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可穿戴设备在人体健康监测中的应用与发展现状_梅策香

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可穿戴设备在人体健康监测中的应用与发展现状

咸阳师范学院物理与电子工程学院 梅策香 柳 钰 曾利霞

【摘要】可穿戴设备主要功能是对体现穿戴者当前的身体状态的生理参数进行实时采集与统计，通过综合分析来对使用者进行综合的健康监测与运动规划，最终实现人类对自身生理与心理状态的监测与智能调整，其研究将大大促进智能控制技术、医学等学科的发展。随着科技的不断进步和人们对健康的逐渐关注，智能可穿戴产品也渐渐被人们熟知，慢慢地走进了人们的生活。但可穿戴产品在续航能力、数据监测准确度、成本、安全、外观以及可携带性等方面还存在着许多的不足，限制了可穿戴产品的发展和普及。本文首先就可穿戴设备的智能设备形态、可穿戴式设备的分类及相关传感器、通信和电源管理技术进行综合论述，并且就健康监测技术的发展方向和消费需求分析了行业发展瓶颈，最后对可穿戴式设备的发展前景与方向作了展望。【关键词】可穿戴设备；智能；健康监测

1.概述

可穿戴设备的思想和雏形是在二十世纪60年代由美国麻省理工

学院媒体实验室提出，是指采用具有先进的功能、特点的技术[1]制

造的可以佩戴在用户身上的产品和电子设备，可以用来记录整理日

常生活活动或监测保护用户的身体健康状况。可穿戴技术主要探索

和创造能够直接穿在身上、佩戴或镶嵌进用户的衣服或者整合配件

设备中的科学技术[2]。

随着电子产品的飞速发展，各种可穿戴产品也进入了我们的生

活，其中，智能手环和手表等可穿戴产品已经被许多人们熟知。但可

穿戴设备发展还存在许多的瓶颈，如：成本高、电池续航时间短、数

据精度低、不能独立使用、功能不全等。本文利用嵌入式系统对智能

手环进行了优化配置，设计了一款低功耗、高精度的智能手环。

随着可穿戴式技术的发展和进步，未来可穿戴设备将以植入

式、离体式设备为主。未来的可穿戴设备可植入人体，依靠人体自智能手环或手表类型的产品为主[5]，形成这一现象的主要原因是：

（1）终端消费者已习惯使用手表；

（2）智能手表的功能性和便携性更易得到消费者的肯定；

（3）手腕有丰富的动静脉血管，可以监测各类体征如血压、

心率与体温。

所以，大部分的业内人士都把可穿戴设备放在了手腕上。但

是，智能手环没有标准的配件和解决方案，也没有确切的行业标

准。到目前为止，国内还没有形成完整的产业链。而且它设计制造

的难度大于它本身的技术难度，导致产品的质量不能得到保证。

2.2 体征监控类智能手环的基本功能

目前市场上的智能手环价格高低不一，外观外型也不相同，但

是许多基本功能是一样的，主要区别仅在于采集数据的方式和算法

的不同。但是从普遍功能上讲主要有四个主要功能[5]：

（1）计步功能：利用3轴重力加速度仪，检测移动时所造成的

颠簸来计算步数，然后根据一定的原理排除错误的计数从而得到最

终结果。图2.1所示为轴重力加速度仪的震动波峰波谷计数图。

致谢：

本工作为陕西省教育厅科研计划项目（项目编号：15JK1793）资助项目。 图2.1 轴重力加速度仪震动波峰波谷记数图[6]

图2.2 反射式心率测量监控电路功能模块图身的能量运行，而且可以检测人

的心理参数并进行调节[3]。

2.可穿戴设备的发展现状

随着传感器技术的成熟、网

络技术的日益进步以及高性能低功

耗处理芯片的成功研发等，智能穿

戴设备的种类也越来越丰富，功能

也越来越强大，穿戴式智能设备已

经从概念走进人们生活中，并使得

大众可以普遍接触，渗透到了医

疗、健身和娱乐等各个领域。据调

查显示[4]，健康医疗是未来智能穿

戴产品的发展方向。

2.1 可穿戴智能设备的产品形态

目前市场上可穿戴智能产品以DOI:10.19353/j.cnki.dzsj.20161019.002• 9 •ELECTRONICS WORLD・探索与观察

（2）心率监测：使用反射型光电传感器，采集光电信号来监

测计算脉搏血容量的变化，然后根据血液内物质的吸光度与浓度成

正比的关系，计算反应出人体心率的基本参数，图2.2为心率测量

监控电路的功能模块图。

（3）体温检测：利用热敏电阻把温度的变化转换为阻值的变

化，再用相应的测量电路把阻值转换成电压，然后把电压值转换为

数字信号，再对数字信号进行相应的处理可得到温度值。图2.3所

示为体温监测电路的功能模块图。

（4）能量消耗、睡眠监测：传感器通过接触手腕，监测人的

动作、心率状况和体动频率，计算获知受测者的睡眠状况与能量消

耗，不同的产品的算法不同。

2.3 可穿戴设备产业发展存在的瓶颈

（1）价格昂贵，虽然现在有许多的智能手环价格低廉，但功

能单一，监测敏感度和准确度很低，而一些功能强大的可穿戴设备

往往都价格昂；

（2）电池续航时间短，待机时间短不止体现在可穿戴设备

上，它是所有智能设备的软肋，目前还没有有效的技术在根本上解

决这一难题；

（3）适配性不好，不能独立使用或功能不全，需要与智能手

机或其它智能设备连接，来进行数据的计算与处理；

（4）安全性还有待研究，电子产品在使用中都会产生不利于人们身体健康的电磁辐射，在利用可穿

戴设备进行网路交互时，也会产生电磁

辐射。

（5）产品外观相对单一，用户体验

应当永远处于第一位，现在用户对产品

的外观要求越来越高，但规模相对较小

的科技公司只追求技术和功能，常常忽

略了产品外观的设计。

3.可穿戴式设备的分类

可穿戴式设备的种类繁多，可以按

照多种分类方式进行分类。本文根据它

的功能和佩戴的位置对它进行了分类[7]。

3.1 按功能分类

图3.1所示是可穿戴式设备按照功能分类

的扇形分布图。从图中我们可以看出，目前

的可穿戴式设备主要应用于医疗健康和运动

健身领域。利用能够监测心电信号的可穿戴

式设备监测用户在走路、跑步等活动中的心

脏情况，可以预防心脏疾病。通过可穿戴传

感器检测用户在运动时心率的变化、运动行

走的步数以计算用户消耗的热量和卡路里，

从而评估用户的身体健康水平，并且为用户

量身制定一套合理的健身计划。

3.2 按佩戴位置分类

图2.3 体温监控电路功能模块图

图3.2 可穿戴式设备按照位置分类细分图图3.1 可穿戴式设备按照功能分类细分图

图3.2为将可穿戴式设备按照佩戴位置分类的扇形图。如图3.3所

示，可穿戴式设备可以是穿戴在头、颈、手臂、手腕或手指的电子产

品，也可以是镶嵌于衣服或鞋的电子设备[8]。从图中可以看出，可穿

戴式设备主要佩戴在手腕处。主要是由于人们习惯了戴手镯或手表，而且手腕处的可穿戴式设备具有便携、功耗低以及体积小等特点。

图3.3 佩戴于不同位置的可穿戴式设备

4.可穿戴式设备的相关技术可穿戴式设备的主要技术有传感技术、无线通信技术、电源管• 10 •ELECTRONICS WORLD・探索与观察

理技术等，下面将对这些技术分别进行介绍。

4.1 传感技术

可穿戴式设备的核心是传感器。主要分为生物传感器、运动传感

器和环境传感器[7]，随着传感技术由嵌入式技术向微机电系统技术发

展，传感材料逐渐由半导体材料向纳米、纳米硅材料过渡，传感器逐

渐趋于微型化和智能化，从而促进可穿戴式设备逐渐向植入式发展。

4.1.1 运动传感器

运动传感器包含有加速度传感器、地磁传感器、陀螺仪、大

气压传感器等。它早已普遍地应用于各种可穿戴式设备和智能手机

中，以实现：①检测横竖屏；②计步器；③双击应用（智能手机双

击唤醒屏幕；智能手环或手表双击启动应用程序）；④震动检测；

⑤手势识别等。

4.1.2 生物传感器

生物传感器主要有心率传感器、血压传感器、血糖传感器、体

温传感器等，用于采集人体生理信号，主要实现用户身体状况、病

情的监测并及时报警，降低用户患病的概率。

4.1.3 环境传感器

环境传感器主要包括气压传感器、温度传感器、湿度传感器、

紫外线传感器、pH值传感器、环境光传感器、颗粒传感器等。

4.2 无线通信技术

目前，可穿戴式设备中使用较多的无线通信技术[8]有：蓝牙、WIFI、ZigBee、NFC等。同时，可穿戴式设备使用的无线通信技术需

要满足以下要求：体积小，灵活性高，组网方便，功耗低，辐射低，

抗干扰能力强，安全性高等。根据可穿戴式设备所要实现的功能不同，可选择不同的无线通信技术，或将几种无线通信技术结合使用。

图4.1 具有发电和储能功能的自充电衣

4.3 电源管理技术

受体积和充电时间的限制，电池是制约可穿戴式设备发展的一

大瓶颈[7,9]，产品的待机使用时长差会使用户的体验较差。当前主

流的可穿戴式设备的电池有两种，一种是需要使用者经常更换的高

容量和高密度的一次性锂电池，这种电池电池的生产成低本；另一

种是可以充电重复使用的电池，但储电量较低。

另外，可穿戴式设备电池的充电方式除了传统的USB充电外，无线充电和能量采集充电也是当前备受关注的充电方式。无线充电

是通过充电器与设备之间的电感耦合传送能量，实现设备充电；能

量采集充电是指采集设备周围的能量并转换为可以采用或储存的

电能，利用这项技术可以随时随地为可穿戴式设备充电。相信随着

可弯曲电池的发展，很多充电方式将成为可能，而且具有合适的尺

寸、足够长的续航时间、便捷的充电方式的电池将会在可穿戴式设

备中使用。目前已经开发研究出了具有发电和储能功能的自充电织

物，可以编织进毛衣、外套或者裤子等服饰。如图4.1所示，这种

能源衣不仅穿戴舒适，而且可以弯曲。

5.需求与前景

据中国产业调研网发布的2016-2020年中国可穿戴设备市场深

度调查分析及发展趋势研究报告显示，预计在未来几年中可穿戴设

备行业的技术突破点与投资亮点将集中在以下三方面：

（1）健康、运动及医疗产品。随着国民整体生活水平不断提

高，对个人健康日益关注，健康、运动与医疗市场需求大增，可穿

戴设备产品将可从中分羹，这是行业发展的市场需求与方向。

（2）当前消费群体的偏向性主要集中在男性。一份调查显

示，85%的智能硬件消费者为男性，女性对外观设计有高要求，因

此早期难以成为行业目标受众，这也是行业平均水平限制。未来运

动手环、智能皮带有较高市场潜力，同时具有优美外观与质感的产

品也会吸引相当数量的女性消费群体。

（3）能源问题的突破。众所周知， 电池续航段是可穿戴设备

产品一大痛点，电池续航与体积密切相关，而可穿戴设备产品往往

被要求做小体积，这就使得续航与产品外观之间形成了矛盾。因此

未来搭载高性能可弯曲的薄膜电池的产品能受到市场青睐。

参考文献

[1]孔彬.智能终端,决战网络“硬入口”[J].中国数字电视,2013(10):58-62.

[2]王璐.情境中的智能设备用户体验——以可穿戴设备为例[J].

大众文艺,2014(23):101-102.

[3]苌飞霸,尹军,张和华,颜乐先,李姝颖,周德强.可穿戴式健康监

测系统研究与展望[J].中国医疗器械杂志,2015,39(1):40-43.

[4]毛彤,周开宇.可穿戴设备综合分析及建议[J].电信科学,2014(10):

134-142.

[5]马凯.可穿戴体征监控设备工业实现研究[D].苏州:苏州大学,2015.

[6]赵晗.现代无线通信技术的发展现状及未来发展趋势[J].企业

技术开发,2011,30(16):88.

[7]蒋小梅,张俊然,赵斌,陈富琴.可穿戴式设备分类及其相关技术

进展[J].生物医学工程学杂志,2016,33(1):43-46.

[8]李永斌.可穿戴式智能血氧运动指环设计与研究[D].广州:华

南理工大学,2015.

[9]RICE J,WATERS T,KRAJCOVIC J.Wearable power management system:U.S.Patent 8,796,888[P].2014-08-05.

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可穿戴智能设备在健康监测中的应用

可穿戴智能设备在健康监测中的应用

可穿戴智能设备在健康监测中的应用

近年来，随着人们对健康的关注程度提高，可穿戴智能设备逐渐成为了大众的新宠。它不仅可以记录我们平时的运动量、睡眠情况等，还可以进行心率监测、血氧监测等功能。因此，它在健康监测中的应用也越来越广泛。

一、可穿戴智能设备介绍

首先，我们来介绍一下可穿戴智能设备。它是一种可以佩戴在身上的智能设备，一般包括手环、手表、智能眼镜等。它可以连接到我们的手机或电脑上，通过APP或软件来显示我们的身体数据。其中，手环适合记录我们的运动情况，手表一般更适合进行心率和血压监测。

二、可穿戴智能设备在健康监测中的应用

1.运动监测

我们知道，适当的运动可以帮助我们保持身体健康，可穿戴智能设备在这方面起到了很好的作用。手环、手表等设备可以通过内置的运动传感器记录我们的运动情况，比如步数、跑步距离、运动时间等。并且，一些设备还能在我们运动时提醒我们，比如快走时提醒我们加快步伐。

2.睡眠监测

睡眠是我们身体的基本需求，缺乏良好的睡眠会影响我们的身体状态。通过可穿戴智能设备进行睡眠监测，我们可以了解自己的睡眠状况。一般来说，手环或智能手表可以通过感应我们的运动状态来判断我们的睡眠状态，如轻度睡眠、深度睡眠和清醒状态等。通过这些数据，我们可以了解我们的睡眠质量，调整自己的睡眠习惯。

3.心率监测 心率是体内的一种重要指标，能够很好地反映出我们的身体状态。通过可穿戴智能设备进行心率监测，可以实时了解我们的心率变化。对于一些心跳不齐的人群尤其重要，因为可以及时预测和发现异常情况，以避免发生意外。

4.血氧监测

血氧是人体的一种指标，通过血氧值我们能够了解到我们的身体状态。如果血氧过低，说明我们的身体没有得到充分的供氧，这样很容易导致一些疾病的发生。通过可穿戴智能设备进行血氧监测，我们可以实时了解我们的血氧水平，及时发现异常。

三、结语

总之，可穿戴智能设备在健康监测中的应用非常广泛。通过这些设备，我们可以了解自己的身体状况，及时调整自己的生活方式和习惯，从而预防疾病的发生。当然，可穿戴智能设备也有一些限制，它只能提供一些初步的监测数据，对于复杂疾病的诊断和治疗并不足够。因此，我们要做好个体化的监测，以便更好地为我们的身体健康护航。

可穿戴设备在医学监测中的应用与前景

可穿戴设备在医学监测中的应用与前景

可穿戴设备在医学监测中的应用与前景

随着互联网技术的不断进步和发展，可穿戴设备已经成为一种越来越热门的科技产品。它们包括智能手表、智能手环、智能耳机等等，这些设备通过内置的各种传感器来收集用户相关数据。

而随着这些设备的推出，我们也看到了它们在医学监测领域中的应用越来越广泛。医生可以利用这些设备来监测患者的健康状况，从而及时进行诊治和疗养。在接下来的文章中，我们将详细介绍可穿戴设备在医学监测中的应用和前景。

一、可穿戴设备在医学监测中的应用

1. 患者健康监测

对于患有心脏病、糖尿病等慢性疾病的患者，定期的身体健康监测非常重要。而传统的身体健康监测方法需要患者前往医院接受监测，往往会造成不便和浪费。而通过使用可穿戴设备，医生可以及时获得患者的身体状况，因此，医生只需要在患者出现健康问题的情况下调整患者的治疗方案。

2. 婴儿监测

在医学监测领域，可穿戴设备还可以用于婴儿健康监测。很多新生儿出生后会有呼吸困难等健康问题，有些甚至会导致危险，婴儿监测设备可以远程监测婴儿的身体状况，使父母能够及时发现问题并进行解决。

3. 老年人监测

老年人是一个特殊的群体，他们需要更加细致的监测。通过使用可穿戴设备，医生能够及时掌握老年人的身体状况，发现潜在问题，以及相应建议老年人做出改变。

4. 运动创伤监测

在运动中，人们常常会受到各种创伤的伤害，而这往往需要及时处理。通过可穿戴设备，可以实时监测运动员在运动中受到不同程度的伤害，从而及时进行处理。

二、使用可穿戴设备监测身体健康有哪些好处？

对于患者而言，可穿戴设备可以使他们更加轻松地监测自己的身体健康。他们可以通过设备进行定期的监测，获取自己健康数据，而不需要去医院消耗时间和成本。

对于医生而言，他们可以通过可穿戴设备及时掌握患者的身体健康状况，从而制定更好的治疗方案。

同时，可穿戴设备还可以对于年轻人的身体健康产生积极的影响。因为年轻人的生活习惯和环境决定着他们容易患某些疾病。而通过可穿戴设备监测身体健康，年轻人可以更加细致地观察自己的身体状况，采取更加健康的生活方式。

可穿戴设备在健康监测中的创新应用

可穿戴设备在健康监测中的创新应用

可穿戴设备在健康监测中的创新应用

在当今科技飞速发展的时代，可穿戴设备已经逐渐成为我们日常生活中不可或缺的一部分。这些小巧而智能的设备，不仅能够为我们提供便捷的通讯和娱乐功能，更在健康监测领域展现出了令人瞩目的创新应用，为人们的健康管理带来了前所未有的变革。

可穿戴设备的种类繁多，包括智能手表、手环、智能眼镜、智能服装等等。它们通过内置的各种传感器和先进的技术，能够实时监测我们的身体数据，如心率、血压、血氧饱和度、睡眠质量、运动步数等。这些数据对于我们了解自己的身体状况、预防疾病以及制定合理的健康计划都具有重要的意义。

以智能手表为例，它可以通过光学传感器实时监测心率的变化。当我们进行运动时，手表能够准确地记录我们的心率峰值和平均心率，帮助我们掌握运动强度，避免过度运动对身体造成损伤。同时，对于患有心血管疾病的人群来说，持续监测心率的变化可以及时发现异常情况，为医生的诊断和治疗提供重要的参考依据。

除了心率监测，血压监测也是可穿戴设备的一项重要功能。传统的血压测量需要使用血压计，操作相对复杂，而且无法实现实时监测。而一些新型的可穿戴设备，如智能手环，可以通过光电传感器和压力传感器相结合的方式，实现对血压的连续监测。用户只需佩戴手环，就能够随时随地了解自己的血压变化情况，这对于高血压患者的日常管理和病情控制非常有帮助。 血氧饱和度是反映人体呼吸系统和血液循环功能的重要指标。在新冠疫情期间，血氧饱和度的监测受到了广泛的关注。许多可穿戴设备都具备了血氧饱和度监测的功能，能够帮助用户及时发现潜在的呼吸问题。特别是对于患有呼吸系统疾病或者在高海拔地区活动的人群来说，血氧饱和度的监测可以为他们的健康提供重要的保障。

睡眠质量对于我们的身心健康至关重要。可穿戴设备可以通过监测我们的睡眠时长、深度睡眠时间、浅度睡眠时间以及睡眠中的动作等数据，为我们提供详细的睡眠分析报告。用户可以根据这些报告了解自己的睡眠状况，调整生活习惯和作息时间，改善睡眠质量。

可穿戴设备在医疗健康监测中的应用研究

可穿戴设备在医疗健康监测中的应用研究

可穿戴设备在医疗健康监测中的应用研究

随着科技的快速发展，可穿戴设备在医疗健康监测领域中的应用越来越受到关注。这些设备具备便捷、实时的特点，可以监测与记录个体的健康数据，为医疗专业人员提供更准确的信息，以提高疾病预防与管理的效果。本文将探讨可穿戴设备在医疗健康监测中的应用研究，并分析其优势和挑战。

可穿戴设备是一类通过佩戴在身体上的电子设备，如手表、智能眼镜、健康监测腕带等。它们通过传感器采集人体数据，如心率、血压、体温、步数等，然后将数据传送给使用者或医护人员进行分析和处理。因此，可穿戴设备在医疗健康监测中具有广泛的应用前景。

首先，可穿戴设备的应用使得医疗健康监测更加便捷。传统的健康监测需要患者前往医疗机构，通过多次测试和准备来检测其健康状况。然而，可穿戴设备能够将这些监测过程变得简单易行，使用者只需将设备佩戴在身上，便能自动获取相关健康数据，无需额外操作。这种便捷性不仅可以提高使用者的生活质量，还可以节省医疗资源的使用，并降低医疗费用。 其次，可穿戴设备在医疗健康监测中的应用为疾病预防和管理提供了更准确的数据支持。通过传感器对个体的生理指标进行实时监测，可以准确了解个体的健康状况并及时发现潜在问题。例如，可穿戴心率监测设备可以监测患者的心率变化，及时发现心律失常或其他心血管疾病的风险。这种准确的数据支持使得医疗专业人员能够更加精确地制定预防和治疗方案，提高疾病管理的效果。

此外，可穿戴设备的应用还可以促进个体的主动参与和健康管理。由于传感器实时监测个体的健康指标，使用者能够清楚地了解自己的健康状况，从而促使其主动采取健康行为。通过与健康应用程序结合，可穿戴设备还可以提供健康建议和目标设定，帮助个体管理自己的健康状况。这种个体主动参与的健康管理模式有助于提高人们对自己健康的关注，并对疾病的预防和管理产生积极的影响。

然而，可穿戴设备在医疗健康监测中的应用也面临一些挑战。首先是数据隐私和安全问题。由于可穿戴设备获取的是个人健康数据，如心率、睡眠等信息，因此，保护数据的安全和隐私成为了一个重要的问题。设备制造商和医疗机构都需要采取措施来防止数据泄露和滥用，并确保数据受到充分的保护。其次，设备的精度和可靠性也是一个关键因素。不准确的数据可能会导致误诊和错误的健康建议，因此，设备的性能和测试的可靠性需要不断提高。最后，可穿戴设备的使用者体验也是一个重要的考虑因素。设备佩戴的舒适性、易用性和耐用性会影响使用者对设备的满意度和长期使用的意愿。