韓世鵬 Olatunji Mumini Omisore 王磊
中國科學院深圳先進技術研究院
2800億——據美國消費電子協會（CEA）和美國電子電氣工程師協會（IEEE）報告，預計2022年，全球可穿戴設備的全年銷售額將達到2800億人民幣。
600億——據全球移動通信系統（GSM）對移動醫療行業的測算標準，預計2022年中國可穿戴設備市場銷售額可達到600億元人民幣。
人體健康信息的監測、獲取、處理是衡量個人健康狀態最直接的方法，也是有效預防疾病威脅的重要手段。穿戴式人體傳感器網絡技術，是涉及可穿戴、微機電、生物醫學電子等多學科的交叉技術，可實現健康全過程的跟蹤與智能服務，對人體信息的動態監測和疾病預防具有重大意義。
可穿戴醫療健康服務前景如何？
智慧醫療、移動醫療、遠程醫療、家庭醫療、社區公益醫療都在催促著醫療市場快速發展，穿戴式人體傳感器網絡技術作為突破醫療健康檢測設備和人體健康信息監測的攻堅技術，具有很大的研究價值和醫療需求。
針對可穿戴醫療健康服務的人體傳感器網絡技術服務呈現出3個特點。（微信號：中國科學院院刊）
基礎醫療電子產品市場競爭更加激烈
隨著中國、印度、俄羅斯、巴西、墨西哥等新興國家經濟的起飛，醫療技術的發展使醫療電子設備的主要功能從診斷治療轉向保健，並逐漸向基層普及。
這些新興市場需要更加實用的醫療器械新產品——從最普通的電子測步表、電子血壓表、電子血糖儀、電子按摩儀、電子疼痛治療儀到價格相對較高的家用製氧機等大眾醫療電子產品。
隨著國際醫療電子巨頭在高端市場不斷收緊並向相對低端的基礎市場延伸，以及我國醫療電子設備研發技術水平的提升，在上述領域國內外企業的市場競爭將更加激烈。
高端與低端醫療設備國產化進程繼續加速推進
近年來，我國啟動優秀國產設備產品的遴選工作，越來越多的醫院開始使用國產醫療設備，這促進了我國醫療電子行業的發展。
上海聯影一體化CT-linac
一批國內優秀的醫療電子企業，如邁瑞、上海聯影、萬東醫療、東軟醫療、深圳理邦、深圳安科等迎來發展良機，在政府相關政策與財政支持下，必定會在未來幾年將一批先進技術水平的醫療設備進行產業化。
上海聯影一體化CT-linac 器官自動勾勒
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移動醫療等成為未來新型醫療模式
智慧醫療、移動醫療、遠程醫療、家庭醫療和社區公益醫療是未來醫療行業發展的大趨勢，它們將改變傳統就醫保健的方式，同時節省醫療資源，有效解決我國醫療管理系統不完善、醫療成本高、覆蓋面窄等問題。
醫療電子產品的使用已不再侷限於傳統的專業醫療機構，家庭護理方面的應用需求正在急速擴張，而應用場合的轉移對醫療電子產品的小型化、便攜化提出了更高的要求。
隨著全社會信息化程度的提高，醫療電子向網絡化、遠程化、無線化方向發展。未來移動醫療將逐漸滲入市民生活，市民就醫從掛號到治療都會實現網絡互連，這可大幅降低患者和醫院的時間成本，提高診治效率，確保醫療服務資源的最優整合和協同效應。（微信號：中國科學院院刊）
穿戴式設備有哪些研究熱點
近年來，醫療健康服務發展如火如荼，尤其以穿戴式人體傳感器網絡技術為核心的柔性穿戴式醫療設備創制是一個極具挑戰性的研究領域，涉及“核心部件—柔性集成—醫學智能—創新應用”等方面的研究工作，現階段的研究熱點主要包括。
01 生物監測
研發半導體納米材料的高性能微納傳感器、可穿戴活性傳感器、碳納米材料超薄膜和具有仿生功能的電子皮膚、電子織物等核心器件；（微信號：中國科學院院刊）
02 生化傳感器
研發高結晶度、高縱橫比的納米纖維素生物膜基底的表皮生化傳感器，以及採用聚酰亞胺和硬質玻璃作為襯底基板，金和氧化鋅作為傳感電極，設計靈活可穿戴的汗液傳感器，用來監測酒精濃度；
03 柔性集成
基於仿生微納加工、低功耗集成電路（IC）設計與高密度封裝技術，開發高可靠性的硬件系統。
04 人體數據通信
研究人體近端信息交互原理及信息安全理論，實現高能效人體近端通信。
05 健康狀態辨識
研究適用於穿戴式生命健康數據集的機器學習方法，以及與生物信息大數據的融合技術。
06 系統供能
研究納米發電機、柔性光能材料和基於溫度梯度的能量蒐集方法，開發原理樣機。
07 醫療健康應用
探索穿戴式醫療設備與時尚、創新設計的融合，行業、團體標準及商業模式的設立，以及柔性可穿戴醫療康復機器人等新應用。
哪些因素在制約向大眾的推廣？
樣機系統動態監測效果不佳，不實用
在生物檢測與傳感部分，對材料創新、可獲取的體徵參數的種類和新參數的研究較多，但是對柔性傳感器的接口電路、符合人體生理學和工效學的傳感器優化設計的研究較少，導致樣機系統在動態連續檢測時的效果變差，很多傳感器不能實用。
系統柔性不理想
現有研究對傳感器、IC芯片、電子電路等所有模塊的柔性集成的研究較少。因此，雖然傳感器是高度可柔的，但整個系統的柔性較差或幾乎沒有柔性，使得以人體傳感器網絡為核心的柔性穿戴式醫療設備的稱謂“名不符實”，也導致連續檢測期間運動偽差的增大和穿戴舒適性的降低。
與實際需求匹配欠缺
對柔性系統進行原理驗證的探索研究比較多，但與具體醫療健康需求相結合的應用研究比較欠缺。
這3個問題嚴重製約了以人體傳感器網絡為核心的柔性穿戴式醫療設備真正被作為今後基層醫療、移動醫療的技術手段面向大眾的推廣。如何克服和解決這些問題，是該領域內具有挑戰性和重要性的一項前沿課題。（微信號：中國科學院院刊）
對未來研究中關鍵問題的思考
基於人體傳感器網絡技術的穿戴式醫療設備，必須考慮“人-機-環境”三者之間的關係。
充分考慮環境與人體的“變”與“動”
如何充分考慮環境與人體的“變”與“動”來優化核心模塊的可靠性是一個關鍵科學問題。穿戴設備所處的環境多變，人體自身也基本處於運動狀態，確保柔性設備總體性能的穩定、核心模塊的可靠，是非常重要的。
此外，若是可以充分利用這種“變”與“動”，建立理論模型，進而研究自適應的可靠性提升策略，可為柔性可穿戴醫療設備的實際應用打下理論基礎。
提高柔性設備的信號採集精度
如何在深入理解人體健康信息的基礎上提高柔性可穿戴醫療設備的信號採集精度是另一個關鍵科學問題。柔性設備與人體的頻繁接觸不可避免，電極部分更是要受到人體穿戴部位的結構、機械性能的影響，信號互擾很嚴重。
如何結合人體生理學與工效學，增加柔性設備貼附性、增加信號提取的“效率”，至關重要。同時，人體是一個綜合的整體，如何通過體表多參數提取的有效組合，彌補單個傳感器的檢測精度的不足，也具有重要的理論意義和實際應用價值。（微信號：中國科學院院刊）
韓世鵬 中科院深圳先進技術院研究助理。主要從事柔性傳感器和醫用機器人等方面研究。參與國家自然科學基金、中科院重點部署等科研項目。
王 磊 中科院深圳先進技術研究院醫工所副所長、微創中心主任、院紀委委員, 研究員。榮獲中科院"百人計劃"、中科院王寬誠率先人才計劃、廣東省科技創新領軍人才、深圳市政府特殊津貼等多種榮譽。主要從事人體傳感器網絡(BSN)技術、可穿戴技術及醫用機器人等方面的研究, 主持和參與了國家自然科學基金、國家科技重大專項、國家"863"計劃等重大科研項目。
文章節選改編自：
韓世鵬, Olatunji Mumini Omisore, 王磊. 關於穿戴式人體傳感器網絡的研究思考. 中國科學院院刊, 2017, 32(12): 1322-1329
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