Application and research of smart wearable devices for heart and brain diseases related to high altitude_Journal of Biomedical Engineering

Authors：

CHEN Zhengju ¹ , GU Qiumei ² , WANG Guiyu ³ , WANG Min ³ ,  CHEN Lei ^3,4

1. Research Core Facilities, West China Hospital of Sichuan University, Chengdu 610041, P. R. China;
2. Cheng Du University of TCM, Chengdu 610072, P. R. China;
3. West China Hospital of Sichuan University, Department of clinical research management, Chengdu 610041, P. R. China;
4. West China Hospital of Sichuan University, Neurology, Chengdu 610041, P. R. China;

Corresponding?author：

Keywords：

High altitude environment; Heart and brain diseases; Physiological indicators; Smart wearable devices

DOI：

10.7507/1001-5515.202108084

Video：

Export PDF Favorites Scan Get Citation

Abstract Full text Figures/Tables Video References Cited by

Smart wearable devices play an increasingly important role in physiological monitoring and disease prevention because they are portable, real-time, dynamic and continuous.The popularization of smart wearable devices among people under high-altitude environment would be beneficial for the prevention for heart and brain diseases related to high altitude. The current review comprehensively elucidates the effects of high-altitude environment on the heart and brain of different population and experimental subjects, the characteristics and applications of different types of wearable devices, and the limitations and challenges for their application. By emphasizing their application values, this review provides practical reference information for the prevention of high-altitude disease and the protection of life and health.

Citation： CHEN Zhengju, GU Qiumei, WANG Guiyu, WANG Min, CHEN Lei. Application and research of smart wearable devices for heart and brain diseases related to high altitude. Journal of Biomedical Engineering, 2022, 39(2): 426-432. doi: 10.7507/1001-5515.202108084 Copy

1.	李德鴻, 趙金垣, 李濤. 中華職業醫學, 譯. 第2版. 北京: 人民衛生出版社, 2019.
2.	吳天一. 高原病的診斷、預防和治療指南, 12. 北京: 蘭州大學出版社, 2014: 1-317.
3.	West J B. High-altitude medicine. Lancet Respir Med, 2015, 3(1): 12-13.
4.	李立新, 張程, 孫小英, 等. 駐高原官兵療養保障現狀與思考. 人民軍醫, 2020, 63(10): 946-949, 964.
5.	蘇曉津. 高原低氧環境對孕婦旅行者健康影響的研究進展. 中國醫師雜志, 2013, 15(10): 1429-1431.
6.	師博文, 祝忠群. 先心病腦發育研究進展. 中華胸心血管外科雜志, 2017, 33(12): 760-763.
7.	楊兵, 潘肯林, 劉新忠. 首次進入高海拔地區軍人短期血壓及生化指標變化情況的調查研究. 河北醫藥, 2017, 39(9): 1413-1417.
8.	陶寧, 崔長勇, 張建江, 等. 高原高寒環境軍人職業倦怠與神經內分泌指標的關系. 現代預防醫學, 2015, 42(3): 400-401, 444.
9.	王云, 陳郁, 羅勇軍, 等. 高原低氧環境對雄性生殖系統的影響及其對策. 西南國防醫藥, 2020, 30(1): 50-52.
10.	顧高潔. 高原腦血管病發病機制及防治研究進展. 人民軍醫, 2018, 61(1): 78-80.
11.	Martin B, Urs H, Pichler H J. High-altitude illnesses: old stories and new insights into the pathophysiology, treatment and prevention. Sports Med Health Sci, 2021, 3(2): 59-69.
12.	吳世政. 高原腦科學研究進展. 高原醫學雜志, 2019, 29(1): 47-53.
13.	霍妍, 趙安鵬, 李雪, 等. 急性高原病的動物模型研究現狀. 中國藥理學通報, 2021, 37(1): 26-30.
14.	吳麗穎, 劉衛, 丁愛石, 等. 低氧預處理提高下丘腦細胞缺氧耐受性與Na⁺、K⁺電流的關系. 中國應用生理學雜志, 2002, 18(1): 30-33.
15.	黃璐, 吳世政, 張淑坤. 小膠質細胞及其在缺血性腦卒中中的損傷作用. 實用醫學雜志, 2015, 31(11): 1876-1878.
16.	張曉巖, 張先鈞, 蒲小燕, 等. 西紅花苷對急性高海拔低氧條件大鼠腦海馬PGC-1α表達及凋亡的影響. 基因組學與應用生物學, 2020, 39(4): 1722-1731.
17.	陳媛, 虞立霞, 洪燕, 等. 低氧對小鼠學習記憶力及腦中tau蛋白磷酸化的影響. 中國應用生理學雜志, 2014, 30(3): 285-288.
18.	李婧靜. TRPC3在缺氧預處理后缺血性腦損傷中作用機制的研究. 西寧: 青海大學, 2015.
19.	趙延東. 大鼠缺氧缺血性腦損傷對海馬CA1區錐體細胞功能與發育的影響. 重慶: 第三軍醫大學, 2012.
20.	丁愛石, 王福莊, 吳麗穎, 等. 缺氧-復氧對大鼠海馬培養神經元Bcl-2、Bax表達和神經元凋亡的影響. 中國神經免疫學和神經病學雜志, 2003, 10(4): 287-291.
21.	榮國鈴. 缺氧預處理在缺氧缺血性腦損傷中的保護作用. 西寧: 青海大學, 2011.
22.	陳健, 吳世政, 張淑坤. ASPP1、VEGF在不同海拔地區大鼠腦組織中的表達及其與腦儲備能力的關系. 實用預防醫學, 2011, 18(4): 720-723.
23.	張奎. 缺氧預處理對缺血性腦損傷大鼠COX-2與Caspase-3表達的影響. 西寧: 青海大學, 2016.
24.	Wu S Z, Rong G L, Zhang S K, et al. Increasing Bcl-2 and neuroglubin expression in hypoxic hippocampal neurons under hypoxia preconditioning and in 3-n-butylphalide treated cells under oxygen glucose deprivation/reoxygenation. Clinical Immunology, Endocrine & Metabolic Drugs, 2015, 2(1): 27-34.
25.	雷延成, 吳世政, 張淑坤, 等. 缺氧預處理后骨髓源神經干細胞聯合腦源性神經生長因子移植治療大鼠腦缺血再灌注損傷的研究. 中國卒中雜志, 2016, 11(5): 360-367.
26.	劉俊英, 范明. 急性高空缺氧時大白鼠腦組織腺苷三磷酸酶活性的定量分析. 中國體視學與圖像分析, 1997(1): 23-25.
27.	王海濤, 方以群. 急性缺氧對機體機能影響的研究進展. 海軍醫學雜志, 2006(2): 163-166.
28.	萬雅琦, 吳世政, 侯倩, 等. 間斷低壓缺氧預處理對MCAO大鼠腦保護作用及對TLR4表達影響. 中風與神經疾病雜志, 2017, 34(12): 1060-1063.
29.	張小楠. 基因芯片分析缺氧預處理對局灶性腦梗塞大鼠神經元離子通道基因表達的影響. 西寧: 青海大學, 2014.
30.	張子妍. Toll樣受體5在缺氧預處理保護腦缺血損傷中的作用研究. 西寧: 青海大學, 2016.
31.	陳志志, 吳世政. Shh信號通路對腦梗死的保護機制研究進展. 中國腦血管病雜志, 2015, 12(2): 109-112.
32.	唐智偉, 肖宗宇, 吳世政, 等. 缺氧預處理后GSK3β/STAT3信號通路在大鼠缺血性腦損傷中的作用及機制. 中國高原醫學與生物學雜志, 2017, 38(1): 33-38.
33.	Li Y L, Cai W F, Wang L, et al. Identification of the functional autophagy-regulatory domain in HCLS1-associated protein X-1 that resists against oxidative stress. DNA Cell Biol, 2018, 37(5): 432-441.
34.	楊鵬, 吳世政, 侯倩, 等. 缺氧預處理對缺血性腦卒中大鼠的腦保護作用及H3R17me2表達的影響. 中風與神經疾病雜志, 2018, 35(2): 119-122.
35.	Boto E, Holmes N, Leggett J, et al. Moving magnetoencephalography towards real-world applications with a wearable system. Nature, 2018, 555(7698): 657-661.
36.	劉遠, 謝宏, 姚楠, 等. 一種可穿戴式近紅外光譜成像系統的前端設計. 微型機與應用, 2017, 36(15): 35-37, 52.
37.	韓春生, 楊慶忠, 韓煦. 醫用心電監護儀. 醫療裝備, 2010, 23(12): 62-65.
38.	武利珍, 張文超, 程春榮. 基于STM32的便攜式心電圖儀設計. 電子器件, 2009, 32(5): 946-949.
39.	翟紅藝, 王春民, 張晶, 等. 基于織物電極的心電監測系統. 吉林大學學報:信息科學版, 2012, 30(2): 185-191.
40.	Miao F, Cheng Y, He Y, et al. A wearable context-aware ECG monitoring system integrated with built-in kinematic sensors of the smartphone. Sensors (Basel), 2015, 15(5): 11465-11484.
41.	何瀟一, 葉衛華, 王嶸, 等. 心血管疾病遠程監測設備的應用現狀及展望. 中國醫療設備, 2018, 33(3): 115-117, 131.
42.	Rajankar S O, Talbar S N. An electrocardiogram signal compression techniques: a comprehensive review. Analog Integr Circuits Signal Process, 2019, 98(1): 59-74.
43.	Roberts G, Holmes N, Alexander N, et al. Towards OPM-MEG in a virtual reality environment. Neuroimage, 2019, 199: 408-417.
44.	劉愛東, 于群. 飛行員多生理參數采集模塊嵌入式設計. 信息技術, 2020, 44(2): 108-111, 120.
45.	Gomez C, Oller J, Paradells J. Overview and evaluation of bluetooth low energy: an emerging low-power wireless technology. Sensors, 2012, 12(9): 11734-11753.
46.	余春艷, 齊子銘, 蘇金池, 等. 可穿戴腕部體溫監測裝置設計. 傳感器與微系統, 2017, 36(4): 121-123, 127.
47.	鄭軍, 肖曉光, 姚克純, 等. 不同水平+G_z暴露后飛行員心臟功能的變化. 中華航空航天醫學雜志, 2004(2): 4-8.
48.	李鵬, 鄧于, 雷明東, 等. 低功耗嵌入式電子信息采集系統設計. 現代電子技術, 2018, 41(15): 101-104.
49.	Hinde K, White G, Armstrong N. Wearable devices suitable for monitoring twenty four hour heart rate variability in military populations. Sensors (Basel), 2021, 21(4): 1061.
50.	張光全, 蘇君. 西藏高原環境對醫療設備的影響. 醫療裝備, 2003(10): 45.
51.	向小燕. 淺談高原環境對醫療設備的影響. 西藏醫藥, 2020, 41(4): 150-151.

1. 李德鴻, 趙金垣, 李濤. 中華職業醫學, 譯. 第2版. 北京: 人民衛生出版社, 2019.
2. 吳天一. 高原病的診斷、預防和治療指南, 12. 北京: 蘭州大學出版社, 2014: 1-317.
3. West J B. High-altitude medicine. Lancet Respir Med, 2015, 3(1): 12-13.
4. 李立新, 張程, 孫小英, 等. 駐高原官兵療養保障現狀與思考. 人民軍醫, 2020, 63(10): 946-949, 964.
5. 蘇曉津. 高原低氧環境對孕婦旅行者健康影響的研究進展. 中國醫師雜志, 2013, 15(10): 1429-1431.
6. 師博文, 祝忠群. 先心病腦發育研究進展. 中華胸心血管外科雜志, 2017, 33(12): 760-763.
7. 楊兵, 潘肯林, 劉新忠. 首次進入高海拔地區軍人短期血壓及生化指標變化情況的調查研究. 河北醫藥, 2017, 39(9): 1413-1417.
8. 陶寧, 崔長勇, 張建江, 等. 高原高寒環境軍人職業倦怠與神經內分泌指標的關系. 現代預防醫學, 2015, 42(3): 400-401, 444.
9. 王云, 陳郁, 羅勇軍, 等. 高原低氧環境對雄性生殖系統的影響及其對策. 西南國防醫藥, 2020, 30(1): 50-52.
10. 顧高潔. 高原腦血管病發病機制及防治研究進展. 人民軍醫, 2018, 61(1): 78-80.
11. Martin B, Urs H, Pichler H J. High-altitude illnesses: old stories and new insights into the pathophysiology, treatment and prevention. Sports Med Health Sci, 2021, 3(2): 59-69.
12. 吳世政. 高原腦科學研究進展. 高原醫學雜志, 2019, 29(1): 47-53.
13. 霍妍, 趙安鵬, 李雪, 等. 急性高原病的動物模型研究現狀. 中國藥理學通報, 2021, 37(1): 26-30.
14. 吳麗穎, 劉衛, 丁愛石, 等. 低氧預處理提高下丘腦細胞缺氧耐受性與Na⁺、K⁺電流的關系. 中國應用生理學雜志, 2002, 18(1): 30-33.
15. 黃璐, 吳世政, 張淑坤. 小膠質細胞及其在缺血性腦卒中中的損傷作用. 實用醫學雜志, 2015, 31(11): 1876-1878.
16. 張曉巖, 張先鈞, 蒲小燕, 等. 西紅花苷對急性高海拔低氧條件大鼠腦海馬PGC-1α表達及凋亡的影響. 基因組學與應用生物學, 2020, 39(4): 1722-1731.
17. 陳媛, 虞立霞, 洪燕, 等. 低氧對小鼠學習記憶力及腦中tau蛋白磷酸化的影響. 中國應用生理學雜志, 2014, 30(3): 285-288.
18. 李婧靜. TRPC3在缺氧預處理后缺血性腦損傷中作用機制的研究. 西寧: 青海大學, 2015.
19. 趙延東. 大鼠缺氧缺血性腦損傷對海馬CA1區錐體細胞功能與發育的影響. 重慶: 第三軍醫大學, 2012.
20. 丁愛石, 王福莊, 吳麗穎, 等. 缺氧-復氧對大鼠海馬培養神經元Bcl-2、Bax表達和神經元凋亡的影響. 中國神經免疫學和神經病學雜志, 2003, 10(4): 287-291.
21. 榮國鈴. 缺氧預處理在缺氧缺血性腦損傷中的保護作用. 西寧: 青海大學, 2011.
22. 陳健, 吳世政, 張淑坤. ASPP1、VEGF在不同海拔地區大鼠腦組織中的表達及其與腦儲備能力的關系. 實用預防醫學, 2011, 18(4): 720-723.
23. 張奎. 缺氧預處理對缺血性腦損傷大鼠COX-2與Caspase-3表達的影響. 西寧: 青海大學, 2016.
24. Wu S Z, Rong G L, Zhang S K, et al. Increasing Bcl-2 and neuroglubin expression in hypoxic hippocampal neurons under hypoxia preconditioning and in 3-n-butylphalide treated cells under oxygen glucose deprivation/reoxygenation. Clinical Immunology, Endocrine & Metabolic Drugs, 2015, 2(1): 27-34.
25. 雷延成, 吳世政, 張淑坤, 等. 缺氧預處理后骨髓源神經干細胞聯合腦源性神經生長因子移植治療大鼠腦缺血再灌注損傷的研究. 中國卒中雜志, 2016, 11(5): 360-367.
26. 劉俊英, 范明. 急性高空缺氧時大白鼠腦組織腺苷三磷酸酶活性的定量分析. 中國體視學與圖像分析, 1997(1): 23-25.
27. 王海濤, 方以群. 急性缺氧對機體機能影響的研究進展. 海軍醫學雜志, 2006(2): 163-166.
28. 萬雅琦, 吳世政, 侯倩, 等. 間斷低壓缺氧預處理對MCAO大鼠腦保護作用及對TLR4表達影響. 中風與神經疾病雜志, 2017, 34(12): 1060-1063.
29. 張小楠. 基因芯片分析缺氧預處理對局灶性腦梗塞大鼠神經元離子通道基因表達的影響. 西寧: 青海大學, 2014.
30. 張子妍. Toll樣受體5在缺氧預處理保護腦缺血損傷中的作用研究. 西寧: 青海大學, 2016.
31. 陳志志, 吳世政. Shh信號通路對腦梗死的保護機制研究進展. 中國腦血管病雜志, 2015, 12(2): 109-112.
32. 唐智偉, 肖宗宇, 吳世政, 等. 缺氧預處理后GSK3β/STAT3信號通路在大鼠缺血性腦損傷中的作用及機制. 中國高原醫學與生物學雜志, 2017, 38(1): 33-38.
33. Li Y L, Cai W F, Wang L, et al. Identification of the functional autophagy-regulatory domain in HCLS1-associated protein X-1 that resists against oxidative stress. DNA Cell Biol, 2018, 37(5): 432-441.
34. 楊鵬, 吳世政, 侯倩, 等. 缺氧預處理對缺血性腦卒中大鼠的腦保護作用及H3R17me2表達的影響. 中風與神經疾病雜志, 2018, 35(2): 119-122.
35. Boto E, Holmes N, Leggett J, et al. Moving magnetoencephalography towards real-world applications with a wearable system. Nature, 2018, 555(7698): 657-661.
36. 劉遠, 謝宏, 姚楠, 等. 一種可穿戴式近紅外光譜成像系統的前端設計. 微型機與應用, 2017, 36(15): 35-37, 52.
37. 韓春生, 楊慶忠, 韓煦. 醫用心電監護儀. 醫療裝備, 2010, 23(12): 62-65.
38. 武利珍, 張文超, 程春榮. 基于STM32的便攜式心電圖儀設計. 電子器件, 2009, 32(5): 946-949.
39. 翟紅藝, 王春民, 張晶, 等. 基于織物電極的心電監測系統. 吉林大學學報:信息科學版, 2012, 30(2): 185-191.
40. Miao F, Cheng Y, He Y, et al. A wearable context-aware ECG monitoring system integrated with built-in kinematic sensors of the smartphone. Sensors (Basel), 2015, 15(5): 11465-11484.
41. 何瀟一, 葉衛華, 王嶸, 等. 心血管疾病遠程監測設備的應用現狀及展望. 中國醫療設備, 2018, 33(3): 115-117, 131.
42. Rajankar S O, Talbar S N. An electrocardiogram signal compression techniques: a comprehensive review. Analog Integr Circuits Signal Process, 2019, 98(1): 59-74.
43. Roberts G, Holmes N, Alexander N, et al. Towards OPM-MEG in a virtual reality environment. Neuroimage, 2019, 199: 408-417.
44. 劉愛東, 于群. 飛行員多生理參數采集模塊嵌入式設計. 信息技術, 2020, 44(2): 108-111, 120.
45. Gomez C, Oller J, Paradells J. Overview and evaluation of bluetooth low energy: an emerging low-power wireless technology. Sensors, 2012, 12(9): 11734-11753.
46. 余春艷, 齊子銘, 蘇金池, 等. 可穿戴腕部體溫監測裝置設計. 傳感器與微系統, 2017, 36(4): 121-123, 127.
47. 鄭軍, 肖曉光, 姚克純, 等. 不同水平+G_z暴露后飛行員心臟功能的變化. 中華航空航天醫學雜志, 2004(2): 4-8.
48. 李鵬, 鄧于, 雷明東, 等. 低功耗嵌入式電子信息采集系統設計. 現代電子技術, 2018, 41(15): 101-104.
49. Hinde K, White G, Armstrong N. Wearable devices suitable for monitoring twenty four hour heart rate variability in military populations. Sensors (Basel), 2021, 21(4): 1061.
50. 張光全, 蘇君. 西藏高原環境對醫療設備的影響. 醫療裝備, 2003(10): 45.
51. 向小燕. 淺談高原環境對醫療設備的影響. 西藏醫藥, 2020, 41(4): 150-151.

Previous Article
A review of researches on decoding algorithms of steady-state visual evoked potentials

Journal of Biomedical Engineering

Application and research of smart wearable devices for heart and brain diseases related to high altitude

Abstract Full text Figures/Tables Video References Cited by

Previous Article

Format

Content