心血管疾病（CVD）是一組心臟和血管疾病，如心肌梗死，通常被稱為心臟病發作、心力衰竭（HF）、風濕性心臟病和肺動脈疾病。心力衰竭是一種嚴重的心血管疾病，全世界估計有6434萬例患者。心力衰竭是一種漸進性臨床綜合征，其特征是心臟結構異常，心臟無法泵出足夠的血液來滿足身體的需求。通過連續實時地監控，可以更好地管理心力衰竭。在過去，人們已經做出了一些努力來治療心力衰竭。這些努力大多基于單一參數，例如胸阻抗或心率。

近日，佛羅里達大西洋大學（Florida Atlantic University）報道了一種醫療可穿戴設備（HWD），該設備可以提供與心力衰竭相關的多個生理參數的監測。它基于同時感測多個參數，包括胸阻抗、心率、心電圖（ECG）和運動活動。這些參數是使用不同傳感器測量的，這些傳感器嵌入在可佩戴的腰帶中，以用于連續和實時監測。該醫療可穿戴設備已經在不同條件下進行了測試，包括坐、站、躺和行走。結果表明，所開發的可穿戴設備在所有條件下都能監測上述參數。

用于心力衰竭預測的醫療可穿戴設備操作框圖，展示了用于感測多個參數的不同傳感器以及集成的最終模塊。

在這項工作中，傳感器集成在單個微控制器上，以Arduino Uno作為微控制器監控多個參數。最終模塊如下圖所示。該模塊重量輕，尺寸為120.1mm × 125mm，便于用戶佩戴。在136mA電流和5V電壓下，模塊的最大功耗為0.6W。這種功耗允許模塊使用小型緊湊電池，適合長時間采集數據。為此，研究人員使用了650mAh容量的鋰離子電池。在完全放電之前，電池可以支持大約4.7小時的不間斷數據采集，且充電只需幾個小時。這種不間斷的數據對于連續和實時監測心力衰竭至關重要。

用于心力衰竭預測的醫療可穿戴設備

研究人員所開發的這種醫療可穿戴設備可以讀取胸阻抗、心電圖、心率和運動活動檢測等參數。醫療可穿戴設備在不同條件下進行了測試，并獲得了不同人體狀態的相應結果。從結果中可以看出，所有傳感器都記錄了不同條件下的變化。位置傳感器準確地顯示了不同條件下的位置變化，并且還可以用于識別佩戴者的不同狀態。此外，心率傳感器還實時監測心率。醫療可穿戴設備還準確地監測到胸阻抗的微小變化。據觀察，胸阻抗不會隨著位置的改變而受到顯著影響，并且對于給定的受試者，平均胸阻抗與預期相同。

男性受試者的胸阻抗測試結果

與大多數ECG監視器一樣，ECG傳感器對運動非常敏感，并且在運動過程中，特別是在行走時，經常會出現運動偽影。然而，即使在行走時，ECG仍保留其QRS復合波和R峰，這是左心室肥厚（LVH）的重要指標。LVH是心力衰竭的重要原因。此外，在所提出的醫療可穿戴設備中，胸阻抗傳感器是手動校準的，但是一旦被校準，在模塊不間斷的使用過程中，則不需要進一步的校準。所有傳感器都集成到一個腰帶模塊中，可以輕松地長時間佩戴，而不會影響患者的日常活動。藍牙模塊用于實現傳感器數據的自動傳輸，無需任何用戶輸入，即可傳輸至終端進行進一步分析。

不同條件下的ECG結果

簡而言之，研究人員開發的醫療可穿戴設備可以監測多個參數，如胸阻抗、心率、心電圖和運動活動，以更好地管理心力衰竭。醫療可穿戴設備消耗大約0.6W的功率，因此可以使用小型電池供電。電池容量為650mAh時，允許模塊連續監測數據至少4.7小時，并可在數小時內完成充電。醫療可穿戴設備在不同條件下獲得的初步結果十分令人鼓舞，可用于在項目的下一階段開發預測心力衰竭的算法。這種醫療可穿戴設備重量輕，尺寸為120.1mm × 125mm，可以方便地佩戴在腰部。

審核編輯：郭婷