1.前言

　　20 世紀(jì) 90 年代由微型生物傳感設(shè)備、智能紡織品、微電子工程和無線通信技術(shù)推動(dòng)產(chǎn)生的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，以其具有的數(shù)據(jù)通信、隨時(shí)隨地傳輸音視頻信號(hào)、監(jiān)測(cè)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(duì)于老年人和慢性病人的持續(xù)的隨時(shí)隨地的健康監(jiān)護(hù)，受到了研究領(lǐng)域和行業(yè)的廣泛關(guān)注。尤其在近幾年，從簡(jiǎn)單的脈搏血氧計(jì)到復(fù)雜的移動(dòng)心電圖，從指壓式測(cè)量?jī)x到智能背心，從基于便攜式設(shè)備到基于手機(jī)平臺(tái)，從簡(jiǎn)單的體征測(cè)量到數(shù)據(jù)采集分析和決策支持，移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究正在飛速發(fā)展。本文旨在通過對(duì)移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的源起、基本原理、主要服務(wù)和產(chǎn)品進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前移動(dòng)健康系統(tǒng)存在的問題以及未來的發(fā)展趨勢(shì)，提升移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的性能，更好地滿足用戶的需求。

　　2.移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　人體基本生理信號(hào)（如心跳、呼吸、體溫、脈搏等）的低負(fù)荷、長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是家庭和社區(qū)醫(yī)療中的一類關(guān)鍵技術(shù)，而移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)就是使用移動(dòng)計(jì)算和無線通信技術(shù)實(shí)時(shí)、連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)這類參數(shù)，并將獲得的數(shù)據(jù)傳送給醫(yī)護(hù)人員，以供醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行分析，使醫(yī)護(hù)人員能獲悉病人的當(dāng)前狀態(tài)并做出正確判斷，從而對(duì)病人做出正確的處理。

　　移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是移動(dòng)健康領(lǐng)域設(shè)備的一種，移動(dòng)健康通常是指移動(dòng)計(jì)算處理技術(shù)、無線通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供體檢、保健、疾病評(píng)估、醫(yī)療、康復(fù)等服務(wù)。電子健康是醫(yī)學(xué)信息學(xué)、公眾衛(wèi)生和商業(yè)交叉的新興領(lǐng)域，關(guān)于通過網(wǎng)絡(luò)健康服務(wù)、傳送或加強(qiáng)信息的一系列相關(guān)技術(shù)。廣義來說，電子健康不僅包括技術(shù)研發(fā)，同時(shí)還包括通過使用信息通信技術(shù)提升本地、區(qū)域或全球范圍內(nèi)的心理狀態(tài)、思維方式、態(tài)度、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、全球性思維等方面的健康關(guān)護(hù)。Joseph Tan指出移動(dòng)健康的產(chǎn)生是由于信息通信技術(shù)自身由有線向無線的過渡和轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)向手持設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)由傳統(tǒng)的以太網(wǎng)向 4G 的發(fā)展，醫(yī)療領(lǐng)域也從最初的病人信息系統(tǒng)項(xiàng)目（即信息通信技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用）到基于網(wǎng)絡(luò)的電子健康管理、臨床、財(cái)政、決策支持、專家系統(tǒng)和電子護(hù)理領(lǐng)域應(yīng)用，再到移動(dòng)病人的監(jiān)護(hù)和管理。

圖1. 電子健康向移動(dòng)健康的演化過程

　　隨著電子健康向移動(dòng)健康的發(fā)展，也產(chǎn)生了諸如遠(yuǎn)程健康、遠(yuǎn)程病人監(jiān)護(hù)以及移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等新的領(lǐng)域。根據(jù)世界衛(wèi)生組織、Eysenbach、Pravin Pawar等對(duì)電子健康、遠(yuǎn)程醫(yī)療、移動(dòng)健康和移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的定義，筆者認(rèn)為，遠(yuǎn)程醫(yī)療是電子健康的一部分，因?yàn)殡娮咏】低瑫r(shí)還包括健康信息網(wǎng)絡(luò)、電子健康記錄等內(nèi)容 ；遠(yuǎn)程醫(yī)療涉及的內(nèi)容包括遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診、遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)教育、建立多媒體醫(yī)療保健咨詢系統(tǒng)等內(nèi)容，所以，移動(dòng)健康僅為遠(yuǎn)程醫(yī)療的一種；而移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是移動(dòng)健康領(lǐng)域的設(shè)備之一。

　　3.移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的基本原理

　　移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要由體域網(wǎng)（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(wǎng)（Body Area Networks，BAN）

　　體域網(wǎng)是一個(gè)由多個(gè)不同功能的傳感器和移動(dòng)基本單元（Mobile Base Unit，MBU）組成的通信設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，分布在身體周圍，用來采集與健康相關(guān)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行簡(jiǎn)單的顯示、存儲(chǔ)和分析處理，從而為用戶提供移動(dòng)健康的服務(wù)。

　　（1） 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(shí)時(shí)測(cè)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(duì)不同的生理參數(shù)，采用不同的傳感器，如血氧飽和度的測(cè)定是由血氧探頭傳感器來獲取的，血壓值的測(cè)量則是通過無袖帶測(cè)量方法，GPS 系統(tǒng)等。

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

　?。?） 體域網(wǎng)內(nèi)部通信機(jī)制。一些傳感器可以直接向移動(dòng)基本單元傳輸信號(hào)，而其他的一些傳感器則需要利用有線或無線連接向移動(dòng)基本單元傳輸信號(hào)。常見的無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE802.15（無線個(gè)人局域網(wǎng)工作組）的 IEEE 802.15.1（Bluetooth）和 IEEE802.15.14（Zigbee）兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以及 infrared（IrDA）等 ；常見的有線通信網(wǎng)絡(luò)包括傳導(dǎo)性紡織材料、有線電纜等。其中 Bluetooth 和 Zigbee 兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以其低成本、低復(fù)雜性、低能耗等特點(diǎn)，成為移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng) BAN 通信最常見的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖3. 移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)

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

　　在移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的架構(gòu)中，后端系統(tǒng)是指后端系統(tǒng)服務(wù)器、專業(yè)護(hù)理人員、醫(yī)療中心、數(shù)字健康記錄系統(tǒng)等設(shè)備和平臺(tái)，這些設(shè)備和平臺(tái)或者專業(yè)護(hù)理人員根據(jù)多項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析、處理或綜合評(píng)估，為移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的使用者提供相應(yīng)的健康預(yù)警、即時(shí)咨詢和診斷建議等。

　　3.3 體域網(wǎng)與后端系統(tǒng)的通信機(jī)制

　　體域網(wǎng)與后端系統(tǒng)的通信采用的無線技術(shù)主要包括針對(duì)于廣泛地域的低帶寬高時(shí)延的無線廣域網(wǎng)技術(shù)（WWAN）；局部地域的高帶寬低時(shí)延的局域網(wǎng)技術(shù)（WLAN），如 WiFi ；提供相對(duì)低帶寬的移動(dòng)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)，如 GSM、2.5G（如GPRS）、3G（如 UMTS）、4G 等。

　　4.移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要的項(xiàng)目和產(chǎn)品

　　移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)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(shí)間、地點(diǎn)的限制，隨時(shí)接受監(jiān)護(hù)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(hù)、日常健康咨詢以及在緊急情況下獲得及時(shí)救治。將移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療的研究在國(guó)外開展得比較早，歐美等國(guó)家是在 20 世紀(jì) 90 年代在 2G 數(shù)字移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)剛投入運(yùn)營(yíng)時(shí)即開展了相關(guān)研究。其中涉及移動(dòng)健康監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目有 ：美國(guó)劍橋MIT 多媒體實(shí)驗(yàn)室的 LiveNet 研究項(xiàng)目；歐盟財(cái)政支持的 AMON、MyHeart 項(xiàng)目等。此外，在美國(guó)哈佛大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等也進(jìn)行了關(guān)于移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)的研究。而一些企業(yè)諸如Microsoft、Vivometrics和易特科等公司也在進(jìn)行相應(yīng)的研究開發(fā)工作，如 Microsoft 公司正在其 HealthGear 項(xiàng)目中開發(fā)能對(duì)睡眠呼吸暫停進(jìn)行監(jiān)護(hù)的設(shè)備等。表 1 中列出了一些主要的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

　　對(duì)表 1 中的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)，其監(jiān)測(cè)的主要生理參數(shù)包括心電圖、血氧飽和度、心率、肌動(dòng)電流圖、血壓、體溫、姿勢(shì)以及光學(xué)體描記術(shù)等。大部分的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)用于普通的健康監(jiān)護(hù)（如老年人、慢性病人、康復(fù)病人等），如基于 GPS/GPRS 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)報(bào)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(cè)，如 LifeGuard 是由加利福尼亞大學(xué)和美國(guó)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(hù) ；而歐盟第五框架的 AMON項(xiàng)目和 Microsoft 開發(fā)的 HealthGear 則是針對(duì)于睡眠呼吸暫停的監(jiān)測(cè) ；此外還有些系統(tǒng)是針對(duì)于帕金森和癲癇病人、心血管病人、妊娠高血壓等的監(jiān)測(cè)。

　　5.存在的問題

　　移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)目前仍然存在一些問題，這些問題對(duì)移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)，在一定程度上影響了移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)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(gè)方面 ：

　　5.1 電池技術(shù)和電源選擇

　　對(duì)于移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)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(duì)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(dāng)前該系統(tǒng)遇到的最大技術(shù)問題，并已經(jīng)成為系統(tǒng)性能提升的瓶頸所在。在當(dāng)前的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)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(xué)反應(yīng)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(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和后處理數(shù)據(jù)時(shí)均會(huì)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(guān)系，這就要求系統(tǒng)在功耗與動(dòng)態(tài)、安全性與便攜性之間取得相應(yīng)的平衡。

　　5.2 傳感器的微型化和效率

　　普遍來說，目前移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)使用的生物傳感器趨向于大規(guī)?；行﹤鞲衅饔锌赡苄枰囟ǖ淖藙?shì)或芯片植入來采集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。這就需要進(jìn)一步研發(fā)可穿戴的紡織品類傳感器，進(jìn)一步提升傳感器的效率和微型化。

　　5.3 個(gè)人的信息安全

　　移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)傳輸?shù)拿枋霾∪私】禒顩r的數(shù)據(jù)是否具有法律效應(yīng)還有待進(jìn)一步論證。這些數(shù)據(jù)作為病人的隱私，應(yīng)當(dāng)充分保證安全，除了系統(tǒng)的使用者和監(jiān)護(hù)醫(yī)師之外，不應(yīng)該將收集到的數(shù)據(jù)泄露給任何人。因此需要合適的加密和認(rèn)證機(jī)制來確保所有傳輸數(shù)據(jù)的安全性。但是，目前的加密和認(rèn)證機(jī)制越復(fù)雜，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣认鄬?duì)越慢，這勢(shì)必會(huì)對(duì)移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性造成影響。

　　5.4 質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)可靠性

　　由于移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性可能對(duì)患者、操作者及周圍人員帶來危險(xiǎn)和傷害，因此移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)對(duì)于人和醫(yī)療設(shè)備的干擾（如輻射），由于信息通信技術(shù)的限制導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t性和不完整性都是當(dāng)前系統(tǒng)存在的問題。

　　5.5 標(biāo)準(zhǔn)化問題

　　無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)涉及到大量生命信號(hào)獲取、表達(dá)、傳輸和存儲(chǔ)，生命信號(hào)和醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化是一個(gè)關(guān)鍵。同時(shí)，無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)作為醫(yī)學(xué)儀器連接到 HIS、PAcS、EMR 和 LIS 等多個(gè)信息系統(tǒng)，也需要解決標(biāo)準(zhǔn)化問題。

　　6.移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展方向

　　由于移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)要求連續(xù)監(jiān)測(cè)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(yīng)的發(fā)生，同時(shí)還要求系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些生理參數(shù)進(jìn)行分析、處理以及存儲(chǔ)，還能夠及時(shí)地反饋給醫(yī)療中心或?qū)I(yè)監(jiān)護(hù)人員得到相應(yīng)的咨詢指導(dǎo)和建議，因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)于該系統(tǒng)未來發(fā)展方向主要集中在五個(gè)方面 ：

　　6.1 生命體征采集新技術(shù)

　　當(dāng)前移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用的生命體征采集技術(shù)，在一定程度上會(huì)給使用者帶來一些的不適感和過敏反應(yīng)，如長(zhǎng)時(shí)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(zhǔn)確性還有待考究。因此未來的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)首先應(yīng)當(dāng)研究生命體征采集的新技術(shù)，主要包括對(duì)于生命體征采集機(jī)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(cè)各種生理參數(shù)的同時(shí)，保證用戶的舒適度。

　　6.2 新型傳感器的研制

　　隨著移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展，其所需要采集的生命體征會(huì)逐漸增多，但是目前現(xiàn)有的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足健康監(jiān)護(hù)的需求。因此，不僅需要將現(xiàn)有傳感器進(jìn)一步微型化、集成化，用一個(gè)傳感器就能提取多種信息，以減少傳感器的數(shù)量 ；同時(shí)還應(yīng)當(dāng)開發(fā)新的傳感器，如開發(fā)能長(zhǎng)期使用的基于生物效應(yīng)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(shù)的實(shí)時(shí)性和綜合性

　　移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的可靠性和可行度取決于系統(tǒng)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理的能力。目前大多數(shù)的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)僅能對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行單項(xiàng)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單分析和處理，而且由于傳輸網(wǎng)絡(luò)的原因存在一定的延遲性。未來的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)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(guān)系及特征參量提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的綜合分析 ；建立數(shù)據(jù)知識(shí)庫(kù)，研究開發(fā)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)能力，避免漏檢、誤判、錯(cuò)定等弊病，真正實(shí)現(xiàn)專家輔助功能。

　　6.4 關(guān)注監(jiān)護(hù)領(lǐng)域空白點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)

　　目前的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)雖然可以監(jiān)護(hù)脈搏、血氧飽和度、心電圖等多項(xiàng)生命體征，但是在監(jiān)護(hù)領(lǐng)域仍然存在不少薄弱環(huán)節(jié)甚至是空白點(diǎn)。如對(duì)于生理功能的監(jiān)測(cè)十分薄弱，包括對(duì)于新陳代謝、呼吸功能、肝功能的監(jiān)測(cè)等。同時(shí)，目前移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)的采集主要為“參數(shù)監(jiān)護(hù)”，即對(duì)某些指定的生理參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)分析，而目前所能獲取的自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)的參數(shù)也極其有限。因此，在進(jìn)一步研究開發(fā)參數(shù)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)研究非參數(shù)檢測(cè)技術(shù)，如燙燒傷病人皮膚傷情監(jiān)測(cè)、術(shù)后病人傷口愈合情況監(jiān)測(cè)等。

　　6.5 實(shí)現(xiàn)“監(jiān)”與“護(hù)”的統(tǒng)一

　　目前所有的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)實(shí)際上都是只“監(jiān)”不“護(hù)”，只是一種檢測(cè)、分析、報(bào)警裝置，并沒有解決自動(dòng)護(hù)理的問題。未來的移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠根據(jù)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)的不良變化，做出準(zhǔn)確的判別和診斷，提出護(hù)理方案，并能通過控制醫(yī)用機(jī)器或其他輔助器械對(duì)監(jiān)護(hù)對(duì)象進(jìn)行必要的護(hù)理和救治。如當(dāng)監(jiān)測(cè)到呼吸功能衰弱時(shí)，自動(dòng)開啟呼吸機(jī)供氧 ；當(dāng)發(fā)現(xiàn)心臟有室顫時(shí)，自動(dòng)及時(shí)除顫等。