【51CTO.com快譯】隨著技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，與健康相關(guān)的數(shù)據(jù)日益增長(zhǎng)。傳統(tǒng)上，這些數(shù)據(jù)通常在是醫(yī)療衛(wèi)生系​​統(tǒng)中產(chǎn)生的，該系統(tǒng)收集患者的有關(guān)信息。一些常見的來源包括患者的健康狀況記錄、視頻/音頻檢查、已知疾病、常規(guī)使用的藥物等。而患者每次接受醫(yī)療服務(wù)時(shí)，無論是預(yù)約檢查還是緊急就診，都會(huì)產(chǎn)生更多數(shù)據(jù)，從而提高跟蹤患者病情的準(zhǔn)確性。

而這種健康監(jiān)測(cè)模型可以構(gòu)建個(gè)性化資料，從而為與患者的診斷、治療和康復(fù)相關(guān)的各種預(yù)防性措施提供支持。但也有對(duì)于醫(yī)療中心的依賴這個(gè)局限性。如果患者沒有接受一些服務(wù)，則不會(huì)生成一致的數(shù)據(jù)。

可穿戴設(shè)備的日益廣泛使用為人們的健康監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)新的視角。遠(yuǎn)程醫(yī)療范圍的擴(kuò)大也起到了促進(jìn)作用，特別是在采用“連續(xù)性護(hù)理”概念的情況下。而將這些技術(shù)解決方案引入醫(yī)學(xué)預(yù)防措施已經(jīng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)收集量的爆炸式增長(zhǎng)。這就是在這種情況下多方面要探索大數(shù)據(jù)技術(shù)的原因。Lymberis解釋說，“考慮到可穿戴設(shè)備的可用性，智能可穿戴個(gè)人系統(tǒng)應(yīng)具有重量輕、功耗低、價(jià)格合理、可供非熟練人員操作、具有嵌入式處理和報(bào)警功能等特點(diǎn)。”

市場(chǎng)上推出的大多數(shù)可穿戴設(shè)備都符合這一描述。除此之外，其中一些設(shè)備只提供某一種功能，而有一些設(shè)備則提供多種功能的集成，例如健身跟蹤、健康監(jiān)測(cè)和消息顯示。戴在手腕上的BASIS手表就是這樣一種設(shè)備，它可以跟蹤配戴者的心率并提供有關(guān)健康和保健的信息。其他類型的可穿戴設(shè)備還包括智能皮帶、智能服裝、活動(dòng)跟蹤器、智能眼鏡等。

行業(yè)廠商針對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)了不同的可穿戴設(shè)備

可穿戴健康設(shè)備

行業(yè)專家Dian等人發(fā)表的一份研究報(bào)告強(qiáng)調(diào)了可穿戴健康設(shè)備的重要性。報(bào)告確定了四個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可穿戴應(yīng)用集群，可穿戴健康設(shè)備就是其中之一。另外三個(gè)是活動(dòng)識(shí)別和運(yùn)動(dòng)設(shè)備、跟蹤和定位設(shè)備，以及安全設(shè)備?？纱┐鹘】翟O(shè)備是由傳感器進(jìn)行的與健康相關(guān)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。這份研究報(bào)告還根據(jù)監(jiān)測(cè)的信號(hào)類型對(duì)傳感器進(jìn)行了分類：

• 生命體征監(jiān)測(cè)：脈搏、呼吸頻率和體溫。
• 非生命體征監(jiān)測(cè)：血壓和血氧。

在應(yīng)用中，可穿戴設(shè)備在通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)之前執(zhí)行初步計(jì)算，然后進(jìn)行后續(xù)附加分析，并且在許多能夠連接到智能手機(jī)的設(shè)備中找到替代流程。在這些情況下，可穿戴設(shè)備和移動(dòng)應(yīng)用程序之間存在交互。一般來說，這樣的應(yīng)用程序可以使健康設(shè)備的數(shù)據(jù)可視化。更專業(yè)的應(yīng)用程序也能夠提供有關(guān)用戶健康的建議。在涉及智能手機(jī)中間操作的場(chǎng)景中，一個(gè)常見的組件是訪問基于云計(jì)算的服務(wù)?？纱┐髟O(shè)備收集的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)侥切┐鎯?chǔ)、處理和運(yùn)行分析的服務(wù)。

可穿戴健康設(shè)備也可以分為兩大類：健康治療和康復(fù)以及健康監(jiān)測(cè)。健康治療和康復(fù)設(shè)備有助于提高患者的身心健康。行業(yè)專家Nave和Postolache發(fā)表的一份研究報(bào)告描述了這種設(shè)備的創(chuàng)新示例。報(bào)告中指出，新型的智能步行器可以為那些行動(dòng)不便的人提供幫助。它是實(shí)時(shí)監(jiān)控患者的物理治療系統(tǒng)的一部分。智能步行器的架構(gòu)以微控制器為中心，該微控制器既可以通過Wi-Fi或3G / 4G協(xié)議與云服務(wù)接口，又可以在無法使用互聯(lián)網(wǎng)時(shí)通過藍(lán)牙采用移動(dòng)應(yīng)用程序。通過這兩個(gè)接口，智能步行器發(fā)送使用者運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，從而使理療師可以對(duì)信息進(jìn)行分析并相應(yīng)地進(jìn)行幫助鍛煉。云計(jì)算環(huán)境將所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在MySQL數(shù)據(jù)庫中，Web應(yīng)用程序訪問提供另一種可視化方式的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云中，因此移動(dòng)應(yīng)用程序可以在互聯(lián)網(wǎng)信號(hào)可用時(shí)保持同步運(yùn)行。

圖左是智能步行器示意圖，其構(gòu)建依次主RFID(1)、IMU方向傳感器(2)、壓力傳感器(3)、距離傳感器(4)、Wi-Fi設(shè)備(5)、藍(lán)牙設(shè)備(6)。圖右是智能步行器原型

旨在幫助人們進(jìn)行治療和康復(fù)的可穿戴設(shè)備的另一個(gè)例子是理想化的智能可穿戴臂環(huán)。該設(shè)備不使用任何其他與云服務(wù)的連接，如上所述。而智能可穿戴臂環(huán)可以記錄和預(yù)處理，并通過無線將信號(hào)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)智能訓(xùn)練設(shè)備。另一個(gè)智能訓(xùn)練設(shè)備運(yùn)行離線的經(jīng)過訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。一旦識(shí)別出正確的動(dòng)作，訓(xùn)練設(shè)備就會(huì)將結(jié)果發(fā)送到嵌入可穿戴臂章中的手勢(shì)功能。該模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)模擬用戶的手勢(shì)。其所識(shí)別手勢(shì)的準(zhǔn)確率使將用戶的手部移動(dòng)意圖轉(zhuǎn)化為精確的手勢(shì)命令成為可能。

智能可穿戴臂環(huán)原型

健康監(jiān)測(cè)可穿戴健康設(shè)備主要實(shí)施監(jiān)測(cè)，用于檢測(cè)某些生理機(jī)體功能中的異常行為。一個(gè)有用的示例是Jayanth等專家在研究報(bào)告中提到的使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)測(cè)量心跳的可穿戴設(shè)備。報(bào)告指出，該系統(tǒng)旨在幫助患者的家庭成員和醫(yī)生有效地監(jiān)測(cè)患者的健康狀況，并在緊急情況下向他們發(fā)出警報(bào)。這些設(shè)備在開機(jī)時(shí)識(shí)別心跳閾值，例如“最小值和最大值”。此后，每次檢測(cè)到心律異常時(shí)，該系統(tǒng)都會(huì)搜索最近的可用Wi-Fi并將其連接。建立連接之后，它將通過發(fā)送電子郵件將異常心率通知給家庭成員和醫(yī)生。與此同時(shí)，可穿戴設(shè)備會(huì)觸發(fā)振動(dòng)器來警告用戶。

用于測(cè)量心跳的印刷電路板(PCB)設(shè)備原型

人們對(duì)心臟健康的關(guān)注促進(jìn)了許多其他可穿戴設(shè)備的發(fā)展。 Majumder等專家設(shè)計(jì)的基于多個(gè)傳感器智能物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是其中之一。該系統(tǒng)歸類為多傳感器，因?yàn)樗鼜挠脩舻拿}搏和溫度中收集數(shù)據(jù)?？纱┐饔布?fù)責(zé)捕獲數(shù)據(jù)，并將所有信息發(fā)送到Android應(yīng)用程序。這種通信通過藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，該網(wǎng)絡(luò)可以最大限度地降低功耗。移動(dòng)應(yīng)用程序處理設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)繪制心電信號(hào)和體溫。異常模式的識(shí)別基于以前定義的一些參數(shù)(如心率)。一旦可穿戴設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)達(dá)到一定的閾值，該系統(tǒng)就會(huì)以消息或振動(dòng)警報(bào)的形式向受試者發(fā)送警告。Android應(yīng)用程序不要求用戶保存任何有關(guān)其健康狀況的記錄，因?yàn)樗鼤?huì)立即警告用戶任何檢測(cè)到的異常。

穿戴式智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的原型

其他類型的可穿戴設(shè)備正在顛覆健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的進(jìn)展，它們的設(shè)計(jì)旨在從用戶體內(nèi)收集數(shù)據(jù)，這就是將它們歸類為可攝入​​設(shè)備的原因。Sargunam和Anusha在他們發(fā)表的研究報(bào)告描述了一種能夠使用紅外輻射生成有關(guān)血糖水平信息的智能藥物。該技術(shù)是一種可以幫助糖尿病患者監(jiān)測(cè)其血糖水平的非侵入性方式。其輻射信號(hào)由智能手機(jī)上的移動(dòng)醫(yī)療應(yīng)用程序捕獲。由于血液中的葡萄糖濃度取決于輻射特定波長(zhǎng)的強(qiáng)度，因此移動(dòng)應(yīng)用程序可以使用無線信道對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視。而Yoshida等人設(shè)計(jì)了一種基于胃酸發(fā)電的平板狀可攝入核心體溫傳感器，用于日常保健。他們使用定制集成電路設(shè)計(jì)了尺寸為10毫米× 8毫米的設(shè)備原型。該設(shè)備能夠根據(jù)胃酸的功率編碼、調(diào)制和傳輸有關(guān)體溫的數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)可以被20厘米以外的天線成功接收并正確解碼。

可穿戴健康設(shè)備面臨挑戰(zhàn)

隨著可穿戴技術(shù)的發(fā)展，可穿戴健康設(shè)備也面臨著特殊的挑戰(zhàn)。專家指出，“平板電腦和智能手機(jī)是從電腦時(shí)代發(fā)展而來的，其功能和外形規(guī)格更加標(biāo)準(zhǔn)化，而可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)和開發(fā)則由許多不同的細(xì)分市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，因此其形式更加多樣化。”

可穿戴健康設(shè)備同樣受到這一現(xiàn)實(shí)的影響。Lymberis提到了這種跡象。他說，“目前市場(chǎng)上還沒有一個(gè)能夠集成多傳感器、智能處理和報(bào)警功能，可以支持醫(yī)療決策并可隨時(shí)與醫(yī)療機(jī)構(gòu)輕松互動(dòng)的智能穿戴系統(tǒng)。”

考慮到這種情況，專業(yè)文獻(xiàn)中報(bào)告了可穿戴健康設(shè)備的一些常見挑戰(zhàn)。傳感器的數(shù)據(jù)分辨率是其中的一個(gè)挑戰(zhàn)。通常情況下，可穿戴設(shè)備必須體積小巧，使用舒適，以及功耗更小。這些要求對(duì)它們所達(dá)到的分辨率有直接影響，特別是與其他類型的設(shè)備相比時(shí)。對(duì)于可穿戴健康設(shè)備，通常將重點(diǎn)放在患者身上，數(shù)據(jù)可視化的質(zhì)量可以在滿足上述要求的情況下進(jìn)行更復(fù)雜的權(quán)衡。對(duì)于涉及數(shù)據(jù)解析的問題，功耗和耐磨性是另外兩個(gè)挑戰(zhàn)?？纱┐鹘】翟O(shè)備必須長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因?yàn)樗鼈兊淖饔弥饕潜O(jiān)測(cè)用戶的信息或支持康復(fù)，并盡可能減少更換電池的次數(shù)。行業(yè)專家為此探索了一種基于柔性太陽能收集器的機(jī)制，他們使用多傳感器健康可穿戴設(shè)備可以自主完成24小時(shí)的工作。

計(jì)算復(fù)雜性與可穿戴設(shè)備重量之間的權(quán)衡是主要挑戰(zhàn)之一。必須考慮到此類設(shè)備的設(shè)計(jì)，因?yàn)橄M(fèi)者將更可能采用時(shí)尚的可穿戴設(shè)備。一些研究報(bào)告也將安全性作為健康可穿戴設(shè)備的典型挑戰(zhàn)。安全性與佩戴此類設(shè)備的用戶的射頻輻射水平有關(guān)。根據(jù)Vahidnia和Dian發(fā)布的一份研究報(bào)告，射頻輻射水平高可能是由于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)(CIoT)解決方案所使用的天線距離較近所致。這些設(shè)備操縱的數(shù)據(jù)的安全性是另一個(gè)令人關(guān)注的問題。通常在這些設(shè)備中實(shí)施不利于采用強(qiáng)大的安全策略。在引入基于加密的數(shù)據(jù)保護(hù)方面也有這樣的情況，這使可穿戴設(shè)備容易被黑客攻擊。

缺乏適當(dāng)?shù)姆ㄒ?guī)被認(rèn)為是可穿戴設(shè)備難以廣泛使用的另一個(gè)障礙。盡管健康設(shè)備受這一問題影響不大，但其他領(lǐng)域也受到了深遠(yuǎn)影響。在體育運(yùn)動(dòng)中使用可穿戴設(shè)備就是一個(gè)例子，但由于缺乏特定標(biāo)準(zhǔn)，其可穿戴設(shè)備的應(yīng)用受到阻礙。而在安全性方面，可穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)隱私是通常要解決的一個(gè)挑戰(zhàn)。其威脅源于可穿戴設(shè)備通常使用廣播模式進(jìn)行通信，這有助于未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備捕獲用戶的私人數(shù)據(jù)。而從健康數(shù)據(jù)分析的角度來看，可穿戴設(shè)備產(chǎn)生的最大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)在隔離的IT系統(tǒng)或多個(gè)云解決方案中。這種現(xiàn)實(shí)對(duì)采用基于商業(yè)智能的復(fù)雜分析帶來了障礙。因此，由于缺乏基于合并數(shù)據(jù)的反饋，用戶失去了很多更具價(jià)值的信息。

行業(yè)專家指出，“盡管最終用戶仍然可以從收集的數(shù)據(jù)中受益，但是當(dāng)這些數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)匿名組合以進(jìn)行智能場(chǎng)景處理時(shí)，將會(huì)感受到更大的影響。”

為了使健康的可穿戴設(shè)施實(shí)現(xiàn)更高的用戶滿意度，行業(yè)專家Lymberis列出了其他四個(gè)功能，以補(bǔ)充必須處理的內(nèi)容。首先，他主張患者應(yīng)該能夠?qū)?shù)據(jù)輸入到可穿戴設(shè)備中。其次，有必要在設(shè)備和健康提供者之間建立鏈接。第三，通過“特殊醫(yī)學(xué)算法”以整合從多個(gè)傳感器接收的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。第四，制定將智能可穿戴應(yīng)用程序提交給復(fù)雜臨床場(chǎng)景的驗(yàn)證計(jì)劃。

可穿戴健康設(shè)備和大數(shù)據(jù)

行業(yè)專家Chen表示，“可持續(xù)健康監(jiān)測(cè)與健康大數(shù)據(jù)有著密切的關(guān)系。”他們提出了兩個(gè)支持這種說法的論點(diǎn)。第一種與數(shù)據(jù)收集有關(guān)。有效的健康監(jiān)控在很大程度上取決于連續(xù)和長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)捕獲。第二種是關(guān)于用于支持健康大數(shù)據(jù)分析的云計(jì)算智能。正確獲取從人群中產(chǎn)生的健康數(shù)據(jù)量對(duì)于優(yōu)化公共或私人衛(wèi)生服務(wù)非常重要。還有使用人體局域網(wǎng)(BAN)作為收集大量健康數(shù)據(jù)的機(jī)制。與這些收集器關(guān)聯(lián)，用于大數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用程序必須在云計(jì)算環(huán)境中可用，并且必須對(duì)捕獲的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

基于智能服裝健康監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)架構(gòu)

而可持續(xù)健康監(jiān)控的智能服裝可以證明這種架構(gòu)的可行性?？纱┐髦悄芊b由多個(gè)傳感器組成：脈沖傳感器、體溫傳感器、心電圖傳感器、心肌傳感器、血氧傳感器、腦電圖傳感器以及電池。

這是移動(dòng)健康云計(jì)算軟件系統(tǒng)的第一個(gè)組件。所有收集的數(shù)據(jù)都發(fā)送到移動(dòng)應(yīng)用程序(系統(tǒng)的第二個(gè)組件)，該應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)顯示用戶的健康狀況。該通信通過低功耗信道進(jìn)行。第三個(gè)組件是云計(jì)算服務(wù)，用于接收智能手機(jī)應(yīng)用程序轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)。而采用了大數(shù)據(jù)分析的API提供了用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)庫的功能，這些功能有助于預(yù)測(cè)用戶的健康趨勢(shì)。具體來說，使用Hadoop和Spark技術(shù)進(jìn)行批處理，并使用Storm進(jìn)行流處理。對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，他們使用了Spark MLlib和Mathout庫中可用的實(shí)現(xiàn)。并在這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施上開發(fā)了三個(gè)Web應(yīng)用程序：一個(gè)用于健康監(jiān)控，另一個(gè)用于情感安慰，另一個(gè)用于人機(jī)交互。

通過數(shù)據(jù)整合，健康穿戴設(shè)備產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)的潛力可以被徹底發(fā)掘。其核心工作是基于“本體論”的概念，提供醫(yī)療領(lǐng)域的可穿戴知識(shí)即服務(wù)(KaaS)，其設(shè)計(jì)可以處理可穿戴數(shù)據(jù)的異質(zhì)性，以確保語義互操作性，并允許創(chuàng)建關(guān)于患者的更準(zhǔn)確的知識(shí)。本體捕獲的所有概念都映射到表示可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的類。例如，定義“參數(shù)”通用類以指示受到監(jiān)視數(shù)據(jù)的性質(zhì)。例如“葡萄糖”、“血壓”和“心率”等參數(shù)是專門的一些子類。這驗(yàn)證了將開發(fā)的本體論應(yīng)用于監(jiān)測(cè)糖尿病患者情況的策略。

結(jié)論

如今，在可穿戴設(shè)備的研究中已經(jīng)取了重大進(jìn)展。這為在許多不同情況下探索此類技術(shù)帶來了更多的機(jī)會(huì)。從可穿戴健康解決方案的角度來看，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了類似的趨勢(shì)。然而，涉及新應(yīng)用的各種方法和策略已經(jīng)帶來了一些挑戰(zhàn)，特別是使用可穿戴設(shè)備收集的大量數(shù)據(jù)面臨著與互操作性相關(guān)的問題。而在未來將會(huì)有更多的創(chuàng)新性技術(shù)和應(yīng)用，從而改善醫(yī)療服務(wù)和患者的健康。

原文標(biāo)題：Health Monitoring Through Data From Wearables，作者：Thiago Nascimento

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