心血管疾病（CVD）是一組心臟和血管疾病，如心肌梗死，通常被稱為心臟病發(fā)作、心力衰竭（HF）、風(fēng)濕性心臟病和肺動脈疾病。心力衰竭是一種嚴(yán)重的心血管疾病，全世界估計(jì)有6434萬例患者。心力衰竭是一種漸進(jìn)性臨床綜合征，其特征是心臟結(jié)構(gòu)異常，心臟無法泵出足夠的血液來滿足身體的需求。通過連續(xù)實(shí)時地監(jiān)控，可以更好地管理心力衰竭。在過去，人們已經(jīng)做出了一些努力來治療心力衰竭。這些努力大多基于單一參數(shù)，例如胸阻抗或心率。

近日，佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)（Florida Atlantic University）報道了一種醫(yī)療可穿戴設(shè)備（HWD），該設(shè)備可以提供與心力衰竭相關(guān)的多個生理參數(shù)的監(jiān)測。它基于同時感測多個參數(shù)，包括胸阻抗、心率、心電圖（ECG）和運(yùn)動活動。這些參數(shù)是使用不同傳感器測量的，這些傳感器嵌入在可佩戴的腰帶中，以用于連續(xù)和實(shí)時監(jiān)測。該醫(yī)療可穿戴設(shè)備已經(jīng)在不同條件下進(jìn)行了測試，包括坐、站、躺和行走。結(jié)果表明，所開發(fā)的可穿戴設(shè)備在所有條件下都能監(jiān)測上述參數(shù)。

用于心力衰竭預(yù)測的醫(yī)療可穿戴設(shè)備操作框圖，展示了用于感測多個參數(shù)的不同傳感器以及集成的最終模塊。

在這項(xiàng)工作中，傳感器集成在單個微控制器上，以Arduino Uno作為微控制器監(jiān)控多個參數(shù)。最終模塊如下圖所示。該模塊重量輕，尺寸為120.1mm × 125mm，便于用戶佩戴。在136mA電流和5V電壓下，模塊的最大功耗為0.6W。這種功耗允許模塊使用小型緊湊電池，適合長時間采集數(shù)據(jù)。為此，研究人員使用了650mAh容量的鋰離子電池。在完全放電之前，電池可以支持大約4.7小時的不間斷數(shù)據(jù)采集，且充電只需幾個小時。這種不間斷的數(shù)據(jù)對于連續(xù)和實(shí)時監(jiān)測心力衰竭至關(guān)重要。

用于心力衰竭預(yù)測的醫(yī)療可穿戴設(shè)備

研究人員所開發(fā)的這種醫(yī)療可穿戴設(shè)備可以讀取胸阻抗、心電圖、心率和運(yùn)動活動檢測等參數(shù)。醫(yī)療可穿戴設(shè)備在不同條件下進(jìn)行了測試，并獲得了不同人體狀態(tài)的相應(yīng)結(jié)果。從結(jié)果中可以看出，所有傳感器都記錄了不同條件下的變化。位置傳感器準(zhǔn)確地顯示了不同條件下的位置變化，并且還可以用于識別佩戴者的不同狀態(tài)。此外，心率傳感器還實(shí)時監(jiān)測心率。醫(yī)療可穿戴設(shè)備還準(zhǔn)確地監(jiān)測到胸阻抗的微小變化。據(jù)觀察，胸阻抗不會隨著位置的改變而受到顯著影響，并且對于給定的受試者，平均胸阻抗與預(yù)期相同。

男性受試者的胸阻抗測試結(jié)果

與大多數(shù)ECG監(jiān)視器一樣，ECG傳感器對運(yùn)動非常敏感，并且在運(yùn)動過程中，特別是在行走時，經(jīng)常會出現(xiàn)運(yùn)動偽影。然而，即使在行走時，ECG仍保留其QRS復(fù)合波和R峰，這是左心室肥厚（LVH）的重要指標(biāo)。LVH是心力衰竭的重要原因。此外，在所提出的醫(yī)療可穿戴設(shè)備中，胸阻抗傳感器是手動校準(zhǔn)的，但是一旦被校準(zhǔn)，在模塊不間斷的使用過程中，則不需要進(jìn)一步的校準(zhǔn)。所有傳感器都集成到一個腰帶模塊中，可以輕松地長時間佩戴，而不會影響患者的日常活動。藍(lán)牙模塊用于實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的自動傳輸，無需任何用戶輸入，即可傳輸至終端進(jìn)行進(jìn)一步分析。

不同條件下的ECG結(jié)果

簡而言之，研究人員開發(fā)的醫(yī)療可穿戴設(shè)備可以監(jiān)測多個參數(shù)，如胸阻抗、心率、心電圖和運(yùn)動活動，以更好地管理心力衰竭。醫(yī)療可穿戴設(shè)備消耗大約0.6W的功率，因此可以使用小型電池供電。電池容量為650mAh時，允許模塊連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)至少4.7小時，并可在數(shù)小時內(nèi)完成充電。醫(yī)療可穿戴設(shè)備在不同條件下獲得的初步結(jié)果十分令人鼓舞，可用于在項(xiàng)目的下一階段開發(fā)預(yù)測心力衰竭的算法。這種醫(yī)療可穿戴設(shè)備重量輕，尺寸為120.1mm × 125mm，可以方便地佩戴在腰部。

審核編輯：郭婷