可穿戴設備具有便攜、實時、動態和連續等特點，在生理監測和疾病預防等領域發揮著越來越重要的作用。將可穿戴設備推廣至高原人群可能對預防高原心腦疾病具有一定優勢。本文從高原環境對不同人群和實驗動物心腦系統的影響、不同種類可穿戴設備的特點及應用與可穿戴設備在高原環境中的局限與挑戰三方面綜合闡釋智能可穿戴設備在高原心腦疾病的應用研究，突出其應用價值，為預防高原疾病，保證生命健康提供實用的參考信息。
引用本文： 陳正舉, 古秋梅, 王貴玉, 王敏, 陳蕾. 智能可穿戴設備在高原心腦疾病中的應用研究. 生物醫學工程學雜志, 2022, 39(2): 426-432. doi: 10.7507/1001-5515.202108084 復制
引言
醫學將海拔在2 500 m以上的地區稱為高原（Plateau），高原環境以低壓、低氧、日照長、紫外線強、低溫且晝夜溫差大為主要特點，其中低壓、低氧最為顯著。高原病（high altitude disease，HAD）是在高原低氧、低溫環境的一種特發性疾病，因人體機能隨海拔高度增加而逐漸下降引起機體缺氧。全球約有1.4億人世居高原，而我國作為全球高原面積最大的國家之一，約有6 000～8 000萬人居于海拔2 500 m以上。隨著青藏鐵路全線建成通車與青藏高原不斷建設和發展，援建開發高原的人員不斷增加，罹患高原病的人數也逐年增長。臨床研究顯示，高原環境主要影響人體心、腦器官，在不同海拔高度和季節，心腦疾病發病的速度、嚴重程度和表現形式各異，主要的防治措施是藥物為主，輔以給氧，并且在可行的情況下將患者轉入低海拔地區，目前新的防治手段進展緩慢。近年來，隨著可穿戴設備技術的應用和推廣，可對身處高原的人員進行生理指標的實時監測、數據分析以及預警提示，指導高原病患者根據指標信息盡快就醫，同時還可幫助醫生了解患者實際情況，并及時做出診斷。此外，可穿戴設備技術的應用還能夠進一步輔助了解高原多因素環境如何在時間序列上對大腦活動和功能產生影響，這也是對全球腦科學計劃研究工作的一項重要補充。
1 高原環境對心、腦器官的影響
1.1 高原環境對不同人群心腦系統的影響
高原疾病分急性和慢性兩類，主要危害人的心、腦器官。急性高原病包括急性輕癥高原病 (acute mild altitude disease，AMAD)、高原性肺水腫（high altitude pulmonary edema，HAPE）和高原腦水腫（high altitude cerebral edema，HACE）；慢性高原病包括：高原衰退（high altitude deterioration，HADT），高原心臟病（high altitude heart disease，HAHD）和高原紅細胞增多癥（high altitude polycythemia，HAPC）[1-3]。其中AMAD、HACE、HADT和HAPC的臨床癥狀均以神經系統表現為主。高原病在不同海拔高度以不同的病癥形式出現，如圖1所示，其神經系統表現及伴隨癥狀也各有特點。當海拔高于2 500 m時部分人群可能出現機體活動能力下降，高于3 000 m可能出現思維判斷能力下降，高于4 000 m可能出現大腦優勢半球功能受損，高于5 000 m可能出現機體感知功能障礙、記憶力明顯下降，高于7 000 m則可能出現機體智力及肌肉運動協調障礙，甚至意識喪失[4]。
圖1
海拔、氣壓、溫度與高原病的分布情況
Figure1.
The distribution of altitude sickness and the altitude, atmospheric pressure and temperature
目前認為孕婦進入高原環境將面臨風險，高原環境對孕早期主要的風險是異位妊娠及流產，孕晚期以早產為主[5]。高原環境對妊娠中后期的主要風險是發生高原先心病，先心病重要的并發癥是腦損傷和神經發育障礙，主要由包括腦大小異常、結構異常以及代謝功能異常的腦發育異常引起。對比研究先心病患兒和同孕齡非先心病患兒，前者腦代謝率下降、成熟度落后、血流量減少[6]，行磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）檢查可發現其腦室擴大、皮質發育延遲、小腦蚓部和胼胝體發育不全等腦大體結構異常之外，同時存在腦室周圍白質和皮層發育的危險結構改變。高原環境下AMAD和HAPE的兒童發病率分別為34.1 %和1.51 %。兒童急速進入高原后可短期（多在2周內）發病，表現為明顯的咳嗽氣促、煩躁不安和拒奶等，常伴呼吸道感染。幼兒患者往往病情重、發展快，易進展為急性心力衰竭，影響預后[7]。
與此同時，就人群性別而言，研究發現長期處于高原環境對男性生殖內分泌及職業倦怠均有影響。在對高原駐扎部隊男性軍人的研究表明，駐扎時間越長，高原特殊環境對其情感耗竭和成就感降低影響越大[8]。同時還發現，駐藏部隊成年男性精子密度和活力較周邊省市常駐人群明顯降低[9]。而世居藏族較移居漢族男性人群無精子癥、嚴重少精子癥和精液粘稠度異常發病率也顯著增高。
1.2 高原環境對實驗動物心腦系統的影響
高原心腦疾病具有一系列特殊性，包括病因、臨床表現、發病機制和防治等方面。高原的特殊環境多導致不同高原病種混合發病，不同海拔和民族的臨床表現多樣，具有復雜性和不典型性，其病因、發病機制及發病規律還需進一步深入研究，并完善相關防治方案[10-11]。目前心腦疾病的基礎實驗是在低氧低壓模擬艙中對動物模擬高原環境[12-13]，對其進行分子、細胞、信號通路網絡和MRI影像四個方面的研究[14-34]，以此探索高原心腦疾病的發病機制，尋找保護和預防措施，如表1所示。
表1
高原心腦疾病的相關基礎研究
Table1.
Related basic research on heart and brain diseases at high altitude
1.3 高原環境對心、腦生理指標的變化的影響
對短期內（7～30 d）進入不同海拔高度地區的駐防軍人生命體征改變情況的觀察研究表明，初次進入3 000～4 000 m高海拔地區的軍人，心率由（73.0 ± 16.0） 次/min升至（100.7 ± 21.6）次/min，血壓由（98.7 ± 11.9）/（67.0 ± 8.8） mm Hg升至（110.7 ± 12.9）/（71.7 ± 7.8） mm Hg；進入海拔4 001～5 000 m的軍人，短期內，心率由（69.7 ± 15.1）次/min升至（105.1 ± 20.6）次/min，血壓由（99.6±12.0）/（66.8±10.8） mm Hg升至（116.5±14.3）/（76.0 ± 12.3） mm Hg；而對于進入海拔5 001～6 000 m的軍人，在短期內心率可由（69.2 ± 14.0）次/min升至（112.1 ± 17.4）次/min，血壓可由（99.9±13.0）/（66.9 ± 9.1） mm Hg升至（123.5 ± 16.6）/（83.0 ± 13.4） mm Hg[5]。海拔越高，心率及血壓升高越明顯，當收縮壓每升高20 mm Hg或舒張壓升高10 mm Hg，心腦血管并發癥的風險即可增高1倍，提示海拔高度與生命體征改變的差異具有統計學意義[5]。
2 心、腦生理指標和疾病狀態監測的可穿戴設備概述
從1970年至今，可穿戴設備已經發展為第4代集傳感器、無線通信和多媒體等技術于一體的智能設備，具有可移動性、可穿戴性、可持續性、簡單操作性、可交互性的基本特征。新一代可穿戴設備由軟件進行感知、記錄、分析、調控、干預甚至治療疾病或維護健康狀態，主要應用于健康監測、慢病治療和康復護理三大健康領域，如表2所示。
表2
智能可穿戴設備的應用領域
Table2.
Application fields of smart wearable devices
2.1 消費級和醫用級設備
智能可穿戴設備主要分為消費級和醫用級。其中，消費級智能可穿戴設備針對健身愛好者，可對運動量、心率、呼吸、睡眠、熱量消耗和體脂測量等生理指標進行監測，可實時查看相關健康指標。醫用級智能可穿戴設備不僅具有監測功能，還可提供相應治療，主要針對下述各類疾病患者人群：一是可對特定疾患人群進行體溫、血壓、血糖、供氧、和心電信號等體征數據進行實時監測，確保患者各項生理指標在正常范圍值內，實現患者健康風險防范；二是對一些慢性病患者人群進行指導管理和干預治療等，并且醫用級設備需經國家藥品監督管理局（National Medical Products Administration，NMPA）、美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）、歐盟市場 (Conformite Europeenne，CE）或歐盟醫療器械（Medical CE）認證。
消費級智能可穿戴設備種類繁多，包括手環、手表、智能服裝、書包和鞋襪等，其形式多樣，技術壁壘較低、可廣泛應用于健康和亞健康群體。
醫用級智能可穿戴設備主要包括慢病監測和干預治療兩類，慢病監測類可聚焦某一特定慢病病種，具備相對專業的監測數據和預警能力，能夠滿足相應慢病患者人群的日常醫療需求，但多數仍在扮演健康管家的角色。干預治療類以慢病治療領域為切入點，目前已有間歇式震顫監測系統和人工胰腺系統等智能設備相關研發問世，其優勢在于縮短診療流程與節約醫療成本。同時在神經系統康復護理應用中，此類設備還可通過步態監測等追蹤分析，對人體運動健康功能和愈后康復效果進行評估。目前，干預治療類可穿戴設備尚處于起步階段，國內相關研發生產企業較為匱乏，主要以國外企業為主。
目前醫用級智能可穿戴設備可通過不同部位監測人體的生理指標，如圖2所示，大部分設備已獲得認證，相關產品也已申請專利，如表3所示。因此，可考慮將便攜式可穿戴設備應用于高原心腦疾病的研究和防治，并開展相關臨床試驗。
圖2
不同類型的可穿戴設備
Figure2.
Different types of wearable devices
表3
智能可穿戴設備國內外專利情況
Table3.
Patent status of smart wearable devices at home and abroad
本文篩選列出了經過FDA、CE或國內醫療器械認證及可輕便佩戴的智能可穿戴設備（如表4所示）[35-42]。
表4
代表性設備
Table4.
Representative equipment
2.2 科研設備
目前對腦部檢測最具代表性的智能可穿戴設備分為兩種。一是基于光泵磁力計（optically pumped magnetometer，OPM）的腦磁圖（magnetoencephalography，MEG）系統（OPM-MEG）的頭盔。其中，MEG即通過測量頭皮神經電流產生的磁場獲得人類腦部電生理數據，同時直接成像[43]。MEG通過對磁場的數學分析形成三維圖像，可以實時反映腦部網絡，并且可對神經、神經退行性和精神健康情況進行研究，該系統還可以對嬰兒與兒童腦部活動進行監測[35]。MEG設備具有輕便、靈敏度高和適用人群廣泛的特點，但其線纜較多，且需定制頭盔尺寸。二是近紅外光譜腦功能成像（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）設備。fNIRS是一種新興的安全有效的非侵入式腦功能成像手段，目前國內外均已研發出該設備。fNIRS設備利用近紅外光來測量氧合血紅蛋白（oxygenated hemoglobin，oxy-Hb）與脫氧血紅蛋白（deoxygenated hemoglobin，deoxy-Hb）濃度的變化，考察細胞能量代謝以及大腦皮層血流動力的變化，間接反映神經活動，從而實現對腦功能活動的監測，可廣泛應用于精神、神經、兒童和康復領域的腦功能成像研究與臨床應用范式標準化，但目前該類設備還局限于科研使用。
3 可穿戴設備在高原環境的應用與局限性
目前已有相關文獻報道，處于高空、低氧環境的飛行員所使用的可穿戴設備具有小型化、低功耗、高精度和便攜性的特點，同時系統可通過對飛行員飛行任務前后長達三天的心電、呼吸、體溫等生理參數進行監測、采集、傳輸并及時分析各項指標，從而保障飛行員的健康，降低事故發生的概率[44-48]。英國國防和科學技術實驗室也將便攜式心臟監測設備運用到士兵日常訓練中，監測士兵運動與安靜環境下心臟的各項指標[49]。基于此，智能可穿戴設備可應用于急進、短期和常駐這三個時間段。
急進高原容易引發AMAD或者HAPE、HACE，如出現身心疲憊、胸悶胸痛、心慌心悸、頭暈頭痛、頭暈目眩和耳鳴盜汗等癥狀時，可立即使用手持式或腕帶式智能可穿戴設備，該類設備能夠在15 s內快速對人體心率、血壓和血氧飽和度進行監測，從而對急性高原病進行預判，提醒送醫治療。短期入駐高原的人員，受不同海拔高度氣壓影響，氣壓和含氧量隨著海拔高度的增加呈曲線下降，海拔高度超過約2 800 m時，氣壓將會對人體生理指標產生影響，一方面在高海拔地區，特別是在活動中人體組織對氧的需求量很大時，壓力梯度和可用氧的明顯降低會導致組織缺氧，另一方面海拔上升后的循環系統變化涉及全身，尤其是大腦和肺部血管，因此在不同海拔下工作，使用頭戴式、穿戴式背心、貼片式或手持式智能可穿戴設備可對人體的心率、血壓、血氧飽和度以及睡眠情況進行實時監測，在生理異常情況下及時預警，停止工作，能夠有效預防急性高原病的發生。常駐高原10年左右的人員易患HADT、HAHD以及HAPC，從平原移居至高原的小兒，易罹患小兒HAHD，因此，常駐高原人員通過醫用級智能可穿戴設備長期進行生理指標監測，對個人心率、血壓、血氧飽和度和睡眠等情況進行分析，及時開展有效的慢性心腦疾病篩查，可降低高原環境對人體造成的危害。
新一代智能可穿戴設備為防治高原病帶來可能，但高原環境除低壓低氧外，其日照長、紫外線強、低溫且晝夜溫差大和地域氣候多變等特點，也對智能可穿戴設備在此類環境下的運用帶來挑戰：
（1）環境因素對設備的挑戰：智能設備受高原環境影響會導致其檢測結果不準確、精準度不穩定和設備易損壞等問題。常規設備對于溫度和濕度均有一定要求，適宜范圍內方可正常工作。溫度范圍一般在20～28 ℃，低于20 ℃彩色多普勒、電子計算機斷層掃描（computed tomography，CT）等儀器不能啟動，血球計數儀則會提示堵孔[50]。濕度范圍多要求相對濕度在70%～80%，高原冬季氣候干燥，相對濕度小于40%，易產生靜電，加之高原地區日照時間長，物體表面靜電不易釋放，從而造成設備電路板損壞，如電腦主機出現藍屏、死機以及通訊中斷等情況[50]；夏季高原多雨、潮濕，且晝夜溫差大，易導致電子元件板上、元件腳上結露，電機、變壓器和高壓電纜的絕緣程度降低，從而引發短路，燒毀設備。同時由于高原地域氣候多變等條件限制，供電系統不穩定，電源含有較高的脈沖電流，經常突發停電，儀器設備充電時容易因頻繁突發停電而造成不可逆損害[51]。
（2）普及與應用：智能可穿戴設備種類繁多，性能和監測數據的可靠性也在不斷提高，但因高原各種環境因素導致其使用受限，目前可穿戴設備尚未在生活于高原的人群中普及使用，對設備收集的數據信任度較低。
4 總結與展望
高原環境對人體的心、腦器官危害尤為突出，不僅加重人體生命健康負擔，還嚴重制約高原勞動力，影響地區建設和經濟發展。智能可穿戴設備具有便攜、實時、動態和連續等特點，可及時對身體異常進行預警的同時，收集生理數據，供臨床研究者進行研究與分析，從而推動高原心腦疾病的防治與發展。目前智能可穿戴設備在高原環境下的應用推廣尚處于起步階段，如何擴大其在高原環境下的應用，造福高原人群將是未來所面臨的重大挑戰。筆者認為應用于高原環境下的智能可穿戴設備可根據高原環境進行設計和改進，并借鑒飛行員多生理參數采集模塊嵌入式設計方式的標準進行開發。同時還需加強對設備功能及智能優勢的宣講與普及，為醫務人員及適用者充分認識可穿戴智能設備提供便利，從而將該設備應用于高原環境，有效防治高原心腦疾病。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：陳正舉負責本研究文獻統計、分析以及撰寫文章；古秋梅負責文章修改；王貴玉、王敏負責文獻檢索、收集和整理；陳蕾負責指導研究、文章審校。
引言
醫學將海拔在2 500 m以上的地區稱為高原（Plateau），高原環境以低壓、低氧、日照長、紫外線強、低溫且晝夜溫差大為主要特點，其中低壓、低氧最為顯著。高原病（high altitude disease，HAD）是在高原低氧、低溫環境的一種特發性疾病，因人體機能隨海拔高度增加而逐漸下降引起機體缺氧。全球約有1.4億人世居高原，而我國作為全球高原面積最大的國家之一，約有6 000～8 000萬人居于海拔2 500 m以上。隨著青藏鐵路全線建成通車與青藏高原不斷建設和發展，援建開發高原的人員不斷增加，罹患高原病的人數也逐年增長。臨床研究顯示，高原環境主要影響人體心、腦器官，在不同海拔高度和季節，心腦疾病發病的速度、嚴重程度和表現形式各異，主要的防治措施是藥物為主，輔以給氧，并且在可行的情況下將患者轉入低海拔地區，目前新的防治手段進展緩慢。近年來，隨著可穿戴設備技術的應用和推廣，可對身處高原的人員進行生理指標的實時監測、數據分析以及預警提示，指導高原病患者根據指標信息盡快就醫，同時還可幫助醫生了解患者實際情況，并及時做出診斷。此外，可穿戴設備技術的應用還能夠進一步輔助了解高原多因素環境如何在時間序列上對大腦活動和功能產生影響，這也是對全球腦科學計劃研究工作的一項重要補充。
1 高原環境對心、腦器官的影響
1.1 高原環境對不同人群心腦系統的影響
高原疾病分急性和慢性兩類，主要危害人的心、腦器官。急性高原病包括急性輕癥高原病 (acute mild altitude disease，AMAD)、高原性肺水腫（high altitude pulmonary edema，HAPE）和高原腦水腫（high altitude cerebral edema，HACE）；慢性高原病包括：高原衰退（high altitude deterioration，HADT），高原心臟病（high altitude heart disease，HAHD）和高原紅細胞增多癥（high altitude polycythemia，HAPC）[1-3]。其中AMAD、HACE、HADT和HAPC的臨床癥狀均以神經系統表現為主。高原病在不同海拔高度以不同的病癥形式出現，如圖1所示，其神經系統表現及伴隨癥狀也各有特點。當海拔高于2 500 m時部分人群可能出現機體活動能力下降，高于3 000 m可能出現思維判斷能力下降，高于4 000 m可能出現大腦優勢半球功能受損，高于5 000 m可能出現機體感知功能障礙、記憶力明顯下降，高于7 000 m則可能出現機體智力及肌肉運動協調障礙，甚至意識喪失[4]。
圖1
海拔、氣壓、溫度與高原病的分布情況
Figure1.
The distribution of altitude sickness and the altitude, atmospheric pressure and temperature
目前認為孕婦進入高原環境將面臨風險，高原環境對孕早期主要的風險是異位妊娠及流產，孕晚期以早產為主[5]。高原環境對妊娠中后期的主要風險是發生高原先心病，先心病重要的并發癥是腦損傷和神經發育障礙，主要由包括腦大小異常、結構異常以及代謝功能異常的腦發育異常引起。對比研究先心病患兒和同孕齡非先心病患兒，前者腦代謝率下降、成熟度落后、血流量減少[6]，行磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）檢查可發現其腦室擴大、皮質發育延遲、小腦蚓部和胼胝體發育不全等腦大體結構異常之外，同時存在腦室周圍白質和皮層發育的危險結構改變。高原環境下AMAD和HAPE的兒童發病率分別為34.1 %和1.51 %。兒童急速進入高原后可短期（多在2周內）發病，表現為明顯的咳嗽氣促、煩躁不安和拒奶等，常伴呼吸道感染。幼兒患者往往病情重、發展快，易進展為急性心力衰竭，影響預后[7]。
與此同時，就人群性別而言，研究發現長期處于高原環境對男性生殖內分泌及職業倦怠均有影響。在對高原駐扎部隊男性軍人的研究表明，駐扎時間越長，高原特殊環境對其情感耗竭和成就感降低影響越大[8]。同時還發現，駐藏部隊成年男性精子密度和活力較周邊省市常駐人群明顯降低[9]。而世居藏族較移居漢族男性人群無精子癥、嚴重少精子癥和精液粘稠度異常發病率也顯著增高。
1.2 高原環境對實驗動物心腦系統的影響
高原心腦疾病具有一系列特殊性，包括病因、臨床表現、發病機制和防治等方面。高原的特殊環境多導致不同高原病種混合發病，不同海拔和民族的臨床表現多樣，具有復雜性和不典型性，其病因、發病機制及發病規律還需進一步深入研究，并完善相關防治方案[10-11]。目前心腦疾病的基礎實驗是在低氧低壓模擬艙中對動物模擬高原環境[12-13]，對其進行分子、細胞、信號通路網絡和MRI影像四個方面的研究[14-34]，以此探索高原心腦疾病的發病機制，尋找保護和預防措施，如表1所示。
表1
高原心腦疾病的相關基礎研究
Table1.
Related basic research on heart and brain diseases at high altitude
1.3 高原環境對心、腦生理指標的變化的影響
對短期內（7～30 d）進入不同海拔高度地區的駐防軍人生命體征改變情況的觀察研究表明，初次進入3 000～4 000 m高海拔地區的軍人，心率由（73.0 ± 16.0） 次/min升至（100.7 ± 21.6）次/min，血壓由（98.7 ± 11.9）/（67.0 ± 8.8） mm Hg升至（110.7 ± 12.9）/（71.7 ± 7.8） mm Hg；進入海拔4 001～5 000 m的軍人，短期內，心率由（69.7 ± 15.1）次/min升至（105.1 ± 20.6）次/min，血壓由（99.6±12.0）/（66.8±10.8） mm Hg升至（116.5±14.3）/（76.0 ± 12.3） mm Hg；而對于進入海拔5 001～6 000 m的軍人，在短期內心率可由（69.2 ± 14.0）次/min升至（112.1 ± 17.4）次/min，血壓可由（99.9±13.0）/（66.9 ± 9.1） mm Hg升至（123.5 ± 16.6）/（83.0 ± 13.4） mm Hg[5]。海拔越高，心率及血壓升高越明顯，當收縮壓每升高20 mm Hg或舒張壓升高10 mm Hg，心腦血管并發癥的風險即可增高1倍，提示海拔高度與生命體征改變的差異具有統計學意義[5]。
2 心、腦生理指標和疾病狀態監測的可穿戴設備概述
從1970年至今，可穿戴設備已經發展為第4代集傳感器、無線通信和多媒體等技術于一體的智能設備，具有可移動性、可穿戴性、可持續性、簡單操作性、可交互性的基本特征。新一代可穿戴設備由軟件進行感知、記錄、分析、調控、干預甚至治療疾病或維護健康狀態，主要應用于健康監測、慢病治療和康復護理三大健康領域，如表2所示。
表2
智能可穿戴設備的應用領域
Table2.
Application fields of smart wearable devices
2.1 消費級和醫用級設備
智能可穿戴設備主要分為消費級和醫用級。其中，消費級智能可穿戴設備針對健身愛好者，可對運動量、心率、呼吸、睡眠、熱量消耗和體脂測量等生理指標進行監測，可實時查看相關健康指標。醫用級智能可穿戴設備不僅具有監測功能，還可提供相應治療，主要針對下述各類疾病患者人群：一是可對特定疾患人群進行體溫、血壓、血糖、供氧、和心電信號等體征數據進行實時監測，確保患者各項生理指標在正常范圍值內，實現患者健康風險防范；二是對一些慢性病患者人群進行指導管理和干預治療等，并且醫用級設備需經國家藥品監督管理局（National Medical Products Administration，NMPA）、美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）、歐盟市場 (Conformite Europeenne，CE）或歐盟醫療器械（Medical CE）認證。
消費級智能可穿戴設備種類繁多，包括手環、手表、智能服裝、書包和鞋襪等，其形式多樣，技術壁壘較低、可廣泛應用于健康和亞健康群體。
醫用級智能可穿戴設備主要包括慢病監測和干預治療兩類，慢病監測類可聚焦某一特定慢病病種，具備相對專業的監測數據和預警能力，能夠滿足相應慢病患者人群的日常醫療需求，但多數仍在扮演健康管家的角色。干預治療類以慢病治療領域為切入點，目前已有間歇式震顫監測系統和人工胰腺系統等智能設備相關研發問世，其優勢在于縮短診療流程與節約醫療成本。同時在神經系統康復護理應用中，此類設備還可通過步態監測等追蹤分析，對人體運動健康功能和愈后康復效果進行評估。目前，干預治療類可穿戴設備尚處于起步階段，國內相關研發生產企業較為匱乏，主要以國外企業為主。
目前醫用級智能可穿戴設備可通過不同部位監測人體的生理指標，如圖2所示，大部分設備已獲得認證，相關產品也已申請專利，如表3所示。因此，可考慮將便攜式可穿戴設備應用于高原心腦疾病的研究和防治，并開展相關臨床試驗。
圖2
不同類型的可穿戴設備
Figure2.
Different types of wearable devices
表3
智能可穿戴設備國內外專利情況
Table3.
Patent status of smart wearable devices at home and abroad
本文篩選列出了經過FDA、CE或國內醫療器械認證及可輕便佩戴的智能可穿戴設備（如表4所示）[35-42]。
表4
代表性設備
Table4.
Representative equipment
2.2 科研設備
目前對腦部檢測最具代表性的智能可穿戴設備分為兩種。一是基于光泵磁力計（optically pumped magnetometer，OPM）的腦磁圖（magnetoencephalography，MEG）系統（OPM-MEG）的頭盔。其中，MEG即通過測量頭皮神經電流產生的磁場獲得人類腦部電生理數據，同時直接成像[43]。MEG通過對磁場的數學分析形成三維圖像，可以實時反映腦部網絡，并且可對神經、神經退行性和精神健康情況進行研究，該系統還可以對嬰兒與兒童腦部活動進行監測[35]。MEG設備具有輕便、靈敏度高和適用人群廣泛的特點，但其線纜較多，且需定制頭盔尺寸。二是近紅外光譜腦功能成像（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）設備。fNIRS是一種新興的安全有效的非侵入式腦功能成像手段，目前國內外均已研發出該設備。fNIRS設備利用近紅外光來測量氧合血紅蛋白（oxygenated hemoglobin，oxy-Hb）與脫氧血紅蛋白（deoxygenated hemoglobin，deoxy-Hb）濃度的變化，考察細胞能量代謝以及大腦皮層血流動力的變化，間接反映神經活動，從而實現對腦功能活動的監測，可廣泛應用于精神、神經、兒童和康復領域的腦功能成像研究與臨床應用范式標準化，但目前該類設備還局限于科研使用。
3 可穿戴設備在高原環境的應用與局限性
目前已有相關文獻報道，處于高空、低氧環境的飛行員所使用的可穿戴設備具有小型化、低功耗、高精度和便攜性的特點，同時系統可通過對飛行員飛行任務前后長達三天的心電、呼吸、體溫等生理參數進行監測、采集、傳輸并及時分析各項指標，從而保障飛行員的健康，降低事故發生的概率[44-48]。英國國防和科學技術實驗室也將便攜式心臟監測設備運用到士兵日常訓練中，監測士兵運動與安靜環境下心臟的各項指標[49]。基于此，智能可穿戴設備可應用于急進、短期和常駐這三個時間段。
急進高原容易引發AMAD或者HAPE、HACE，如出現身心疲憊、胸悶胸痛、心慌心悸、頭暈頭痛、頭暈目眩和耳鳴盜汗等癥狀時，可立即使用手持式或腕帶式智能可穿戴設備，該類設備能夠在15 s內快速對人體心率、血壓和血氧飽和度進行監測，從而對急性高原病進行預判，提醒送醫治療。短期入駐高原的人員，受不同海拔高度氣壓影響，氣壓和含氧量隨著海拔高度的增加呈曲線下降，海拔高度超過約2 800 m時，氣壓將會對人體生理指標產生影響，一方面在高海拔地區，特別是在活動中人體組織對氧的需求量很大時，壓力梯度和可用氧的明顯降低會導致組織缺氧，另一方面海拔上升后的循環系統變化涉及全身，尤其是大腦和肺部血管，因此在不同海拔下工作，使用頭戴式、穿戴式背心、貼片式或手持式智能可穿戴設備可對人體的心率、血壓、血氧飽和度以及睡眠情況進行實時監測，在生理異常情況下及時預警，停止工作，能夠有效預防急性高原病的發生。常駐高原10年左右的人員易患HADT、HAHD以及HAPC，從平原移居至高原的小兒，易罹患小兒HAHD，因此，常駐高原人員通過醫用級智能可穿戴設備長期進行生理指標監測，對個人心率、血壓、血氧飽和度和睡眠等情況進行分析，及時開展有效的慢性心腦疾病篩查，可降低高原環境對人體造成的危害。
新一代智能可穿戴設備為防治高原病帶來可能，但高原環境除低壓低氧外，其日照長、紫外線強、低溫且晝夜溫差大和地域氣候多變等特點，也對智能可穿戴設備在此類環境下的運用帶來挑戰：
（1）環境因素對設備的挑戰：智能設備受高原環境影響會導致其檢測結果不準確、精準度不穩定和設備易損壞等問題。常規設備對于溫度和濕度均有一定要求，適宜范圍內方可正常工作。溫度范圍一般在20～28 ℃，低于20 ℃彩色多普勒、電子計算機斷層掃描（computed tomography，CT）等儀器不能啟動，血球計數儀則會提示堵孔[50]。濕度范圍多要求相對濕度在70%～80%，高原冬季氣候干燥，相對濕度小于40%，易產生靜電，加之高原地區日照時間長，物體表面靜電不易釋放，從而造成設備電路板損壞，如電腦主機出現藍屏、死機以及通訊中斷等情況[50]；夏季高原多雨、潮濕，且晝夜溫差大，易導致電子元件板上、元件腳上結露，電機、變壓器和高壓電纜的絕緣程度降低，從而引發短路，燒毀設備。同時由于高原地域氣候多變等條件限制，供電系統不穩定，電源含有較高的脈沖電流，經常突發停電，儀器設備充電時容易因頻繁突發停電而造成不可逆損害[51]。
（2）普及與應用：智能可穿戴設備種類繁多，性能和監測數據的可靠性也在不斷提高，但因高原各種環境因素導致其使用受限，目前可穿戴設備尚未在生活于高原的人群中普及使用，對設備收集的數據信任度較低。
4 總結與展望
高原環境對人體的心、腦器官危害尤為突出，不僅加重人體生命健康負擔，還嚴重制約高原勞動力，影響地區建設和經濟發展。智能可穿戴設備具有便攜、實時、動態和連續等特點，可及時對身體異常進行預警的同時，收集生理數據，供臨床研究者進行研究與分析，從而推動高原心腦疾病的防治與發展。目前智能可穿戴設備在高原環境下的應用推廣尚處于起步階段，如何擴大其在高原環境下的應用，造福高原人群將是未來所面臨的重大挑戰。筆者認為應用于高原環境下的智能可穿戴設備可根據高原環境進行設計和改進，并借鑒飛行員多生理參數采集模塊嵌入式設計方式的標準進行開發。同時還需加強對設備功能及智能優勢的宣講與普及，為醫務人員及適用者充分認識可穿戴智能設備提供便利，從而將該設備應用于高原環境，有效防治高原心腦疾病。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：陳正舉負責本研究文獻統計、分析以及撰寫文章；古秋梅負責文章修改；王貴玉、王敏負責文獻檢索、收集和整理；陳蕾負責指導研究、文章審校。
