Mesh可穿戴设备：微型传感器与新技术的完美结合

随着适用于各种医疗条件和情况的医疗保健可穿戴设备的激增，患者不可避免地希望他们的可穿戴技术尽可能不显眼且无忧。作为一个恰当的例子，可以考虑一种新的可穿戴网状健康监测仪，它取消了“盒子和带子”结构，尽管这目前仍然是该行业事实上的商业设计标准。这项技术由亚利桑那大学的研究人员开发，具有远程、低功耗的数据传输和接收以及无线充电功能。由于其便携性，该设备有望成为偏远地区远程健康监测的有力选择。

这项研究的负责人Philipp Gutruf表示，他的团队正在努力解决临床级健康监测仪的需求，这些监测仪“在全球所有地区都可以使用，同时保留了设备的不易察觉的特性”。Gutruf是该大学生物医学工程助理教授。

“There is no large rigid island in this device. All the electronics are distributed in this mesh.”
—Philipp Gutruf, University of Arizona

该设备使用形状合适的热塑性聚氨酯网格来测量心率和体温。该团队对其进行了3D打印，但Gutruf表示，也可以使用其他制造方法。该套件的一部分还有一个重量轻的电池、一个允许数据传输和无线充电的双工天线，以及直径不超过6毫米的传感器。该设备长约15厘米，佩戴在用户的前臂周围。Gutruf把它比作穿着一只脚趾末端被剪掉的袜子，只是网眼布非常轻便舒适，几乎被遗忘了。他称之为“生物共生（biosymbiotic）”。

其主要倡导者表示，设计提升了可穿戴设备的可穿戴性。Gutruf说：“在这个装置中没有大的刚性岛。所有的电子产品都分布在这个网格中。它也不依赖粘合剂，而是匹配用户的身体。”Gutruf补充道：“这使我们能够远远超过贴片所能达到的使用时间限制。”

在这项新技术中，还可以通过一种名为光体积描记术（PPG）的技术进行血流量和血容量监测。

Gutruf说，传统的PPG传感器质量很小，可以测量加速度。相比之下，这项技术利用其符合人体的外形来消除他所说的绑在PPG传感器上的传统“brick”。他说，该设备的传感器“位于网格中嵌入的一个微小节点上，该节点非常匹配皮肤。因此，我们可以降低一些滤波要求、过采样、额外的加速度计处理等……因为我们一开始就有一个非常好的信号”。

更好的LoRa与LoRaWAN

Gutruf说，除了舒适因素外，网状设计还比典型的商用可穿戴设备实现了更好的操作效率。为了改善通过小数据包的传输，该设备对原始传感器数据进行板载计算。它使用远程（LoRa）通信协议，研究人员在一个孤立的山区点对点24公里处演示了该协议。“LoRa已经有了很好的设施和技术，”他说，“但考虑到我们制造这款设备的地区已经存在的网络，选择LoRa几乎是一件轻而易举的事。”

LoRa是物联网（IoT）部署的主要技术之一。该调制技术最初于2009年构建，基于宽带啁啾脉冲标准（啁啾扩频），擅长于在小功率的情况下远距离传输小数据包，理论上最大可达256字节，但因地区和应用而异。

LoRaWAN是位于LoRa物理层之上的媒体访问控制（MAC）协议，由LoRa Alliance从2015年开始开发和维护。互联网工程任务组（IETF）于2021年发布了RFC 9011，该标准规定了LoRaWAN使用互联网协议。

LoRaWAN在医疗保健领域已经建立了良好的基础。总部位于加拿大卡尔加里的Tektelic提供一种名为eDOCTOR的远程监测设备，该设备绑在胸部，监测温度、呼吸、心率、体位和胸部扩张。Tektelic负责销售和业务发展的副总裁Christian Ulrik表示，该设备非常适合监测新近出院的患者。美国政府最近的统计数据显示，2016年至2020年间，13.9%的出院患者在30天内再次入院。

Gutruf说，这些LoRaWAN技术加上一系列其他技术，为全球医疗系统无法充分治疗的患者带来了希望。

他说：“我们提供的技术越多，对医学界来说就越明显，医学界就越容易做到这一点。我们越快接受这一点，就越能更好地为那些通常难以获得优质医疗服务的人提供服务。”

 

审核编辑：黄飞