一項為期十年、致力于整合腕戴式穿戴設(shè)備、胸腔貼片與手持式呼吸分析器的長期研究計劃即將開花結(jié)果。參與這項研究計劃的研究人員多達40人，他們必須同時監(jiān)測病人的健康情況與環(huán)境。
這款可穿戴健康和環(huán)境追蹤器(HET)的目標在于進行預(yù)測(例如突如其來的氣喘發(fā)作)，以及建議可能夠阻止該事件發(fā)生所采取的行動。研究人員希望，經(jīng)由這種由患者自身能量采集而供電且布滿傳感器的穿戴式設(shè)備，最終能夠解決大部份的慢性病問題。為了克服這些挑戰(zhàn)，美國國家科學(xué)基金會(NSF)提供高達4萬美元贊助這項整合傳感器與技術(shù)的先進自供電系統(tǒng)(Assist)研究。
text in italic 該三件式傳感器組原型連接在一起，可環(huán)繞在患者的手腕上，為其監(jiān)測運動、心率、呼吸率、血氧量、皮膚阻抗以及氣喘肺音監(jiān)測等。（來源：NCSU）
“這項NSF Assist是由患者身體所采集的能量而供電的，并可用于監(jiān)測其健康與環(huán)境，”美國北卡羅萊納州立大學(xué)(NCSU)教授兼首席研究員Alper Bozkurt表示，他并指出，該研究大部份都由該校博士候選人James Dieffenderfer進行，以實現(xiàn)這款HET。
健康和環(huán)境追蹤器(HET)胸腔貼片的首款原型相當(dāng)龐大且厚重，較輕巧的可商用化產(chǎn)品最終將在2020年實現(xiàn)。（來源：NCSU）
這項為期十年的HET開發(fā)計劃，如今已進展至第四個年頭了，研究人員最近展示其首款可用的原型，并計劃在今年底展開氣喘的人體試驗。這項研究工作一直是在美國國家科學(xué)基金會的ASSIST納米系統(tǒng)工程研究中心(位于北卡羅萊納州立大學(xué))進行。
“我們正與北卡羅萊納州立大學(xué)的研究伙伴們合作，首先針對氣喘發(fā)作進行研究，”Bozlurt說，“美國國家環(huán)境保護局(Environmental Protection Agency；EPA)告訴我們必須監(jiān)控的正確健身與環(huán)境參數(shù)，才能有效預(yù)期并掌握氣喘發(fā)作情況。”
因此，Bozlurt、Dieffenderfer和其他研究人員們逐一區(qū)隔出腕戴式傳感器中樞、胸腔貼片以及手持式呼吸分析器之間的不同功能，讓腕帶主要專注于環(huán)境因素，如監(jiān)測空氣中的揮發(fā)性有機化合物與臭氧，以及環(huán)境濕度與溫度(腕帶還包括可監(jiān)測動作、心率與血氧濃度的傳感器)，然后以無線方式將所收集的數(shù)據(jù)傳送給醫(yī)護人員。胸腔貼片中包括可追蹤患者運動、心率與呼吸率、血氧量、皮膚阻抗與氣喘肺音的傳感器。而手持式呼吸分析儀(又稱為肺活量計)則用于測量肺功能。
一旦可在臨床試驗期間確定即將出現(xiàn)氣喘發(fā)作的情況，那么就能成功實現(xiàn)一款低成本的專用版追蹤器。同時，每個患者受到誘發(fā)導(dǎo)致氣喘發(fā)作的情況不同，因此也能開發(fā)出個人化的版本。研究人員的最初試驗是與業(yè)界合作伙伴在控制的環(huán)境下進行，期望未來能進一步將這項技術(shù)導(dǎo)入產(chǎn)品中。
北卡羅萊納州立大學(xué)研究人員James Dieffenderfer (左)與Eric Beppler共同開發(fā)健康與環(huán)境追蹤器(HET)腕帶（來源：NCSU）
“目前還沒有一款小尺寸且功能全面的系統(tǒng)能進行這樣的研究，”Bozkurt說，“我們的目標在于找到一種適用于所有人的普遍刺激，但這還需要進行一些驗證。”
當(dāng)計劃剛開始時，研究人員們試圖用現(xiàn)有的組件進行測試，但很快地就發(fā)現(xiàn)無法符合自供電能量采集設(shè)備低于1mW的能量預(yù)算要求，因而必須開發(fā)新的傳感器類型。
事實上，這項計劃已經(jīng)由于其能量采集肺活量計采用以患者呼吸驅(qū)動微型發(fā)電器供電而獲得了“醫(yī)藥與創(chuàng)新技術(shù)獎”了，并得到15萬美元的獎金，讓Dieffenderfer用于開發(fā)與銷售這款采集健康設(shè)備。
這項人體試驗將從今年開始，目標是在2020年左右開發(fā)出完整的自供電商用設(shè)備。該系統(tǒng)將從可穿戴式健康監(jiān)測器傳送資至用戶的智能手機，因而能傳送給醫(yī)生，以及現(xiàn)場評估，以便在氣喘發(fā)作或健康亮起紅燈以前為患者發(fā)出警告與提供因應(yīng)策略。
這項“為慢性呼吸道疾病連續(xù)監(jiān)測環(huán)境與健康的低功耗可穿戴式系統(tǒng)”(Low Power Wearable Systems for Continuous Monitoring of Environment and Health for Chronic Respiratory Disease)的研究細節(jié)已發(fā)表于IEEE《生物醫(yī)學(xué)與健康信息期刊》(Journal of Biomedical and Health Informatics)中。
參與這項研究的其他研究人員還括北卡羅萊納州立大學(xué)教授Henry Goodello、大學(xué)部研究人員Brinnae Bent；北卡羅萊納大學(xué)(University of North Carolina；UNC)教授Veena Misra、Omer Oralkan與Yong Zhu，以及博士后研究助理Bongmook Lee、博士候選人Steven Mills、Michael McKnight、Shanshan Yao、ason Strohmaier、John Muth、Alper Bozkurt與Feiyan Lin，以及大學(xué)部研究人員Eric Beppler與醫(yī)師David Peden等人。
