傳感器和數(shù)字技術(shù)的進步如何幫助改善患者護理

一種使用便攜式或可穿戴監(jiān)測設(shè)備和護理點醫(yī)療設(shè)備的新方法有望改善患者的治療效果，并幫助減輕公共醫(yī)療機構(gòu)承受的壓力。

在引發(fā)新冠肺炎的SARS-CoV-2病毒出現(xiàn)之前，醫(yī)療保健的提供方式已經(jīng)出現(xiàn)大規(guī)模轉(zhuǎn)變，為醫(yī)療創(chuàng)新注入了新的動力。2020年新冠疫情爆發(fā)之前，發(fā)達國家的人口老齡化、幾乎無處不在的移動寬帶連接，以及復(fù)雜的傳感技術(shù)的開發(fā)都在推動人們采用更加定制化的數(shù)字或遠程監(jiān)測和診斷方法。隨著新冠肺炎疫情不斷給有限的醫(yī)院設(shè)施帶來壓力，醫(yī)療服務(wù)提供商不斷加快部署新技術(shù)，以在醫(yī)院外進行檢測和監(jiān)護。現(xiàn)在，創(chuàng)新的傳感器不僅使得人們的關(guān)鍵生理體征能夠在家中實施臨床級準確監(jiān)測，而且能夠在護理點實施樣本化驗，無需再將樣本送到遙遠的實驗室中處理，從而更快獲得診斷結(jié)果。

這標志著已沿用幾十年的標準醫(yī)療操作流程被打破。在傳統(tǒng)醫(yī)療模式中，患者只有在癥狀變得明顯時才到醫(yī)院就診，或者是參加常規(guī)的年度體檢。而且一次性的全套檢查結(jié)果會被送到實驗室進行分析，之后才能給出診斷結(jié)果或健康狀況評估結(jié)果。許多情況下，得出診斷結(jié)果時，距離患者首次咨詢已經(jīng)過去很長時間，并且也只是基于患者這一次的檢查得出結(jié)果。

當監(jiān)測生命體征和癥狀所需的尖端設(shè)備稀缺，且只能從醫(yī)院或其他專用醫(yī)療機構(gòu)中獲得時，這種治療方法是有意義的。

新型醫(yī)療傳感技術(shù)的發(fā)展，為完全不同的醫(yī)療理念創(chuàng)造了條件。這種新型患者監(jiān)測方法不是使用醫(yī)院中所用的大型、固定式醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備，而是使用以下這些設(shè)備：

■   小型，甚至是可穿戴的設(shè)備

■   功耗極低，可以使用電池供電的設(shè)備

■   提供精準的臨床級測量結(jié)果

這讓我們能夠在醫(yī)院以外實施醫(yī)療監(jiān)測和檢驗，可以在本地醫(yī)療機構(gòu)（例如GP practices）或患者家中執(zhí)行。為了給患者帶來更大的便利，可穿戴設(shè)備（例如貼片）可以在不顯眼的位置持續(xù)運行，隨時隨地進行全天候監(jiān)測。

在現(xiàn)實生活中監(jiān)測，以獲取更準確地診斷結(jié)果

采用新型遠程監(jiān)測技術(shù)部分原因在于醫(yī)療資源短缺。2020年新冠疫情達到高峰時給醫(yī)院造成了很大壓力，這表明醫(yī)療系統(tǒng)可能很快就無法滿足不斷增長的急性護理服務(wù)需求。因此，將需要監(jiān)測生命體征的患者從醫(yī)院轉(zhuǎn)移到診所或自己家中是一個明智的長期策略。

但同樣重要的是，使用便攜式或可穿戴設(shè)備進行監(jiān)測可以提供更多有用的數(shù)據(jù)，讓患者獲得更好的治療效果。新醫(yī)療監(jiān)測技術(shù)支持更長時間生命體征監(jiān)測，例如心率、心率變異性、血氧飽和度(SpO2)和體溫。通過持續(xù)監(jiān)控，可以發(fā)現(xiàn)疫情的趨勢和模式，這是執(zhí)業(yè)醫(yī)師在為患者提供單次診斷時無法獲知的。人工智能(AI)診斷技術(shù)的并行發(fā)展意味著數(shù)據(jù)流監(jiān)控可以實現(xiàn)自動化。

這種基于人工智能的方法不會讓醫(yī)生被海量數(shù)據(jù)淹沒，而是利用技術(shù)在后臺監(jiān)控生命體征的模式，只在需要醫(yī)生個人干預(yù)時才會發(fā)出信號。通過檢測預(yù)示未來發(fā)病率的前兆信號，患者和醫(yī)生可以共同努力改變藥物、生活方式或飲食，以防出現(xiàn)以前需要到醫(yī)院急診就診的病情。

此外，相比前往人為的、通常充滿壓力的在醫(yī)院病房接受檢查，在家中或護理點進行監(jiān)測可以顯示患者的真實健康狀況。最新的多參數(shù)可穿戴傳感器可以將生命體征與運動、睡眠等其他指標結(jié)合起來，結(jié)合患者的生活方式來分析醫(yī)療數(shù)據(jù)。

半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用的新突破

21世紀，人們開發(fā)出了一系列半導(dǎo)體技術(shù)和計算機科學(xué)成果，在此推動下，這種新患者檢測模式隨之而生。

在光電子領(lǐng)域，已開發(fā)出來的光學(xué)傳感器解決方案可以執(zhí)行光電容積脈搏波(PPG)，利用無創(chuàng)光學(xué)方法來計算心率、呼吸率和SpO2。微型MEMS運動傳感器可以測量患者的活動，例如運動時間和睡眠質(zhì)量，將生命體征與患者的情況結(jié)合起來。

在醫(yī)院里，許多用于監(jiān)測生命體征的設(shè)備體積都很龐大，并且極為耗電。通過在芯片等級實現(xiàn)這種測量能力，ADI等半導(dǎo)體制造商可以生產(chǎn)出能夠貼在皮膚上的醫(yī)療貼片等產(chǎn)品，這種貼片由電池供電，可持續(xù)運行數(shù)天或數(shù)周，同時將測量數(shù)據(jù)無線發(fā)送至智能手機等主機設(shè)備。通過主機，測量數(shù)據(jù)可以安全地上傳到云診斷服務(wù)，由該服務(wù)將原始電信號轉(zhuǎn)換為可操作的醫(yī)療數(shù)據(jù)。

技術(shù)專長與應(yīng)用知識相結(jié)合

能夠描述半導(dǎo)體和計算系統(tǒng)的功能需求，讓患者能夠佩戴智能手表或貼片來監(jiān)測他們的生命體征是一回事，在實際產(chǎn)品中使用采用這些技術(shù)的解決方案又是另一回事。

在ADI，我們認識到我們?yōu)獒t(yī)療保健技術(shù)創(chuàng)新者提供的服務(wù)可能以半導(dǎo)體技術(shù)作為開始，但不能以此結(jié)束。為此，我們將醫(yī)療市場的技術(shù)專家和領(lǐng)域?qū)＜覅R集起來，為客戶提供支持。

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)＜业墓ぷ魇巧钊肓私鈶?yīng)用需求，以及市場的關(guān)鍵屬性，例如管理規(guī)范和數(shù)據(jù)隱私。對于開發(fā)復(fù)雜醫(yī)療產(chǎn)品的客戶，如果他們能夠得到既了解其技術(shù)又了解其應(yīng)用的專家的支持，他們就能夠更快、更自由地進行創(chuàng)新，且更有信心能夠?qū)崿F(xiàn)成功結(jié)果。

在生命體征監(jiān)測領(lǐng)域，這種應(yīng)用專業(yè)知識由開發(fā)平臺提供支持。例如，生命體征監(jiān)測(VSM)研究手表就是一個多參數(shù)開放式開發(fā)平臺。這是一款方便的可穿戴設(shè)備，它采用了一套傳感器，提供一套連續(xù)的生命體征測量結(jié)果，可用于開發(fā)生物醫(yī)療算法。

圖1 由ADI公司創(chuàng)建的VSM研究手表開發(fā)平臺

VSM研究手表采用PPG和ECG來測量心率和心率變異性。MEMS加速度計可以計步，并且可以改善和向?qū)\動偽影敏感的算法提供信息。手表上的傳感器可以測量溫度和阻抗，這些值用于算法中，以監(jiān)測壓力和身體成分。這些功能為醫(yī)療和學(xué)術(shù)機構(gòu)開展的研究提供支持，以評估遠程患者監(jiān)測的新用例。

在醫(yī)院以外對患者實施監(jiān)護的好處顯而易見。利用傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器等精確、低功耗、微型組件，來自ADI的VSM手表和其他這類開發(fā)平臺為創(chuàng)新醫(yī)療設(shè)備制造商奠定了基礎(chǔ)，讓他們可以在此基礎(chǔ)上構(gòu)建未來的監(jiān)測設(shè)備。

作者簡介

Giuseppe Olivadoti于2000年加入ADI公司。在ADI工作期間，他擔任過多個工程、銷售和業(yè)務(wù)領(lǐng)導(dǎo)職位。Giuseppe目前擔任ADI公司數(shù)字醫(yī)療事業(yè)部的營銷和應(yīng)用總監(jiān)。在此之前，他曾擔任歐洲和美洲的銷售領(lǐng)導(dǎo)職位。

Giuseppe擁有東北大學(xué)的電氣工程學(xué)士學(xué)位，以及鳳凰城大學(xué)的工商管理碩士學(xué)位。他目前居住在波士頓地區(qū)。