xiàn)，其監(jiān)測的主要生理參數(shù)包括心電圖、血氧飽和度、心率、肌動電流圖、血壓、體溫、姿勢以及光學體描記術等。大部分的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)用于普通的健康監(jiān)護（如老年人、慢性病人、康復病人等），如基于 GPS/GPRS 遠程醫(yī)療監(jiān)護報警系統(tǒng)、WEALTHY、MERMOTH、Human++、Lifeshirt等，也有部分系統(tǒng)適用于特殊環(huán)境或特殊疾病的監(jiān)測，如 LifeGuard 是由加利福尼亞大學和美國宇航局共同研發(fā)的用于極端環(huán)境下（太空或行星）的身體健康狀況監(jiān)護 ；而歐盟第五框架的 AMON項目和 Microsoft 開發(fā)的 HealthGear 則是針對于睡眠呼吸暫停的監(jiān)測 ；此外還有些系統(tǒng)是針對于帕金森和癲癇病人、心血管病人、妊娠高血壓等的監(jiān)測。

　　5.存在的問題

　　移動健康監(jiān)護系統(tǒng)目前仍然存在一些問題，這些問題對移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的廣泛應用帶來了挑戰(zhàn)，在一定程度上影響了移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的高效性、可靠性和安全性，這些問題主要包括以下幾個方面 ：

　　5.1 電池技術和電源選擇

　　對于移動健康監(jiān)護系統(tǒng)來說，電池供電比交流電直接供電更適用，更安全，更能滿足醫(yī)療儀器對于安全性的要求。但是電池的電量消耗和電池的尺寸大小是當前該系統(tǒng)遇到的最大技術問題，并已經成為系統(tǒng)性能提升的瓶頸所在。在當前的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)中，多采用鋰電池供電。雖然鋰電池具有諸多優(yōu)良特性，但由于其自身化學反應原理的限制，在使用過程中存在過流、過溫、過壓和過度放電的問題。另一方面，移動健康監(jiān)護系統(tǒng)在實時傳輸數(shù)據和后處理數(shù)據時均會消耗大量的能量，無疑要求電池的容量越大越好，但電池的容量與電池的尺寸以及電池的輻射性具有正比關系，這就要求系統(tǒng)在功耗與動態(tài)、安全性與便攜性之間取得相應的平衡。

　　5.2 傳感器的微型化和效率

　　普遍來說，目前移動健康監(jiān)護系統(tǒng)使用的生物傳感器趨向于大規(guī)?；?，有些傳感器有可能需要特定的姿勢或芯片植入來采集準確的數(shù)據。這就需要進一步研發(fā)可穿戴的紡織品類傳感器，進一步提升傳感器的效率和微型化。

　　5.3 個人的信息安全

　　移動健康監(jiān)護系統(tǒng)傳輸?shù)拿枋霾∪私】禒顩r的數(shù)據是否具有法律效應還有待進一步論證。這些數(shù)據作為病人的隱私，應當充分保證安全，除了系統(tǒng)的使用者和監(jiān)護醫(yī)師之外，不應該將收集到的數(shù)據泄露給任何人。因此需要合適的加密和認證機制來確保所有傳輸數(shù)據的安全性。但是，目前的加密和認證機制越復雜，其數(shù)據傳輸?shù)乃俣认鄬υ铰@勢必會對移動健康監(jiān)護系統(tǒng)數(shù)據的實時性造成影響。

　　5.4 質量控制和數(shù)據可靠性

　　由于移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的質量和可靠性可能對患者、操作者及周圍人員帶來危險和傷害，因此移動健康監(jiān)護系統(tǒng)對于人和醫(yī)療設備的干擾（如輻射），由于信息通信技術的限制導致的數(shù)據傳輸?shù)难舆t性和不完整性都是當前系統(tǒng)存在的問題。

　　5.5 標準化問題

　　無線醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)涉及到大量生命信號獲取、表達、傳輸和存儲，生命信號和醫(yī)學數(shù)據的標準化是一個關鍵。同時，無線醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)作為醫(yī)學儀器連接到 HIS、PAcS、EMR 和 LIS 等多個信息系統(tǒng)，也需要解決標準化問題。

　　6.移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的發(fā)展方向

　　由于移動健康監(jiān)護系統(tǒng)要求連續(xù)監(jiān)測各種生理參數(shù)，做到無創(chuàng)、正確、穩(wěn)定、盡可能少的不適感以及無過敏反應的發(fā)生，同時還要求系統(tǒng)能夠將這些生理參數(shù)進行分析、處理以及存儲，還能夠及時地反饋給醫(yī)療中心或專業(yè)監(jiān)護人員得到相應的咨詢指導和建議，因此，國內外對于該系統(tǒng)未來發(fā)展方向主要集中在五個方面 ：

　　6.1 生命體征采集新技術

　　當前移動健康監(jiān)護系統(tǒng)采用的生命體征采集技術，在一定程度上會給使用者帶來一些的不適感和過敏反應，如長時間心電貼片電極造成的皮膚瘙癢不適、過敏紅腫 ；而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性還有待考究。因此未來的健康監(jiān)護系統(tǒng)首先應當研究生命體征采集的新技術，主要包括對于生命體征采集機制和采集過程中用戶的舒適度的研究，盡可能做到在連續(xù)監(jiān)測各種生理參數(shù)的同時，保證用戶的舒適度。

　　6.2 新型傳感器的研制

　　隨著移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的發(fā)展，其所需要采集的生命體征會逐漸增多，但是目前現(xiàn)有的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的傳感器，大多數(shù)只支持一到兩種生命體征的采集，遠遠不能滿足健康監(jiān)護的需求。因此，不僅需要將現(xiàn)有傳感器進一步微型化、集成化，用一個傳感器就能提取多種信息，以減少傳感器的數(shù)量 ；同時還應當開發(fā)新的傳感器，如開發(fā)能長期使用的基于生物效應的傳感器，或直接提取生化信息的傳感器等。

　　6.3 提高分析技術的實時性和綜合性

　　移動健康監(jiān)護系統(tǒng)的可靠性和可行度取決于系統(tǒng)對所采集的數(shù)據進行實時分析和處理的能力。目前大多數(shù)的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)僅能對采集的數(shù)據進行單項數(shù)據的簡單分析和處理，而且由于傳輸網絡的原因存在一定的延遲性。未來的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)應當提高分析處理能力，研究開發(fā)多參數(shù)與病理生理間的相互關系及特征參量提取技術，實現(xiàn)多參數(shù)的綜合分析 ；建立數(shù)據知識庫，研究開發(fā)系統(tǒng)自學習能力，避免漏檢、誤判、錯定等弊病，真正實現(xiàn)專家輔助功能。

　　6.4 關注監(jiān)護領域空白點和薄弱環(huán)節(jié)

　　目前的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)雖然可以監(jiān)護脈搏、血氧飽和度、心電圖等多項生命體征，但是在監(jiān)護領域仍然存在不少薄弱環(huán)節(jié)甚至是空白點。如對于生理功能的監(jiān)測十分薄弱，包括對于新陳代謝、呼吸功能、肝功能的監(jiān)測等。同時，目前移動健康監(jiān)護系統(tǒng)對于數(shù)據的采集主要為“參數(shù)監(jiān)護”，即對某些指定的生理參數(shù)進行連續(xù)監(jiān)測和自動分析，而目前所能獲取的自動連續(xù)監(jiān)測的參數(shù)也極其有限。因此，在進一步研究開發(fā)參數(shù)自動連續(xù)監(jiān)測的同時，還應當研究非參數(shù)檢測技術，如燙燒傷病人皮膚傷情監(jiān)測、術后病人傷口愈合情況監(jiān)測等。

　　6.5 實現(xiàn)“監(jiān)”與“護”的統(tǒng)一

　　目前所有的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)實際上都是只“監(jiān)”不“護”，只是一種檢測、分析、報警裝置，并沒有解決自動護理的問題。未來的移動健康監(jiān)護系統(tǒng)應當能夠根據所監(jiān)測的數(shù)據的不良變化，做出準確的判別和診斷，提出護理方案，并能通過控制醫(yī)用機器或其他輔助器械對監(jiān)護對象進行必要的護理和救治。如當監(jiān)測到呼吸功能衰弱時，自動開啟呼吸機供氧 ；當發(fā)現(xiàn)心臟有室顫時，自動及時除顫等。