新保集团杜克-国大精密医学研究所与国家心脏中心的研究组发现,穿戴传感器不只对个人的保健追踪有用,也能加强生物医学的研究,有助于预测心血管病和代谢疾病的发生。

随着新加坡人健康意识的增强,加上医学与数码科技日益进步,人们穿戴传感器如健身追踪器和智能手表已越来越普遍,有些人甚至视之为潮流用品。然而,大部分人是使用传感器来追踪体能活动,有些传感器还能测量所消耗的卡路里、睡眠状况和心跳频率,有助于记录人体的一般健康情况。

除了保健追踪,这些穿戴传感器收集到的数据还有什么用途?

有233名志愿者接受一系列的临床医学检验,也同意穿戴活动追踪器监察所进行的活动和心率。记录显示,穿戴传感器除了能辨识志愿者的独特行为特征,所收集到的休息状态的心脏跳动数据,明显地显示与心血管疾病及代谢疾病的发生风险有关联。休息状态测量到的心率,结合风险标志如高体重指数,大腰围和高总胆固醇及其他元素,比起记录活动的数据,确认是比较好的预测患上心血管病和代谢疾病风险的根据。

辨识“运动员心脏”

要特别一提的是:穿戴传感器收集到的活动数据,能用来辨识经常运动者是否有患上心脏扩大的风险,这种病也称为“运动员心脏”。

一般以为,只有参加竞技的运动员才受影响,心脏会扩大来应付运动时需要吸入更多氧气的需求。从穿戴传感器取得的活动数据,可能有助于医生辨识哪些人更容易因为运动而心脏扩大。这类病人在诊所检查时被误诊的概率将增加,医生没办法及时发现潜在的心脏病。

研究也显示,穿戴传感器取得的数据,能预测神经酰胺血脂的流通水平,这种血脂与肥胖、糖尿病和心脏病都有关连。运动活跃的志愿者与少活动的志愿者比较,他们体内的神经酰胺流通水平较低。

要取得这样的结论,研究工作者须研究生活方式与血脂的互动关系,研究方法包括制定全面的问卷调查或进行多项昂贵的实验。

研究显示,活动数据能协助确定心血管病和代谢疾病的风险指标。由于有了穿戴传感器,活动数据随时可收集到,未来的研究甚至还可以使用公众捐赠的穿戴传感器数据。

新加坡国家心脏中心心内科高级顾问医生杨孔健副教授说:“我们的研究显示,穿戴传感器未来能对心脏病诊断扮演一个角色。我们希望还能进一步扩大其作用。未来几年,研究组计划在心脏病病人当中深入检验穿戴传感器的数据。”

(本文取材自新加坡国家心脏中心出版的《MURMURS》2018年1-4月号)

知多一点点

传感器日益受欢迎

要确定健康状态,需要监控及测量身体的大部分基本功能。

在监测仪器问世之前,人们都通过可视化指标来了解基本健康信息,诸如我们身体的温度应当是多少,健康的脉搏应是怎样,以及可接受的呼吸速率该为多少等。

现今,随着人口老龄化日益严重,越来越多的人需要某种可便携的健康监控系统,其采取的设备形式可具有定时给药、刺激心脏,或者测量血糖水平以及注射胰岛素等功能。

医疗与健身传感器技术,无论是接触式和非接触式,还是放置在皮肤上、皮下或者体内,目前或不久即可供设计工程师采用。

最简单的传感器形式是变送器,两种不同物质彼此接触就可构成。 实际的传感器元件可制成小型离散式引线型元件,或者作为探头或者电极组件的一部分。它们可细微到类似发丝的电线,并能真正地自身生电。 热电偶是产生电压传感器的典型代表,通过异种金属基于温度产生电压。

当受到冲击或者振动时,传感器可以充分利用压电效应,从微小的可嵌入传感器生成能量。以足球运动员为例,一个小型非侵入式的骨骼传感器,就可即时指示是否已累积了过多的物理创伤,从而防止创伤转化为更严重的伤害。

传感器小型化

压电传感器的小型化,意味着可以将它们编入纺织品、绷带或者衣物中。片式传感器便具有柔性且可折叠,并可切割成非常具体的形状。例如鞋垫可确定在下台阶时是否产生了过大压力,用以帮助诊断背部或者关节问题。

研究人员和制造商正在制作各种适用于大众的、可穿戴式医疗和健身设备。据报道,医学界正在开发下一代能够测量能量利用、心率和变异性、衰减、皮肤温度和 EEG/EKG 信号等设备。这类即剥即贴传感器,类似一次性贴片,可以与集线器或者路由器无线通信,执行必要的处理或者将数据传递到云端或医疗监测服务系统。也可与本地智能手机结合使用。

受访专家
杨孔健副教授
心内科高级顾问
新加坡国家心脏中心

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