1.前言
20 世纪 90 年代由微型生物传感设备、智能纺织品、微电子工程和无线通信技术推动产生的移动健康监护系统，以其具有的数据通信、随时随地传输音视频信号、监测人体重要生命体征等功能，以及低廉的成本在一定程度上有效地解决了对于老年人和慢性病人的持续的随时随地的健康监护，受到了研究领域和行业的广泛关注。尤其在近几年，从简单的脉搏血氧计到复杂的移动心电图，从指压式测量仪到智能背心，从基于便携式设备到基于手机平台，从简单的体征测量到数据采集分析和决策支持，移动健康监护系统的研究正在飞速发展。本文旨在通过对移动健康监护系统的源起、基本原理、主要服务和产品进行研究，发现当前移动健康系统存在的问题以及未来的发展趋势，提升移动健康监护系统的性能，更好地满足用户的需求。
2.移动健康监护系统简介
人体基本生理信号（如心跳、呼吸、体温、脉搏等）的低负荷、长时间、连续动态监测技术是家庭和社区医疗中的一类关键技术，而移动健康监护系统就是使用移动计算和无线通信技术实时、连续、长时间的监测这类参数，并将获得的数据传送给医护人员，以供医护人员进行分析，使医护人员能获悉病人的当前状态并做出正确判断，从而对病人做出正确的处理。
移动健康监护系统是移动健康领域设备的一种，移动健康通常是指移动计算处理技术、无线通信和网络技术提供体检、保健、疾病评估、医疗、康复等服务。电子健康是医学信息学、公众卫生和商业交叉的新兴领域，关于通过网络健康服务、传送或加强信息的一系列相关技术。广义来说，电子健康不仅包括技术研发，同时还包括通过使用信息通信技术提升本地、区域或全球范围内的心理状态、思维方式、态度、网络协议、全球性思维等方面的健康关护。Joseph Tan指出移动健康的产生是由于信息通信技术自身由有线向无线的过渡和转换，由电子健康发展而来。从图 1 中，我们可以清楚地看到，随着硬件由最初的小型计算机向手持设备、网络由传统的以太网向 4G 的发展，医疗领域也从最初的病人信息系统项目（即信息通信技术在医疗领域的应用）到基于网络的电子健康管理、临床、财政、决策支持、专家系统和电子护理领域应用，再到移动病人的监护和管理。
图1. 电子健康向移动健康的演化过程
随着电子健康向移动健康的发展，也产生了诸如远程健康、远程病人监护以及移动健康监护系统等新的领域。根据世界卫生组织、Eysenbach、Pravin Pawar等对电子健康、远程医疗、移动健康和移动健康监护系统的定义，笔者认为，远程医疗是电子健康的一部分，因为电子健康同时还包括健康信息网络、电子健康记录等内容 ；远程医疗涉及的内容包括远程医疗会诊、远程医学教育、建立多媒体医疗保健咨询系统等内容，所以，移动健康仅为远程医疗的一种；而移动健康监护系统是移动健康领域的设备之一。
3.移动健康监护系统的基本原理
移动健康监护系统主要由体域网（Body Area Networks，BAN）和后端系统（Back-End System，BESys）组成（如图 3 所示）。
3.1 体域网（Body Area Networks，BAN）
体域网是一个由多个不同功能的传感器和移动基本单元（Mobile Base Unit，MBU）组成的通信设备网络，分布在身体周围，用来采集与健康相关的数据并进行简单的显示、存储和分析处理，从而为用户提供移动健康的服务。
（1） 传感器主要分为穿戴式传感器和植入式传感器两种，主要功能是实时测量和收集人体重要的生理参数，如心率、血压、体温和表温、血氧饱和度、呼吸频率和心电图等。针对不同的生理参数，采用不同的传感器，如血氧饱和度的测定是由血氧探头传感器来获取的，血压值的测量则是通过无袖带测量方法，GPS 系统等。
（2） 移动基本单元（Mobile Base Unit，MBU）是一个宽泛的概念，一般是指应用在 PDA 或智能手机上的功能程序。其主要功能包括以下三个部分 ：① 信号处理传输。传感器通信控制信号单元便捷的聚合处理来自身体各部位的实时生理数据，将数据传输到中心处理单元 ；②信号初步分析处理。中心处理单元拥有巨大数据容量和强大分析能力的服务器群，可提供数据初步分析、处理、挖掘等能力 ；③信号查询和显示。诸如 PDA、智能手机等移动终端通过连接中心处理单元接收和显示数据分析评估结果及其反馈。
（3） 体域网内部通信机制。一些传感器可以直接向移动基本单元传输信号，而其他的一些传感器则需要利用有线或无线连接向移动基本单元传输信号。常见的无线通信技术标准包括IEEE802.15（无线个人局域网工作组）的 IEEE 802.15.1（Bluetooth）和 IEEE802.15.14（Zigbee）两个标准，以及 infrared（IrDA）等 ；常见的有线通信网络包括传导性纺织材料、有线电缆等。其中 Bluetooth 和 Zigbee 两种技术标准以其低成本、低复杂性、低能耗等特点，成为移动健康监护系统 BAN 通信最常见的技术标准。
图3. 移动健康监护系统架构
3.2 后端系统（Back-End System，BESys）
在移动健康监护系统的架构中，后端系统是指后端系统服务器、专业护理人员、医疗中心、数字健康记录系统等设备和平台，这些设备和平台或者专业护理人员根据多项数据进行进一步分析、处理或综合评估，为移动健康监护系统的使用者提供相应的健康预警、即时咨询和诊断建议等。
3.3 体域网与后端系统的通信机制
体域网与后端系统的通信采用的无线技术主要包括针对于广泛地域的低带宽高时延的无线广域网技术（WWAN）；局部地域的高带宽低时延的局域网技术（WLAN），如 WiFi ；提供相对低带宽的移动手机网络，如 GSM、2.5G（如GPRS）、3G（如 UMTS）、4G 等。
4.移动健康监护系统主要的项目和产品
移动健康监护系统可以给使用者带来更大的灵活性，使用者可以不受时间、地点的限制，随时接受监护中心提供的基本生理参数 ( 包括心电、体温、血压、血糖和呼吸等 ) 监护、日常健康咨询以及在紧急情况下获得及时救治。将移动通信技术应用于远程医疗的研究在国外开展得比较早，欧美等国家是在 20 世纪 90 年代在 2G 数字移动网络刚投入运营时即开展了相关研究。其中涉及移动健康监测的项目有 ：美国剑桥MIT 多媒体实验室的 LiveNet 研究项目；欧盟财政支持的 AMON、MyHeart 项目等。此外，在美国哈佛大学、中国科学院等也进行了关于移动健康监护的研究。而一些企业诸如Microsoft、Vivometrics和易特科等公司也在进行相应的研究开发工作，如 Microsoft 公司正在其 HealthGear 项目中开发能对睡眠呼吸暂停进行监护的设备等。表 1 中列出了一些主要的移动健康监护系统。
对表 1 中的移动健康监护系统进行分析，不难发现，其监测的主要生理参数包括心电图、血氧饱和度、心率、肌动电流图、血压、体温、姿势以及光学体描记术等。大部分的移动健康监护系统用于普通的健康监护（如老年人、慢性病人、康复病人等），如基于 GPS/GPRS 远程医疗监护报警系统、WEALTHY、MERMOTH、Human++、Lifeshirt等，也有部分系统适用于特殊环境或特殊疾病的监测，如 LifeGuard 是由加利福尼亚大学和美国宇航局共同研发的用于极端环境下（太空或行星）的身体健康状况监护 ；而欧盟第五框架的 AMON项目和 Microsoft 开发的 HealthGear 则是针对于睡眠呼吸暂停的监测 ；此外还有些系统是针对于帕金森和癫痫病人、心血管病人、妊娠高血压等的监测。
5.存在的问题
移动健康监护系统目前仍然存在一些问题，这些问题对移动健康监护系统的广泛应用带来了挑战，在一定程度上影响了移动健康监护系统的高效性、可靠性和安全性，这些问题主要包括以下几个方面 ：
5.1 电池技术和电源选择
对于移动健康监护系统来说，电池供电比交流电直接供电更适用，更安全，更能满足医疗仪器对于安全性的要求。但是电池的电量消耗和电池的尺寸大小是当前该系统遇到的最大技术问题，并已经成为系统性能提升的瓶颈所在。在当前的移动健康监护系统中，多采用锂电池供电。虽然锂电池具有诸多优良特性，但由于其自身化学反应原理的限制，在使用过程中存在过流、过温、过压和过度放电的问题。另一方面，移动健康监护系统在实时传输数据和后处理数据时均会消耗大量的能量，无疑要求电池的容量越大越好，但电池的容量与电池的尺寸以及电池的辐射性具有正比关系，这就要求系统在功耗与动态、安全性与便携性之间取得相应的平衡。
5.2 传感器的微型化和效率
普遍来说，目前移动健康监护系统使用的生物传感器趋向于大规模化，有些传感器有可能需要特定的姿势或芯片植入来采集准确的数据。这就需要进一步研发可穿戴的纺织品类传感器，进一步提升传感器的效率和微型化。
5.3 个人的信息安全
移动健康监护系统传输的描述病人健康状况的数据是否具有法律效应还有待进一步论证。这些数据作为病人的隐私，应当充分保证安全，除了系统的使用者和监护医师之外，不应该将收集到的数据泄露给任何人。因此需要合适的加密和认证机制来确保所有传输数据的安全性。但是，目前的加密和认证机制越复杂，其数据传输的速度相对越慢，这势必会对移动健康监护系统数据的实时性造成影响。
5.4 质量控制和数据可靠性
由于移动健康监护系统的质量和可靠性可能对患者、操作者及周围人员带来危险和伤害，因此移动健康监护系统对于人和医疗设备的干扰（如辐射），由于信息通信技术的限制导致的数据传输的延迟性和不完整性都是当前系统存在的问题。
5.5 标准化问题
无线医疗监护系统涉及到大量生命信号获取、表达、传输和存储，生命信号和医学数据的标准化是一个关键。同时，无线医疗监护系统作为医学仪器连接到 HIS、PAcS、EMR 和 LIS 等多个信息系统，也需要解决标准化问题。
6.移动健康监护系统的发展方向
由于移动健康监护系统要求连续监测各种生理参数，做到无创、正确、稳定、尽可能少的不适感以及无过敏反应的发生，同时还要求系统能够将这些生理参数进行分析、处理以及存储，还能够及时地反馈给医疗中心或专业监护人员得到相应的咨询指导和建议，因此，国内外对于该系统未来发展方向主要集中在五个方面 ：
6.1 生命体征采集新技术
当前移动健康监护系统采用的生命体征采集技术，在一定程度上会给使用者带来一些的不适感和过敏反应，如长时间心电贴片电极造成的皮肤瘙痒不适、过敏红肿 ；而且系统的稳定性和准确性还有待考究。因此未来的健康监护系统首先应当研究生命体征采集的新技术，主要包括对于生命体征采集机制和采集过程中用户的舒适度的研究，尽可能做到在连续监测各种生理参数的同时，保证用户的舒适度。
6.2 新型传感器的研制
随着移动健康监护系统的发展，其所需要采集的生命体征会逐渐增多，但是目前现有的移动健康监护系统的传感器，大多数只支持一到两种生命体征的采集，远远不能满足健康监护的需求。因此，不仅需要将现有传感器进一步微型化、集成化，用一个传感器就能提取多种信息，以减少传感器的数量 ；同时还应当开发新的传感器，如开发能长期使用的基于生物效应的传感器，或直接提取生化信息的传感器等。
6.3 提高分析技术的实时性和综合性
移动健康监护系统的可靠性和可行度取决于系统对所采集的数据进行实时分析和处理的能力。目前大多数的移动健康监护系统仅能对采集的数据进行单项数据的简单分析和处理，而且由于传输网络的原因存在一定的延迟性。未来的移动健康监护系统应当提高分析处理能力，研究开发多参数与病理生理间的相互关系及特征参量提取技术，实现多参数的综合分析 ；建立数据知识库，研究开发系统自学习能力，避免漏检、误判、错定等弊病，真正实现专家辅助功能。
6.4 关注监护领域空白点和薄弱环节
目前的移动健康监护系统虽然可以监护脉搏、血氧饱和度、心电图等多项生命体征，但是在监护领域仍然存在不少薄弱环节甚至是空白点。如对于生理功能的监测十分薄弱，包括对于新陈代谢、呼吸功能、肝功能的监测等。同时，目前移动健康监护系统对于数据的采集主要为“参数监护”，即对某些指定的生理参数进行连续监测和自动分析，而目前所能获取的自动连续监测的参数也极其有限。因此，在进一步研究开发参数自动连续监测的同时，还应当研究非参数检测技术，如烫烧伤病人皮肤伤情监测、术后病人伤口愈合情况监测等。
6.5 实现“监”与“护”的统一
目前所有的移动健康监护系统实际上都是只“监”不“护”，只是一种检测、分析、报警装置，并没有解决自动护理的问题。未来的移动健康监护系统应当能够根据所监测的数据的不良变化，做出准确的判别和诊断，提出护理方案，并能通过控制医用机器或其他辅助器械对监护对象进行必要的护理和救治。如当监测到呼吸功能衰弱时，自动开启呼吸机供氧 ；当发现心脏有室颤时，自动及时除颤等。
(审核编辑: 智汇张瑜)
