文献综述
面向健康监测的穿戴式传感器节点开发
摘要：近年来，越来越多的人注重自身的健康问题，对医疗资源的需求日益增多。在这种情况下，健康医疗可穿戴设备市场兴起，市面上出现了大量各种各样的可穿戴医疗设备。但是当前可穿戴技术仍面临诸多问题。本文通过分析国内外可穿戴医疗设备研究的成功案例，总结当前健康医疗可穿戴设备的优缺点。为可穿戴设备的智能化、微小化、便捷化以及提高其在用户健康检测可信度上做出进一步研发和预测。
关键词：可穿戴式传感器 健康监测
研究大环境与发展前景
近年来我国老龄化程度日益加剧，各种慢性病患者的数量逐年增加，越来越多人也更加关注自身的健康问题，对医疗资源的需求日益增多。但是，国内医疗资源相对紧缺，医疗费用高昂与人们巨大的医疗资源需求产生了很大的矛盾。在这个智能的时代，网络技术与智能硬件飞速发展，可穿戴技术为人体健康监测领域提供了一个新的发展方向。随着人们对生活品质提出越来越高的要求，对个性化的产品设计越来越看重，可穿戴设备将在材料、实用价值以及数据的提取和防护等方面进一步发展，在此背景下研发可穿戴设备，既能实现对健康相关的关键指标进行自动实时监测，为广大用户的医疗健康提供了必要的信息，也能满足不同消费者对可穿戴设备的个性化需求，从而实现更高的应用价值，让更多的消费者受益。
当前，国际上所公认的可穿戴设备的定义是将计算机“穿戴”在人体上的有传感器、驱动器、显示器、计算机元素构成的物理世界，并利用无线网络连接，为人们提供了一个有趣的数字世界，让人们的生活更舒适便利的一种设备。这类设备具有可穿戴性、可移动性、可交互性、可持续性、操作简便等优点。可穿戴医疗设备是将传感器、多媒体、无线通信等技术嵌入到如手表、手环、眼镜、鞋袜等日常服饰中。通过贴身佩戴的方式实现随时随地监测健康体征，包括血压、血糖、体温、心率、呼吸频率、血氧含量等[2]。
近年来随着健康医疗可穿戴设备市场的兴起，大量设备制造商涌入。统计显示，我国有103家企业研发了148余款可穿戴医疗设备。常见的设备形态包括头带、项链、眼镜、马甲、衣服、腰带、手表、手环、脚环等。其中，以手表、手环最为常见，大多用于监测健康情况，如运动、睡眠、心率及周围环境相关参数等。此外，还有少数手环、手表融入了先进技术，实现了基于光学传感器的血压水平与血液成分的监测。按采集模式分类，可穿戴设备分为三种，包括定时采集、需要时采集、不间断采集。这主要由用户需求与应用场景来决定。可穿戴设备采集的数据主要有血压、心电、心率、呼吸、运动步数、卡路里等生理参数，血液、尿液、泪液、血红蛋白、白血球等生化数据，身体各部位照片与便携式B超等影像数据。根据设备功能用途来分，可穿戴设备可分为健康监测、筛查、诊断、治疗、干预等多种[1]。当前可穿戴技术面临的问题主要有四点：1）目前市场上可穿戴设备种类繁多，但其监测性能、产品形态大同小异，许多研究成果都仅限于实验研究，而并未实际应用；2）大多数用于健康监测的可穿戴设备还局限在服装配饰中，对于老人、儿童、孕妇以及病人等群体在诸多情况下并不适合佩戴配饰，且配饰作为硬件物体在一定程度上都会对人体产生不舒适感，降低了监测的准确性；3）可穿戴设备多数依附于智能手机等设备，给部分老年、儿童等的使用增加负担，增加电磁辐射总量；4）人们对于可穿戴设备的需求度以及接受度还有待提高，大多数消费者对可穿戴设备还存有疑虑。
根据我国产业调研网发布的2016-2020年我国可穿戴设备市场深度调查分析及发展趋势研究报告[3]可知，在未来几年中可穿戴设备行业的技术突破点及投资重点将围绕以下三方面开展： 1） 健康、运动及医疗产品伴随着公众生活水平的日益提高，个人保健意识也日益增强。因此，健康、运动及医疗市场需求明显增加，可穿戴设备行业也迎来了发展的大好时机。这是可穿戴设备行业发展的市场需求与方向。 2） 外观设计、材料工艺产品的外观设计与材料工艺不仅会影响产品的品质，也直接影响着用户的选择。据相关调查显示，大部分智能硬件产品的消费者为男性，占比为85%。由于女性更关注产品的外观设计，而由于可穿戴设备行业发展正处于初期阶段，水平有限，因此，难以让女性成为行业目标受众。随着技术的完善，可以预计外形美观，质感好的产品也会逐渐吸引更多的女性消费者。而运动手环、智能皮带等设备具有较高的市场潜力。未来的可穿戴设备会使用与人体更贴合的纺织材料、贴片，为用户提供无感知化的使用体验。 3） 能源问题的突破目前，大多数可穿戴设备存在电池续航时间短，待机时间短等问题。这也是所有智能产品的软肋，尚无有效的解决措施。由于电池续航能力主要与体积大小有关，而可穿戴设备一般要求小体积，从而导致了产品外观与续航间的矛盾。未来将大容量小体积的薄膜微电池、集成多传感器的SoC芯片、Power Gating超低功耗技术应用到这一领域可进一步减少可穿戴设备的功耗，缩小产品外形体积。
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