集成多传感器的医疗可穿戴设备，可实时监测多个与心力衰竭相关的生理参数

心血管疾病（CVD）是一组心脏和血管疾病，如心肌梗死，通常被称为心脏病发作、心力衰竭（HF）、风湿性心脏病和肺动脉疾病。心力衰竭是一种严重的心血管疾病，全世界估计有6434万例患者。心力衰竭是一种渐进性临床综合征，其特征是心脏结构异常，心脏无法泵出足够的血液来满足身体的需求。通过连续实时地监控，可以更好地管理心力衰竭。在过去，人们已经做出了一些努力来治疗心力衰竭。这些努力大多基于单一参数，例如胸阻抗或心率。

近日，佛罗里达大西洋大学（Florida Atlantic University）报道了一种医疗可穿戴设备（HWD），该设备可以提供与心力衰竭相关的多个生理参数的监测。它基于同时感测多个参数，包括胸阻抗、心率、心电图（ECG）和运动活动。这些参数是使用不同传感器测量的，这些传感器嵌入在可佩戴的腰带中，以用于连续和实时监测。该医疗可穿戴设备已经在不同条件下进行了测试，包括坐、站、躺和行走。结果表明，所开发的可穿戴设备在所有条件下都能监测上述参数。

在这项工作中，传感器集成在单个微控制器上，以Arduino Uno作为微控制器监控多个参数。最终模块如下图所示。该模块重量轻，尺寸为120.1mm × 125mm，便于用户佩戴。在136mA电流和5V电压下，模块的最大功耗为0.6W。这种功耗允许模块使用小型紧凑电池，适合长时间采集数据。为此，研究人员使用了650mAh容量的锂离子电池。在完全放电之前，电池可以支持大约4.7小时的不间断数据采集，且充电只需几个小时。这种不间断的数据对于连续和实时监测心力衰竭至关重要。

研究人员所开发的这种医疗可穿戴设备可以读取胸阻抗、心电图、心率和运动活动检测等参数。医疗可穿戴设备在不同条件下进行了测试，并获得了不同人体状态的相应结果。从结果中可以看出，所有传感器都记录了不同条件下的变化。位置传感器准确地显示了不同条件下的位置变化，并且还可以用于识别佩戴者的不同状态。此外，心率传感器还实时监测心率。医疗可穿戴设备还准确地监测到胸阻抗的微小变化。据观察，胸阻抗不会随着位置的改变而受到显著影响，并且对于给定的受试者，平均胸阻抗与预期相同。

与大多数ECG监视器一样，ECG传感器对运动非常敏感，并且在运动过程中，特别是在行走时，经常会出现运动伪影。然而，即使在行走时，ECG仍保留其QRS复合波和R峰，这是左心室肥厚（LVH）的重要指标。LVH是心力衰竭的重要原因。此外，在所提出的医疗可穿戴设备中，胸阻抗传感器是手动校准的，但是一旦被校准，在模块不间断的使用过程中，则不需要进一步的校准。所有传感器都集成到一个腰带模块中，可以轻松地长时间佩戴，而不会影响患者的日常活动。蓝牙模块用于实现传感器数据的自动传输，无需任何用户输入，即可传输至终端进行进一步分析。

简而言之，研究人员开发的医疗可穿戴设备可以监测多个参数，如胸阻抗、心率、心电图和运动活动，以更好地管理心力衰竭。医疗可穿戴设备消耗大约0.6W的功率，因此可以使用小型电池供电。电池容量为650mAh时，允许模块连续监测数据至少4.7小时，并可在数小时内完成充电。医疗可穿戴设备在不同条件下获得的初步结果十分令人鼓舞，可用于在项目的下一阶段开发预测心力衰竭的算法。这种医疗可穿戴设备重量轻，尺寸为120.1mm × 125mm，可以方便地佩戴在腰部。

论文信息：
https://www.nature.com/articles/s41598-022-23680-1