穿戴医疗（精选6篇）
穿戴医疗 篇1
目前的可穿戴医疗设备实际上多数还只是健康管家的角色, 与智能医疗的概念相距甚远;未来如果打通医疗数据的互通互认, 可穿戴医疗设备也许会迎来新的爆发点。
近日, 天津一家可穿戴医疗设备生产商橙意家人推出橙意鼾症检测仪2.0, 并在北京朝阳医院发布睡眠呼吸整体解决方案, 试图打破穿戴设备产品目前浮于表面的健康管理模式。
使用者佩戴该款检测仪手表, 经过7小时的睡眠, 可以采集到血氧、脉率等数据;在手表与手机通过APP关联后, 数据可以传到医生的电脑终端。医生根据手表收集的数据完成专业的诊断后, 向用户手机反馈详细的报告。
通过与线下三甲医院在临床使用方面的合作, 橙意鼾症检测仪连通设备使用者、APP和医生, 形成了一条监测—治疗—康复的医疗服务闭环生态链。
北京朝阳医院睡眠呼吸中心主任郭兮恒在发布会上表示, 橙意鼾症监测仪的相关数据与临床导睡眠图金标准相似率达到95%以上, 可作为睡眠呼吸暂停综合症的筛查判断, 并提供初级诊断的可靠依据。
据悉, 橙意家人本次的产品发布会是国内首个落地在三甲医院的移动医疗项目发布会。
市场研究公司IDC预计今年可穿戴设备销量将由去年的2640万元增长173%至约7210万元。听风平安卫士裔云天则表示, 可穿戴设备的下一个突破点很可能是在医疗健康领域。
医药战略规划专家史立臣告诉笔者:“现在的可穿戴医疗设备还处于探索期, 离成熟期还有很长一段距离。市场之所以如此火爆, 缘于大家都在炒这个概念, 可能是为了融资, 也可能是为了做市值管理。”
不过, 也有业内人士认为, 目前的可穿戴医疗设备市场, 繁荣只是假象, 各种健康监测设备, 看起来贴心, 实际上多数都是浅层的健康管家角色, 与智能医疗的实质概念相距甚远。由于其功能“鸡肋”, 且过于同质化, 在取得重大突破之前, 将不能给消费市场带来长久的吸引力。
移动医疗软件易问医CEO王臻也有同样的看法:“现在的可穿戴设备大都偏向于大健康, 今后的发展方向应该向医疗靠拢一些。未来肯定会有市场, 但不仅要被广大的用户接受, 还要被医院、医生接受, 这确实需要一些时间。”
超过300亿美元的市场
目前在电商平台搜索可穿戴手表、手环等可穿戴产品, 品牌不下百种。
6月4日, 华为宣布在美国市场发售Talk Band B2智能手环, 同时与美国旧金山的一家可穿戴设备创业公司Jawbone达成战略合作。今后华为可穿戴产品的数据将整合入后者的UP应用生态圈中, 其UP平台目前已经有3000多个应用, 为用户提供从健身指导到连接家庭温度计在内的诸多服务。
市场调研机构IDC发布的最新报告显示, 今年第一季度全球可穿戴设备发货量达到1140万部, 同比增长200%, 连续第八个季度实现增长。
根据易观智库提供的数据, 中国智能可穿戴设备市场在2014年的规模为22亿元人民币。2015年, Apple Watch的正式上市将会极大**整个智能可穿戴设备市场规模的增加, 预计市场规模将会达到135.6亿元人民币。
出门问问市场总监陈思诺向笔者透露, 他们的Ticwatch手表从6月3号发布以后一共不过一周时间, 目前在京东众筹的销售情况比预计的要火爆得多, 总金额已经超过了600万元人民币。
“从Ticwatch的销售情况来看, 爆发的这个时间点比预计的更加提前, 说明市场期待真正好玩好用的可穿戴设备。”陈思诺说到。
从资本市场的流向也能窥见目前可穿戴设备市场的火爆程度。
在近日橙意家人的新品发布会上, 橙意家人宣布将牵手阿里云, 推出国内首个云上医患互动鼾症平台。
早在去年, 小米即以2500万美元注资九安医疗, 占股20%, 之后便推出i Health智能血压计。
目前, 苹果、三星、谷歌、索尼、高通等国际企业都在可穿戴医疗市场重点发力, 软硬件方面以及生态系统方面都有所建树。国内企业除九安医疗之外, 歌尔声学、长信科技等企业也都相继推出了可穿戴医疗产品。
市场调研机构HIS预计, 到2018年, 全球可穿戴设备销售额将从2012年的97亿美元增长到336亿美元, 年均复合增长率高达22.9%。
现实困境
火爆的现状遮盖不了现实困境。
广州祺鹰医疗设备科技有限公司总经理吴俊告诉笔者:“健康管理涉及的内容太广太专业, 目前移动可穿戴设备提供的人体体征信息太少太小, 且采集条件缺少专业指导, 一般没什么医疗价值。从专业上说健康管理、医疗检测涉及的医疗设备都需要医疗器械注册证, 其实目前的很多可穿戴设备都算不上医疗设备, 一些可穿戴设备具有监测血压、心跳的功能, 但也只是将传感技术运用到可穿戴设备采集使用者的体征数据, 更像一个涉及医疗技术的消费电子产品。”
“目前的可穿戴医疗设备基本停留在外围领域的健康管理, 想要突围到更深层的的医疗诊断领域, 还面临很多现实的困境。一方面受限于可穿戴设备自身的技术瓶颈, 另一方面是技术突破之后如何进一步和医院开展合作的问题。”医药战略规划专家史立臣分析认为。
在易问医CEO王臻看来, 现在的可穿戴设备在精准度和临床方面还离得很远。比如说运动手环, 一般人可能会觉得能够随时检测自己的身体状况挺不错, 但是在专业的医疗人士看来, 会觉得这种检测非常笼统, 不够医疗化。
“即使现在穿戴医疗设备收集的健康信息很精确, 最终要运用到临床, 也非常不容易。一方面可穿戴设备公司要和医院展开合作, 另一方面还要说服设备的使用者配合医院。这种2B+2C的模式, 对所有创业公司来说都很艰难。”王臻进一步说道。
在医药战略规划专家史立臣看来, 在我国目前的医疗体制下, 想要让医院使用可穿戴医疗设备收集来的信息是很不现实的。
“首先是医疗本身是一个非常专业的领域, 医院先进的医疗设备较之可穿戴设备具有不可比拟的优势。再者, 如果可穿戴医疗设备在有些方面能够做到和医院的医疗设备一样的精确度, 替代之后就会和医院存在竞争关系了, 医院怎么可能让你切走它的蛋糕。我认为可穿戴设备唯一的出路就是健康管理, 这一块和医院没有冲突。”史立臣说。
“医疗数据的互通互认是一个重要的问题。现在在一家医院做的检查结果, 到了另一家医院可能就用不了, 更何况是在医院之外的非医疗条件下从可穿戴医疗设备采集来的数据, 医院更难以接受。如果未来国家能够逐步打通医疗数据的互通互认, 可穿戴医疗设备也许会迎来新的爆发点。”广州祺鹰医疗设备科技有限公司总经理吴俊说道。
可穿戴设备：医疗物联网潮流先锋 篇2
近期，随着谷歌眼镜、智能手表等智能消费终端的推出，一股由可穿戴设备掀起的科技浪潮正试图开启物联网2.0时代的大门。相较于物联网1.0时代对传统行业的信息化模式，由可穿戴医疗设备带动的物联网2.0时代，正在致力于突破孤岛，实现各种应用的互联。而在亚健康和个性化健康管理的观念日益普及下，可穿戴设备也在成为唤醒医疗物联网2.0的潮流先锋。
但不可否认的是，尽管可穿戴医疗的前景很美，但其价值并未真正显现，已面世产品与用户的实际生活仍有距离。
不得不规划和管理的亚健康状态
在现代快节奏的社会生活中，很多人由于不正确的生活方式，身体常常处于亚健康状态。中国首部保健用品蓝皮书《中国保健品产业发展报告》公布的相关数据显示，中国亚健康状态者所占总人口比例高达77%，即中国处于亚健康状态的人数已超7亿。人体处在亚健康状态，就极有可能患上各种严重疾病，如心脑血管病、骨质疏松、肾结石、关节炎、痛风、高血压、癌症、高脂血症、糖尿病等。可以说，亚健康就是大多数慢性非传染性疾病的前状态。
欧美国家早在十几年前就已经提出和普及“亚健康概念”，在这一点上，我国的起步比较晚。目前我国的“亚健康”人群规模及严重程度，已不容我们乐观，特别是企业职员、中高层管理人员及强脑力工作者，亚健康状态尤为严重和普遍。
幸运的是，随着科学的发展，医疗水平的提高，重大疾病的治愈率逐年提高，即使是癌症，如果及早发现，有效治疗的话也是可以被治愈。那么，如何规划和管理的亚健康状态呢？
幸运的是，随着物联网技术的发展，采用多种传感器的融合、创新的可穿戴设备，正在打破原来的状态。
例如：通过生物传感器监测到人体血压、血脂过高时，能警告用户改变不良的生活习惯，加强体育锻炼；运动传感器负责监督人体每天的锻炼情况；环境传感器负责监控人体周围的环境状况（如有无吸烟和环境污染等）；最终，通过三类传感器的有效配合，很好地控制疾病。合理的慢性疾病管理，能够避免看急诊和住院治疗，减少就医次数、节约费用和人力成本。
正因为可穿戴医疗能够让患者（用户）管理自己的疾病，得到及时的帮助。因此任何一个慢性病里面，上百万的活跃、专注的用户是完全有可能的，大量的用户的临床数据存在巨大的商业价值和社会价值。
可穿戴智能医疗能够协助患者进行经过科学设计的个性化健康管理，通过检查指标来纠正功能性病理状态，中断病理改变过程。合理的慢性疾病管理，能够避免看急诊和住院治疗，减少就医次数，带来费用和人力成本的节约。在全球范围内针对移动医疗服务效果的临床研究显示，出院后的远程监护可将病人的全部医疗费用降低42%，延长看医生的时间间隔71%，降低住院时间的35%。
健康管理理念的兴起使可穿戴医疗有了广泛的需求基础。从苹果UP手环到谷歌眼镜，涵盖了健身、健康管理等方方面面，有人甚至预言“可穿戴医疗革命”即将引爆。
医疗：可穿戴设备最具前景的应用领域
从2013年起，五花八门的可穿戴设备开始出现，智能眼镜、智能手表、运动手环、穿戴心电马甲、可穿戴式血压计……这些可穿戴设备被认为是继智能手机和平板电脑后最热门的移动产品。2014年5月，中国（北京）国际技术转移大会举办了“可穿戴医疗设备与智慧健康”专场，其设立的可穿戴医疗设备展台让参观者大开眼界。
2014年5月，可穿戴设备领域出现了几件重大的事情，一是Google 1.3亿美元领投大数据医疗Flatiron Health，以及苹果招募医疗人才（苹果公司过去一年至少已经从生物医学领域挖走了6位一流专家。5月29日上午，英特尔也在Re/Code大会上推出了智能T恤产品。
这款T恤，是由英特尔之前收购的AIQ公司开发的。T恤搭载Edison芯片，采用可拆卸电池供电，方便用户清洗。同一天，三星也发布了一款名为Simband的可穿戴医疗平台。这款产品与现有的智能手表非常相似，采用正方形外壳和大号的彩色触摸屏，并且配备Wi-Fi和蓝牙模块，可监测心跳和含氧水平。
正因为有如此多种类的可穿戴设备投入市场，2014年也被称为“可穿戴科技之年”。也正因为可穿戴设备在医疗领域广泛的应用前景，有专家预测，可穿戴医疗设备将是引爆医疗健康领域的一场革命。因为它不但可以随时随地监测血糖、血压、心率、血氧含量、体温、呼吸频率等人体的健康指标，还可以用于各种疾病的治疗——“也许就在2016年，医生坐在办公室里，就可以通过一部智能可穿戴设备反馈的信息查看地球另一端某个病人的心电图，这就是正在发生的医疗技术革命”。美国霍普金斯医院前心内科医生Eric Topol 在他的新书《the creative destruction in medicine》中，将可穿戴医疗设备和移动医疗列为医疗领域最具潜力的破坏性创新技术。
市场研究机构Transparency Market Research研究表明，医疗是可穿戴设备最具前景的应用领域（其次是健身和娱乐）；Ahadome预测可穿戴技术在医疗保健领域至少占可穿戴设备的50%份额。可穿戴设备将为医疗器械行业带来一场革命（微型化—便携化—可穿戴化），不但可以随时随地监测血糖、血压、心率、血氧含量、体温、呼吸频率等人体的健康指标，还可以用于各种疾病的治疗，如电离子透入贴片可以治疗头痛，智能眼镜可以帮助老年痴呆症患者唤起容易忘记的人和事，Google Glass可以全程直播外科手术等。
据IDC估计，到2020年无需人工操作的可穿戴智能设备总数将超过300亿个，而能连接上网的各种“小玩意”则会多至2120亿个，其中有近2/5属于医疗领域。根据iiMedia Research数据，2012年中国可穿戴医疗设备市场规模为4.2亿元，到2015年这一市场预计将达到12亿元，2017年将达到47.7亿元，年复合增长率达60%。美国消费电子协会（CEA）报告显示，未来5年内，可穿戴设备的整体市值将超过80亿美元（约合480亿人民币），主要受益于医疗保健类产品的推动。
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探索怎样的商业模式？
可穿戴智能医疗设备能够有效地协助患者进行个性化健康管理，通过对各项指标的检测来纠正功能性病理状态。目前已经有越来越多的公司进入这个领域。医疗领域，一直都是各种新技术觊觎的重点市场，在中国医疗服务大概是2-3万亿人民币的规模，占GDP5%-6%的比例左右。美国的医疗服务市场则达到了2-3万亿美金，占到美国GDP比例的17%左右。
目前，可穿戴医疗设备在技术层面已经有了很多突破，可穿戴设备正在通过语音识别、眼球追踪、骨传导技术、低功耗和能源技术、裸眼3D技术、高速无线、人体芯片和物联网、大数据、云计算等技术开始生产越来越多的产品。智能手环、智能腕表、智能耳套、智能虹膜、智能腰带、智能鞋……各种具备检测体征、睡眠、坐姿、脑电波等功能的智能可穿戴医疗设备也在市场上掀起热潮。目前，可穿戴设备已经被应用到慢性病管理、疾病预防、健康保健、居家养老等方面。不过，大多数产品仍处于实验期或推广初期，且价格偏高，商业模式仍处于探索阶段。如果以“互联网基因”来定义可穿戴智能医疗设备，当然目前价格偏高的价格还不能让大多数人接受。所以，已经有越来越多的公司开始探索如何通过硬件粘住客户，以及如何利用硬件背后收集到的医疗云端“大数据”来产生新的商业模式。
经过比较和总结可以发现，目前通过设备销售来完成价值转移的商业模式已经越来越少，更多的公司开始通过服务模式的改进向用户、企业、科研机构、医院、医生甚至保险公司来收取费用。下表就列出了一些衍生的商业模式：
综合来看，寻找可以产生增值效益的商业模式对可穿戴医疗设备厂商尤为重要。可穿戴医疗设备行业产业链由硬件、应用、运营服务、大数据等组成。医疗设备制造商、移动运营商、系统集成商、软件方案商等都是移动医疗产业链的重要参与者。
目前，可穿戴医疗设备虽然技术层面已经有所突破，但是可穿戴医疗作为未来移动互联新的入口，最大的潜力不在于硬件本身，而在于通过硬件粘住客户，在于硬件背后收集到的医疗云端“大数据”，以及由此衍生出的商业模式。
普及尚需时日
医疗穿戴设备这一技术不仅给慢性病患者带来了自由，减轻了住院的经济负担，而且为医院节约了医疗资源。特别是中国进入了老龄化社会以后，老年人需要更多的医疗关注，最有效的方法是让每一位老年人都佩戴移动医疗设备，进行实时的医疗监控。老年人需要长期的医疗监控的特点为医疗穿戴设备提供了极大的市场。除了用于个人医疗保健和生活运动的可穿戴医疗设备外，用于医生护士临床治疗和监护的移动式可穿戴设备仪器，也在陆续应市。
据不完全统计（截止到2014年6月末），中国投入医疗穿戴设备研发和生产的企业达到420家左右，国际上则达到2000多家。但是目前为止，无论是国内还是国际，很多公司推出的可穿戴医疗产品销售状况并不乐观。比如浙江嘉兴统捷科技研发的针对中老年人的手机手表式健康检测远程跟踪监护器“腕宝”，因自身产品因素，通过网销及直销的模式均未达到预期目标。另外，如三星智能手表的销售数据显示，其日销售量仅为800～900台，远低于预期，其中价格昂贵是主要因素。九安医疗为了提前布局前端智能医疗可穿戴设备，曾重磅推出的iHealth产品，但到目前为止这种产品对公司业绩贡献并不大。九安医疗2013年年报数据显示，其营业收入为4.07亿，同比增加14.46%，其净利润为亏损834万，同比下降219.52%。其主要是外销的iHealth产品账款坏账达到383万。
同样在美国，可穿戴设备产品的利润也并不乐观。2014年1月份曾有报告称有1/3的用户在购买可穿戴设备之后6个月内即停止使用。美国的一些医生指出，目前可穿戴医疗设备功能同质化现象非常严重，大部分可穿戴设备的功能都集中在记录步数、估算消耗的热量以及跟踪用户的睡眠质量等方面，还有一些可穿戴设备能够跟踪记录许多用户的活动数据，但是这些数据最终却难以帮助人们针对自己的生活方式进行有意义的改变。也正因为如此，耐克公司就在前不久宣布裁减可穿戴硬件团队。
笔者调查后总结，目前可穿戴医疗设备产品市场销售不利的原因主要包括以下几点：
不过，人们对新生事物都会报以怀疑的态度，这也是正常的反应。从商店购物到网上购物，从按键手机到触屏手机，消费者的消费习惯是可以培养的。物联网2.0时代，培养的是每个物品都真正具备互联对话的能力。对于物联网2.0时代的前景，笔者也始终认为，其市场价值的显现，是帮助我们认识到更多更广的物理世界。当然也会更深刻地改变我们的生活。
可穿戴医疗设备技术发展分析 篇3
运行时预期由人体穿戴或附着在人的衣物上的设备,被称为可穿戴设备[1]。本文研讨涉及的可穿戴医疗设备,专指可穿戴于身体进行活动的、用于健康医疗用途的微型电子设备,以及其所属的互联网系统平台。
随着互联网核心基础技术的发展,例如IPv6、Web3.0等技术升级,尤其是移动互联网设备的兴起,可穿戴医疗设备在近十年间得到了快速发展,带动了各种面向公众客户、局域客户健康医疗系统平台、医疗诊断系统平台等互联网+健康医疗商业模式的建立和成长。有调研机构统计数据显示,2012年全球可穿戴医疗设备产品市场总额20亿美元,2013年增至28亿美元,预计到2019年将上升至58亿美元,平均年综合增长率高达16.4%,远远高于传统医疗器械的市场综合增长率[2]。快速增长的可穿戴医疗设备市场,促进了健康医疗检测技术、数字化医疗诊断技术、网络通信技术、电子工程技术、互联网云计算技术等多学科技术的发展和综合应用。
可穿戴医疗设备的市场主流宗旨是引导并促使佩戴者改变或改善个人习惯,在可实现健康促进、慢病管理、生理信息普查监测等商业运营模式下,达成符合预防医学意义的社会效益和经济利益[3]。在目前出现的各种应用场景中,可穿戴医疗设备虽可单独运行,但更常见的是作为信息感知器,采集佩戴者的健康医疗类生理信息,具备标识功能、远近距离无线传输功能、协同信息处理功能等,成为健康医疗互联网系统中感知层的智能化末端信息设备[4]。
可穿戴医疗设备技术发展的过程,是融合在健康医疗互联网系统的感知层技术、网络层技术、应用层等技术中综合协同发展的过程。
2. 技术发展分析
类似于SRI International研究有关Internet of Things的技术路径[5],可穿戴医疗设备的技术发展可分为下列层级:
•用于个体识别与标识的信息技术,例如电子身份、电子病历和个人信息等;
•生理信息、健康相关行为信息的采集、监控和归档,个人信息安全的实现;
•可穿戴医疗设备接收、执行系统指令,并对佩戴人体形成反馈的能力;
•远程医学、虚拟现实的实现,具备远程监测与控制管理的能力。
基于上述层级的技术进化和发展,可穿戴医疗设备技术发展绝不仅仅只限于智能化末端信息设备的单独存在和演进,而是健康医疗互联网系统整体技术的发展和完善,是包含系统构架、信息交互技术、健康医疗传感器、数字化信号处理与电子控制、信息安全、大数据处理、终端应用APP以及材料、能源技术等多项技术的综合协同发展。
2.1 系统构架技术发展
可穿戴医疗设备互联网的系统构架技术,是建立在互联网核心基础技术上、以专有技术进行发展和成熟的发展模式。
不同于传统医疗器械或健康设备以模型或功能的驱动方式,可穿戴医疗设备互联网系统以事件驱动方式为主、由下而上进行构建并囊括各种子系统的开放式构架,能够较容易地联入新的节点,方便提供功能性服务和意外服务处理。在这样的互联网系统中,一个健康或医疗事件信息可能不是预先被决定的,具备确定的软件流程处理算法和策略,实现自我表达的健康医疗服务内容。
泛在的可穿戴医疗设备互联网系统由五层机构组成:
•感知层:承担信息的收集和简单处理,主要由可穿戴式设备(和执行器)组成;
•接入层:完成各类可穿戴医疗设备(和执行器)的网络接入,例如3G/4G、Wi Fi、Bluetooth、Zigbee、甚至有线网络等;
•网络层:基于局域网、(移动)互联网,提供信息的远距离传输功能,包含数据库服务器、文件服务器、访问控制、信息安全等服务;
•业务层:形成“云”计算和服务的支撑服务,形成面向互联网计算的虚拟计算环境,提供包含处理能力、存储空间等基础设施服务(Laa S),支撑应用程序后台信息的软件服务(Saa S),和包含系统引擎的平台服务(Paa S);
•应用层:完成信息表达与处理,并按语义互操作和信息共享的服务呈现,例如,健康趋势报表、健康咨询、同类人群搜索交流、诊断报告和医嘱等。
可穿戴医疗设备互联网系统处于开放的竞争环境,系统框架需提供模块化、可扩展性和开放性的互联网“云”计算和服务平台。互联网核心基础技术的发展,为可穿戴医疗设备互联网系统提供了现实可行的体系结构构件方法。面向服务的体系结构(Service Oriented Architecture,SOA)构造分布式计算构架[6],制定适当的服务封装、服务关联耦合、服务抽象、服务重载等策略,向终端客户发送软件程序功能服务和其他服务,响应事件驱动方式所要求的智能化服务提供。
MVC模式是目前获得广泛采用的软件程序功能模式[7],将软件服务分为三个基本部分:模型(Model)、视图(View)和控制器(Controller)模型用于抽象并封装业务逻辑,制定相关的数据处理算法和策略;控制器控制软件程序的流程,响应驱动事件并进行处理;视图实现数据有序且有效的提供和刷新[8]。
2.2 传感技术发展
传感技术是智能化末端信息设备的基础核心技术,处于可穿戴医疗设备互联网系统中感知层。可穿戴医疗设备的传感技术相对较符合传统医疗器械供应商的技术能力,同时也是TI、ADI、NXP、Freescale、ONSemi、Maxim-IC、Microchip等半导体商业厂商竞争激烈的细分技术领域[9],技术和产品发展迅速。
总体而言,传感技术近年始终沿微功耗、微体积、高集成、专业细分的趋势向前发展,满足可穿戴智能化末端信息设备所需的可移动性、可穿戴性、可持续性、简单操作性、可交互性等特性[10]。以下是几类较典型的传感技术:
•生物电传感:TI公司的ADS1298[11]、ADI公司的ADAS1000系列[12]模拟前端器件,不仅使可穿戴医疗设备延伸包含3/5/12导心电记录仪、心电监护仪和心电图机,并且能延伸包含呼吸记录仪、脑电记录仪等设备;
•阻抗传感:AFE4300测量生物阻抗和重量参数[13],变频测量模式(0,1,5,50,100,200,and500 k Hz)可记录人体成分信息,含人体重量(Body Cell Mass,BCM)、免脂肪重量(Fat-Free Mass,FFM)、人体水分(Total Body Water,TBW)、人体细胞内水分(Intracellular Water,ICW)、人体细胞外水分(Extracellular Water,ECW)等参数的测量;
•温度传感:在适当的信号调理和无线传输模式下,在人体温度范围内,NTC温度感测器测量精度可达到0.05˚C,甚至更高精度,功耗很低,可连续30天连续监测婴幼儿、妇女的体表动态温度;
•光敏传感:传统的透射式测量方法不能很好的满足可穿戴血氧测量设备。ADPD174和AFE440为可穿戴于腕部、额头等部位所需的反射式测量血氧方法提供了高集成解决方案[14,15]。两种器件内都设置两个测量通道:一路通道使用绿光LED引导反射式心率测量,另一路引导红光和红外光引导反射式血氧测量,并具备光路隔离和环境光干扰抑制的功能;
•加速度传感:位置、姿态、计步等服务是可穿戴医疗设备的重要需求。FXOS8700CQ六轴传感器[16]集成了加速计和磁力计组件,提供运动传感、航向、位置服务等电子罗盘功能,满足可穿戴医疗设备对重点人群的位置、姿态监控需求;
•压力传感:动态血压的测量是诊断高血压病类的重要方法,鼻息流的测量是判断病人鼾症、慢阻肺(COPD)、阻塞性睡眠综合症(OSAHS)的依据。基于微压传感器的可穿戴的动态血压和鼻息流测量设备能够更好地满足长时间佩戴和测量的需求;
•超声传感:可穿戴胎心设备使用超声传感技术。连续的高精度胎心测量,进而计算胎动指标,并综合胎心、胎动指标判断胎儿信息,是可穿戴胎心设备的重要发展方向之一。
2.3 信号处理与控制技术发展
可穿戴医疗设备互联网系统的智能化末端信息设备,也即常常被称做可穿戴医疗设备,需对采集的健康医疗信息进行数字信号处理,并依据处理结果进入相应的控制流程。例如,通过生物电传感器互获取的心电信号,对信号进行滤波降噪后,提取信号的特征值,按照心电的生理信号逻辑计算心电的参数,识别心电异常信息,执行记录、报警、上传、甚至触发呼叫中心(Call Center)等流程。
数字信号处理的技术发展,从基于确定信号分析的FIR、IIR等经典处理方法,发展到基于随机信号的统计特征估算方法,例如,维纳滤波、卡尔曼滤波、功率谱估计、自适应滤波等[17],直到现代信号处理方法,如小波分析等[18]。同时,特征提取方法,从简单的阈值过滤,到基于模式识别的分析归类方法,直到分布式并行的自学习网络方法等。无论是信号滤波处理的发展,还是特征提取方法的进化,处理数据吞吐量海量增加对可穿戴医疗设备的处理器提出挑战,能量消耗也是必须考虑的问题。
所幸的是,嵌入式处理器MCU近年来也得到了快速发展。以目前应用比较广泛的ARM Cortex-M处理器为例,从最初的Cortex-M3,较后低端的Cotex-M0,到集成DSP指令构架的Cortex-M4,最新集成DSP和浮点运算的Cortex-M7,处理能力不断增强,运行效率提高,可穿戴医疗设备具备处理复杂信号的能力(见图1)。
2.4 信息接入技术发展
信息接入层是可穿戴医疗设备互联网系统中,连接智能化末端信息设备与网络的中间层级。信息接入方式,通常包括蓝牙、3G/4G、Wi Fi、Zigbee等无线传输,其中以蓝牙传输最为普遍。
可穿戴医疗设备并无世界或国家统一的信息接入协议,这些设备通常只具备有限的地址寻址能力和信息解析能力,缺乏对信息接入的开放性,信息交换参照预先规定的封闭协议,而不是语义式的可扩展协议。
始于2011年,蓝牙技术联盟(SIG)以通用规范(GATT-Based Specifications)的形式,陆续将健康医疗信息纳入蓝牙配置、服务、协议和传输规范[19,20]。表1是已经在蓝牙技术联盟生效的有关健康医疗信息的规范和服务。
2.5 信息安全技术发展
可穿戴医疗设备随着技术的发展其壁垒并非不可逾越,软硬件平台越开放,受到的安全挑战越大。可穿戴医疗设备的信息安全技术发展从未停滞。信息安全防范措施有以下三类:
•最小化权限:一方面,关闭可穿戴医疗设备当前不使用的无线接口,若开启,则需启动认证机制,对可穿戴医疗设备应用程序接口设定权限限制,明确相关接口赋予的允许或拒绝操作的权限;
•用户可知、可控:可穿戴医疗设备通过给用户相关提示或让用户确认的方式来防范安全威胁;
•加密认证:通过加密措施对通信信道和存储内容进行机密保护,确保可穿戴医疗设备丢失或被借用时敏感内容不被第三方获知。同时通过认证机制抵制非法接入,例如多模加密技术,灵活且能保证数据安全防护质量。
2.6 大数据处理技术发展
可穿戴医疗设备若只能反馈给用户单一个体的一些表象数据,将不仅导致用户黏性低,并且对于收集来的数据而言是无意义的浪费。只有与后台的大数据结合,可穿戴医疗设备才能为佩戴者提供更精准、更及时的医疗健康服务。
大数据的处理,主要包括下列三项内容:
•数据抽取与集成:对数据源提取关系和实体,需要对数据清洗,经关联和聚合后采用统一结构来存储。目前数据抽取与集成方式主要采用四种数据集成模型[21]:基于物化或ETL方法的引擎(Materialization or ETL engine)、基于权威数据库或中间件方法的引擎(Federation engine or Mediator)、基于数据流方法的引擎(Stream engine)及基于搜索引擎的方法(Search engine);
•数据分析:数据分析是大数据处理的核心,分析技术如数据挖掘、机器学习、统计分析等,解决传统的分析在大数据时代面临的技术难点是数据量大数据噪音增多,数据分析前的数据清洗对算法及硬件的严峻考验;数据量的增多,云计算方式应运而生,要求传统数据分析算法调整以适应云计算框架,算法需达到可并行性、可扩展性;由于数据量的繁杂对整个数据分布特点的模糊,难以制定算法收敛条件;
•数据解释:大数据分析结果往往也是海量的,主要采用两种方式协助用户理解:a.可视化技术,例如标签云、历史流、空间信息流等;b.人机交互技术,让用户在一定程度上了解具体分析过程,例如数据起源技术[22]。
目前已出现一些商业运营模式,由医院、商业机构提供专业可穿戴医疗设备,实现对佩戴者的特定科目的动态检查;可穿戴医疗设备互联网系统依托大数据分析,综合而精确地评估佩戴者动态身体状态变化,向佩戴者传递和展现包含健康状况、诊断报告、健康建议等数据信息。可以预期,在大数据处理后台引擎的驱动下,可穿戴医疗设备的发展和应用将迎来新的局面。
3. 分析总结
在国家大力推进分级诊疗、家庭医生签约服务等制度和政策的环境下,以提高健康医疗服务能力、完善健康医疗服务网络、强化全民覆盖、控制医疗费用为目标的各种商业运营模式层出不穷,带动可穿戴医疗设备及其依附的互联网+健康医疗系统平台不断涌现。可穿戴医疗设备是对社会人群实施健康管理、降低发病率、减小过多医疗资源消耗的有效方法和重要手段,具备良好的发展前景。
尽管可穿戴医疗设备可单独运行,但更多的是搭载在互联网+健康医疗系统平台中的协同工作,以此获得广泛的社会效益和经济利益。在这个意义上,可穿戴医疗设备的技术发展分析,是建立在可穿戴医疗设备互联网系统的基础上,对健康医疗检测技术、数字化医疗诊断技术、网络通信技术、电子工程技术、互联网云计算技术等多学科技术的综合应用和发展的解构与分析。
随着可穿戴医疗设备的发展,下列技术趋势将愈加明显:
•系统构架技术将把平台开放性成为发展重点;
•健康生理传感技术的发展重点将是高集成性、高可靠性和微功耗化;
•信号处理和控制技术将围绕智能化主题发展;
•信息接入技术的发展,突出标准化和规范化主题;
•信息安全技术的发展,强调保护个人信息;
•大数据处理技术将围绕专业的健康医疗业务模型深入发展。
摘要：在互联网+健康医疗系统综合应用的兴起和发展过程中,可穿戴医疗设备技术的发展带动了互联网系统构架、信息交互技术、健康医疗传感器、数字化信号处理与电子控制、信息安全、大数据处理等多学科技术的发展。可穿戴医疗设备在商业运营模式的驱动下,可实现健康促进、慢病管理、生理信息普查监测等需求,具有良好的发展前景。
穿戴医疗 篇4
CES一直被喻为全球科技领域发展的风向标，大会上大放异彩可穿戴设备自然而然成为了今年的大热。以Google和三星为代表的厂商，纷纷将目光投向可穿戴设备。不过，被寄予厚望的Google Glass市场反响平平，美国一家数据统计公司的数据表明，只有9%的美国人“渴望”去拥有可穿戴产品。可穿戴设备目前仍处于“可以穿戴”的阶段，显然实现用户“愿意穿戴”还有很长一段路要走。
与移动设备的火爆不同，可穿戴设备虽被寄予厚望，但表现差强人意。这与可穿戴设备并非刚需不无关系。以智能手表为例，怪异的形象的它无法媲美做工精美的传统手表，取代智能手机似乎也只是一个遥不可及的愿望。
智能手表与智能手机最大的区别在于，手机做“加法”，把一个个App集中起来，而智能手表则在做“减法”，是一个“去App化”的过程。一些常用的App功能可以硬件化，而不是滑屏解锁再找到App，10秒钟的时间因此耗费。智能手表需要尽可能去掉手机中App的壳，提炼出它的核心功能移植到手表上。
“互联网女皇”玛丽·米克尔说：“可穿戴技术将像上世纪80年代的个人电脑和目前的移动计算及平板电脑那样推动创新。现在有些人嘲笑可穿戴技术，如谷歌眼镜，就像当年有些人嘲笑个人电脑和互联网一样。”
智能手环或重蹈山寨手机覆辙
咕咚手环被誉为中国版Jawbone Up，尽管饱受诟病，但依然在国内同类产品中鹤立鸡群。近日咕咚网获深创6000万人民币投资，这是自2011年获盛大2200万投资以来的第二轮融资。
毫无疑问，该消息对于国内可穿戴设备领域来说无异于及时雨，但记者并未在相关新闻报道找到“硬件”、“智能家居”等字眼。我们不禁要问，曾经高举智能可穿戴硬件大旗的厂商为何忽然调转船头指向健康管理？
一家从事智能硬件、健康监测的公司突然表示自己不做硬件，改做健康管理，一方面可以理解为布局平台，但是另一方面也表明智能手环已成“红海”。健康医疗类的可穿戴设备满足运动达人、慢性病人的需要，算是比较接近刚需的一类产品，这也导致此类产品国内泛滥。
近日，一则关于深圳加工工厂即将放出百款智能手环的消息在社交媒体上不胫而走，投资者只需贴个品牌即可上市。这不禁让人联想到山寨手机，还没有找到用户，价格战就打响了，恶性竞争快速蔓延。
咕咚网创始人兼CEO申波去年接受《互联网周刊》记者采访时，信心满满表示，国内的竞争对手不过两三家，并不能对咕咚手环造成实质性威胁。这句话放到今天就不再成立，不仅强敌环饲，更重要的是国内民众对于价格的敏感度远远高于品质。谁也不敢保证，当价格战打响时，用户能做出冷静的判断。
咕咚网融资后改做健康管理平台也就不难理解，在血雨腥风的智能手环大战开始前果断退出，以第三方的角度为智能手环提供硬件方案服务和数据服务，大有坐山观虎斗的意味。
用户习惯难养成
可穿戴设备不温不火，很大程度由用户习惯难培养决定，而非产品功能不足。大多数智能手环都有睡眠监测功能，慢性病患者随时佩戴无可厚非，但佩戴手环入睡对健康人群来说是个不小的挑战。
运动检测产品同样要画个问号。此类产品能够提供行走步数、距离、热量消耗等数据，便于用户制订、完成运动计划。其实这类产品在专业运动队中早已普及，但它们对于普通人群究竟有多大的吸引力？即便是在好奇心的怂恿下购买了此类产品，也很难保持高活跃度。
佩戴过Google Glass的用户向记者讲述他的切身感受，他强迫自己每天早上佩戴它，直至电量耗尽，而电量会在短短几个小时内耗光。除此以外，生理上也会出现后脑勺疼在内的不同程度的不适，佩戴时眼睛右上方始终存在一个挥之不去的黑影。
可穿戴设备的水有多深
除了用户习惯外，高门槛好比是挡在可穿戴设备面前的另一只“拦路虎”。人们往往认为价格低意味着门槛低，可穿戴设备的价格普遍低于移动智能设备，而智能手环又是可穿戴设备中最便宜的产品，进而得到了创业者和投资人的特别关注。
通过咕咚网转做健康管理平台不难看出，智能手环的水真的没那么浅。Jawbone作为智能手环的鼻祖风靡全球，在智能手环行业中颇有发言权。去年，Jawbone 先是收购旧金山创业公司 Massive Health 和波特兰设计公司 Visere。随后又斥资1亿美元强势收购BodyMedia ，该公司拥有14年生产健康监测臂环的背景 。
收购BodyMedia为Jawbone新增80余项专利，主要涉及多传感器技术领域。而这一收购，也让Jawbone的专利总数超过300。很难想象一个小小的手环拥有三百多项专利，可以说已经将智能手环做到了极致，同时树立了同行难以逾越的竞争壁垒。
无论是智能手环还是智能手表在硬件设计方面都遇到了很大的挑战，产品的大小、形状很大程度上决定了能否成功，很难说服一个对产品外观抱有抵触心理的用户。
硬件生产之殇
习惯快速迭代的互联网公司总是在一板一眼的硬件生产面前显得手足无措。知名自媒体人宗宁发表《我去年买了块土曼表的被坑经历》一文，称已付款但一直未收到手表。该文章迅速得到相同遭遇用户的响应，也将土曼手表推向了风口浪尖。
土曼在仅有设计图的情况下，贸然开始预订，无异于“空手套白狼”。低估产品生产困难导致手表设计、生产陷入被动赶工。但是开弓没有回头箭，智能手表投入生产后面临了各种各样的问题。
土曼手表采用更具质感的铝合金外框，整块手表没有用到一个螺丝，通过塑胶让两块金属卡住。其实，金属塑胶结合技术已经相对成熟，HTCone的背盖就是该技术的杰出代表。比亚迪、富士康是该领较为出色的两家公司，二者在制作工艺上截然不同，比亚迪选用整块铝制作，富士康则是首先使用用模具把金属抽离出来，随后注塑塑胶。利用了化学原理让两块不同的材料的金属紧紧结合。土曼百达CEO汪卫表示，“第一批机器下线的时候很兴奋，在装配的过程中发生了金属壳脱落的情况。”这也是导致土曼手表“难产”的众多原因之一。
调查后发现，金属结合存在一定问题，氧化后酸液顺着缝隙渗入导致金属壳脱落。尽管富士康在HTCone背盖的制作工艺上颇有经验，但由于手表面积太小，也出现了“阴沟翻船”的情况。
因为忽视硬件加工流程延迟发货的不在少数，2011年咕咚网推出的“网络健康秤”，忽略了工厂的加工流程，芯片供应不上，酿成了延迟发货的苦果。最后，咕咚不得不为所有订购用户免单，造成百万元的经济损失。
可穿戴医疗设备的设计和生产导航 篇5
最新一代的可穿戴式医疗设备在充分开发后将不仅为患者提供更大的便利,还能够大幅降低医疗成本。由于无需再使用价格高昂的住院监护,或者不再需要高成本的医疗程序来提供早期检测和诊断,可穿戴式医疗设备可能会极大地改善医疗服务的交付过程。并且,医疗改革正在推动着与医嘱疗法的合规,确保产生积极的治疗成果,而微型无线装置则可以填补这一空缺。
与医院和研究机构中体积巨大、投资高昂的机器相比,可穿戴式医疗设备还具有提供更好质量的数据、改善监护效果的潜力。例如,当今的睡眠呼吸暂停患者或者有关的研究课题必须进入到诊所当中,接上各种电线来进行睡眠研究。但是,人们一般在自己卧室之外的场所难以入睡。以侵入性较低的方式来监测睡眠呼吸暂停的各项指标的可穿戴医疗设备则可以获得更加可靠、质量更高并且期限更长的数据,对患者作出诊断,研究睡眠紊乱的效应。
另外,例如癫痫症,在这一情形下,随着时间在人体上出现的已知的生理变化无法采用当今的设备来进行每周7天、每天24小时的监测。而在采用了可穿戴设备后,病患可以在更长的时间内得到监护,从而加深对自身与环境互动方式的理解,以及更好地了解自己使用的药物。这类信息还可以发展出一种预测能力,在患者将要发作时或者发作具有高度可能性时作出警告。
设备类型
可穿戴式医疗器械主要有四种类型,从简单到复杂依次排序为:被动监护仪、监测装置、诊断设备以及治疗设备。在后三种当中,监测装置最为简单。在从监测到治疗的这一过程中,实现商业化的阻碍不断上升。监测装置仅仅具有汇报功能,而诊断设备则可以作出决策,并且治疗设备在进行决策的同时还能够对患者提供治疗。
与监测装置相比,诊断设备存在着更高程度的法律风险,因为其发现问题和作出医疗决策的过程始终基于自身产生的数据。由于需要治疗患者的病情,治疗器械甚至需要在更高的程度上承受这种风险。大多数的治疗用可穿戴设备仍处于研究阶段,必须经FDA认可才能作为医疗器械,这样开发周期会变得更长,如果公司开发的是一种药物和器械的组合设备,这一情况尤为明显。监护设备可以确保诊断和治疗的决策及程序得到正确的执行。
开发和设计
可穿戴式医疗器械设计中的两个主要因素是易用性与患者的舒适度。这两个因素一般由电子元件的配置方式和用于制作电子原件的材料类型来决定。刚性材料的使用必须减至最低程度,以便在人体的正常运动过程中,设备可以良好贴合人体,适应人体的弯曲,如图2所示。
如此一来,设计人员和组件供应商就必须首先懂得使用情景。例如,可穿戴设备将应用到哪些地方——手腕、胸部、肘部、下背还是其他地方?使用方法如何——每天一次然后更换,还是使用一周或者更长时间后再更换?充分了解使用场景的过程后,提出以下问题:
·设备需要通过何种方式来发挥电子功能?
·设备会包含无线接口来支持远程医疗和移动医疗应用吗?
·需要以多久的时间间隔来收集数据、以便用于受监测的不同标准?
·数据的存储方式如何?设备是访问本地的存储站点,还是与云进行通信?
由于大部分可穿戴式应用都涉及皮肤接触,设计中必须包含特种粘合剂或其他固定方法。粘合剂不得造成任何形式的皮肤刺激,并且应当适应患者各不相同的敏感度水平。幸运的是,可以使用多种生物相容的医用粘合剂,具体的粘合剂选择则取决于多个因素,包括佩戴设备的时间长度。比如说,可以从15分钟到7天不等。另一考虑事项就是穿戴者是否会接触水或者是否会在佩戴着设备时进行淋浴。
电子电路的类型
医用可穿戴设备中电子元件的选择一般包括传统的印刷电路板、柔性铜电路、印刷型电子元件、天线、细金属丝或者前面因素的任意组合。印刷电路板呈刚性,通常适用于智能手表和健身用装置之类,这些可以接受其尺寸与刚性的应用。
对于柔性蚀刻铜电路来说,柔性是一项主要的优势,原因在于相对于刚性的印刷电路板改进了形状系数。I/O数较高的微控制器和其他细螺距装置之类的复杂组件可以连接到柔性铜基板上。尽管这类封装的设备会限制整个电路的灵活性与一致性,实际上可以满足众多的性能要求。
柔性铜电路在负过程中制作而成,方法是取多片铜叠层板、遮蔽住所需的导电通路,然后用化学方法移除全部不需要的铜,从而留下所需的电路图案。然后,如上所述,再进行组件的连接。尽管柔性铜电路在很多医疗器械中仍然是一个主要的组成部分,在特定的应用中,这种电路还存在着许多生物相容性上的问题,并且容易由于重复的弯曲操作而发生故障。
增材制造技术可以用于创建印刷型电子元件中的基极电路。一般来说,氯化银、碳以及介电材料都印刷在可以选择其生物相容性的形形色色的基板上。这些材料和制造工艺都会对基极电路的生成产生影响,使其具有极好的柔性,能够耐受多次的弯曲操作。此外,一些特定的基板和印刷材料可以伸展,对于涉及病人运动的应用可以提供额外的鲁棒性。与柔性铜电路相比,这类基板以及基极电路的制造方法往往具有成本上的优势。
与柔性铜电路一样,组件可以连接到印刷型电子元件的基极电路上,使设备达到极高的性能。这样,许多可穿戴医疗设备的设计人员都可以对印刷型电子解决方案进行评估,充分利用这些优势。
为医疗器械选择适宜的电路并不是一种零和游戏。在一些可穿戴应用中,设计人员可以将全部三种电路结合到一起,或者在同一封装中同时使用柔性铜电路和印刷型电子元件来提供所需的功能,同时仍可达到设备的成本目标。
转换和封装
对于可穿戴式医疗器械来说,存在着很多种不同的转换技术,而具体的选择取决于最终产品的外观和触感。医疗上的转换可以通过板材或卷材的形式实现。后者一般更适用于批量较大的产品。并且,整卷式的医疗转换可以大幅降低转换和封装所需的人工,而且多卷材料还可以在机器上连接并层压到一起。
转换过程可包括模切、激光切割、切缝、岛型放置以及层压,在以卷材为基础的转换过程中,这些全部都在连续的操作中完成。经常发生的情况是,在基于板材的转换中,在一件板材上可以同时创建出多件相同的产品,而在基于卷材的转换中则以相同的长度来创建出产品。然后将这些产品逐个划分为独立的产品,分别封装、存放和发货。
整卷转换还可以结合成本更高的板材转换工艺。在开始对整卷工艺进行医疗转换后,可以将卷材切为板材,最终的转换步骤的执行则以板材为基础。基于板材的转换是一个非连续的过程,其产量一般低于整卷转换。然而,一些基于板材的转换工艺比整卷转换精度更高。对于特定的可穿戴设备来说,如何选择正确的工艺取决于吞吐量、精度、设备成本以及其他几个因素。例如,如果制造商执行的是整卷的医疗转换,而设备批量并不是很大,因而废品和设置过程将使单位成本上升。在这种情况下,板材的制造工艺可能更加合适。
软件组件
软件是可穿戴式医疗器械的另一重要组成部分。设备制造商通常具有开发软件所需的信息,包括对患者的详细了解、所监测的生理指标的类型、指标的变化会如何影响患者,以及可以如何利用这些数据来告知照护人员。
由于可穿戴式医疗器械的分析是一个相对较新的领域,软件开发人员正在创建的系统可以将对患者的知识转化为新的算法和数据分析,用于高度相关的应用。此外,天线和移动技术也可以作为全套的可穿戴式医疗解决方案的组成部分,这一产品组中包含智能手机控制的设备。设备制造商、软件开发商以及电子元件提供商之间的紧密协作对于确保软件满足用户的需求来说具有重要的作用。
例如,生理分析功能可以用于分析血压、心率、呼吸率等生理信号之间的关系,在需要时提供连续的监测和提醒。
采用制造业合作伙伴
在全部组成部分到位后,对于可穿戴设备的最终装配来说,存在着多个选项。如果开发商控制的是设计的全部方面,那么合同制造商可以根据设计规范来构建起设备。另一方面,大多数的可穿戴式医疗器械需要协同的设计流程,其中便包含制造业合作伙伴。
在这些情况下,对于设备制造商至关重要的一点就是在从设计到制造的设备商业化的所有方面与各家合作伙伴通力协作。大多数的可穿戴设备经销商并不生产为这类设备供电的电子元件,因此,在设备的开发和制造过程中,合作伙伴通常扮演一种涉及范围更广的角色。合作伙伴协助客户设计设备、使设备通过原型阶段、选择最适宜的技术,并且在FDA或其他监管机构开展的注册审批过程中提供支持。
穿戴医疗 篇6
可穿戴设备是直接穿在身上,或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备,其通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能。早在2014年CES消费电子展会上,智能可穿戴设备便成了主角,其占了整个展会的半壁江山,几乎渗透入所有消费电子品中,这其中,不只是诸如三星等的国外企业,很多中国企业,包括中兴、华为、百度等都纷纷展出了自己的智能可穿戴产品。随着技术的进步以及用户需求的变迁,智能可穿戴设备从概念正在逐步转化为潮流, 其形态与应用热点也在不断的变化。
可穿戴式生物医疗仪器是可穿戴设备领域的一支生力军,因其可实现对人体非介入的检测和远程诊疗从而被寄予厚望。基于穿戴式生物医疗仪器在社会上引起的广泛关注,笔者认为有必要对这一领域的中国专利申请进行梳理和分析,从而帮助企业和个人对这一领域目前的技术发展水平、发展脉络以及研发热点等有更客观的了解。
笔者首先进行了较为概括的检索,发现穿戴式生物医疗仪器相关的专利申请已达千余项,这其中包括一部分外观专利申请,而在其他两种专利申请中,有相当数量是仅仅通过计步、测量体温或者是测量脉搏来体现其生物医疗功能的。考虑时间成本的因素,笔者将重点放在了涉及血压、 血糖以及血氧饱和度的测量的可穿戴设备上,因为有关这几个参数的测量涉及更为复杂的检测技术,对可穿戴式设备提出更高的要求,相应地, 其也能更切实地实现诊疗功能,从而更有可能满足社会的需求。
1.可穿戴式生物医疗仪器国内专利技术分析
1.1专利申请量趋势
从图1所示出的时间演进来看,该领域的专利申请大致经历了三个阶段。
2003年之前,十余年的时间里仅有几项专利申请,该阶段实际上并没有真正的产品在中国问世,申请人基本上都是国外来华企业(例如 :因尼德姆德 · 科姆公司,CN1309546A),从专利申请的内容来看,主要集中在概念的提出。
2003年到2011年期间,随着无线通讯技术的迅猛发展,可穿戴医疗技术逐渐进入人们视野, 陆续有申请人着眼于这一概念的可实施性,尝试着进行各个方面的技术实践和技术改进(例如 : 香港中文大学,CN1692874A ;四川东林科技有限公司,201675927U)。
2012年之后,由于可穿戴技术在全球刮起的风暴,有更多的申请人试水这一领域的医疗用途 (例如 :浙江大学,CN103315722A,南京专创知识产权服务有限公司,CN104510453A ;郭雨知, CN203914874U),专利申请量也呈直线上升趋势。
1.2申请人的构成
在医疗器械领域,国外来华的申请人往往会占申请人总量的一半或者更多。但是,由图2能够很直观地看出,在可穿戴生物医疗设备领域,中国的专利申请主要来自于国内申请人。实际上,国外来华申请人的专利申请也多集中在早期。扩展检索的结果显示,国外申请人的研发重点不再集中于这一领域的概念层面,而是更多放在了与这一领域相关的具体技术上,包括检测技术的新发现,通讯技术的壁垒攻关等(例如:三星, CN104052528A ,在智能穿戴设备中与多个终端进行通信的装置和方法)。
图3和图4显示出了国内申请人的性质构成和区 域分布。 可以看出, 国内申请 人在这一领域中的构成比较平均,企业占的比重略大(例如 :成都博约创信科技有限责任公司, CN203555728U ;苏州锟恩电子科技有限公司, CN104095623A),这也说明,由于这一领域存在巨大商机,企业更有动力也更有必要在这一领域获得专利权。就地区分布来看,申请人更多地集中在广东、北京、江苏、四川、上海、浙江这几个省份,这与这些省份在电子产品方面的研发水平是基本一致的。
图5显示了在可穿戴生物医疗设备领域专利申请的构成,其中发明专利申请占到了60%(例如 :广西科技大学,CN104042202A ;许建平, CN104434053A),这一方面说明这一领域的技术含量比较高,另一方面也说明了申请人对这一领域的重视程度。还有一个可能的原因在于,这一领域常常涉及数据处理的方法、通讯方法,其有关技术一般只能通过发明专利来寻求保护。
另外,据统计,这一领域的发明专利申请中, 已经授权的占18%(例如 :史密斯医疗ASD公司,CN101330865A,CN101330865B), 由于这一领域的专利申请主要集中在2013年和2014年, 所以,有40% 的专利申请正处于在审状态(例如: 普天信息技术研究院有限公司,CN103876715A), 如图6所示,因此可以判断在这一领域,发明专利申请的授权率应当高于这一数值。
图6中显示了可穿戴生物医疗设备领域的专利申请的历史状态。其中,除40% 的专利申请还处于在审状态之外,42% 的专利申请处于授权专利维持状态(例如 :世意法(北京)半导体研发有限责任公司,CN202168825U ;中国人民解放军第三军医大学野战外科研究所,CN102499694A), 占已经结案的专利申请的70%,这一方面与该领域的专利申请多集中于近几年,专利权维持的时间较短成本较低有关。另一方面也在一定程度上说明在这一领域,申请人对于专利保护的重视程度较高,也间接说明了专利产业化的可能性较高。
1.3技术构成
一个基本的可穿戴生物医疗设备至少要具备生理信号检测、信号特征提取以及数据传输等基本功能模块,其关键技术涉及多个交叉学科,这也决定了在这一领域,专利申请的技术点和发明点会更分散,更复杂。
图7显示了在这一领域专利申请的技术点分布。其中,有超过三分之一的专利申请涉及载体结构的改进,包括作为检测、通讯等模块的载体的手环、腕带等的结构、材料方面的改进,以及行使检测功能的传感器与载体的连接方式的改进等。通过浏览,发现有关这一方面的专利申请大多为实用新型(例如 :白英,CN202044257U)), 发明专利申请较少且鲜有获得授权的(例如 :中国人民解放军空军航空医学研究所,CN1507833A, 视撤)。笔者认为,这主要是由于目前较为公知的可穿戴设备的形式不外乎腕环、指套、衣物以及饰品,并且将这些形式的载体设计为舒适的以及将功能部件结合在这些载体上的手段也都相对公知,因此,在这方面做出改进相对容易,相关专利申请的技术含量相对较低。
除了载体结构,申请人关注的技术点还在于电路结构、通讯方式和数据处理方面(例如 :北京格瑞图科技有限公司,CN103876714A ;杨阳, CN103236030A),这可能是基于在电子产品高度发展的情况,电子元器件资源异常丰富,通讯方式和数据处理手段也比较多样,因此,申请人更容易发现这些方面的改进需求,也更容易获得对应的技术手段。但是,也正是由于这种需求和技术手段的显而易见性,使得这几个方面获得高质量专利的可能性不大。
可穿戴生物医疗设备真正与其医疗应用相关的技术点在于如何进行生理信息的采集和数据特征的提取。然而,关于这一点,相关的专利申请仅占到7%(例如 :江西科技师范学院, CN101301202A)。事实上,由于检测血压、血糖等生理参数的传统检测方式要么是需要较为复杂的操作,要么需要有创采集,所以无法直接应用于可穿戴医疗设备,这就对检测手段本身提出了新的要求。目前存在采用光电手段检测血压血糖的技术,但直接应用于可穿戴设备仍存在检测精度和稳定性方面的不足。在医疗领域,一个精度不高数据不稳定的检测设备是不可取的,甚至是危险的。检测方式的不足会直接影响可穿戴医疗设备的产业化进程。因此,笔者认为,检测手段的改进、检测精度的提高是可穿戴医疗设备研发的一个难点,但它同时又是制约这一领域发展的一个关键点。
还有一小部分专利申请致力于推动可穿戴设备的多功能化,例如,在一个小小的可穿戴设备上集成多项生理信息的检测功能(例如 :杨凯晶,CN202801577U)。这方面的专利申请大多属于个人申请,其在如何实现多功能集成的问题上往往语焉不详。实际上,血压、血糖和血氧饱和度等参数的检测需要利用到不同的检测手段,这种功能的集成不是只有一个简单的构想就能实现和完善的。在电子产品日趋多功能化的大形势下,如何真正做到生理检测在可穿戴设备上的集成化, 可以作为有志于此的申请人研究的一个重点。
笔者还对可穿戴医疗设备的其他技术构成进行了统计。如图8所示,在这一领域,血压的检测显然受到更多关注(例如 :西藏民族学院,CN202891909U ;河南科技大学第一附属医院,CN104013395A ),而有关血糖检测的专利申请较少,这可能与血糖无损检测技术的发展水平有关。 而图9显示出有关可穿戴医疗设备的载体形式的相关数据,包括手表、手环、腕带在内的腕部载体形式比重最大,其次是整合有检测模块的衣服。 另外,约有三分之一的专利申请由于其关注点与载体形式无关从而并未明确限定可穿戴医疗设备的具体形态。
2. 小结与讨论
通过上述统计和分析可以看出,在可穿戴医疗设备领域,专利申请数量在近两年大幅度增长。 其中国内申请占了绝大多数,申请人中企业所占比重大于院校和个人,发明专利申请的数量多于实用新型专利申请的数量。这在一定程度上说明了在近几年的可穿戴设备热潮中,国内企业对于这一领域的新功能和新应用的关注和重视。
另外,在这一领域的专利申请中,有关载体结构、电路结构以及通讯方式这几方面的改进占大多数,而真正致力于可穿戴医疗设备的准确度和稳定性的专利申请很少。这在某种程度上说明, 目前国内专利申请中有关可穿戴医疗设备的发明创造仍旧主要集中于非医疗功能的方面,而如何提高可穿戴医疗设备的医疗检测精度问题,必定成为今后这一领域进行研究和寻求专利保护的重点。
通过统计笔者发现,在可穿戴生物医疗设备领域,申请人较为分散,图10显示出了排名靠前的几位申请人及其专利申请情况。这其中主要是院校和个人,仅有的几家企业的专利申请量也均没有超过5项。图10显示出的情况似乎与目前可穿戴设备的井喷式发展不相吻合,首先,为大众所知的领头企业未见踪影 ;同时,专利申请如此分散令人费解。
笔者就此疑问进行了分析,认为原因可能在于以下两点 :其一,笔者的检索和统计围绕生物医疗目的的可穿戴设备展开,而在这方面,真正进入生产和销售的产品凤毛麟角,其专利申请的情况与已经高度产业化的普通可穿戴智能设备有差异是正常的 ;其二,可穿戴智能设备的知名企业无一例外都是从一般意义上的智能可穿戴设备进军该领域的,其最初的着眼点都集中在无线通讯技术上,即使有在后来将功用扩展到医疗领域的,一般也都是直接借用了现有的生理信息诊断技术,所以,这些企业在生物医疗目的的可穿戴设备方面专利申请较少是可以理解的。
基于以上的可能性分析,笔者针对各大领头企业进行了检索。
中兴公司,其相关专利申请的重点放在远程信息的传送方法上,对具有智能腕表略有涉及(例如 :CN204241857U),但未发现有涉及生物医疗功能的相关专利。华为公司,亦有数十件专利与穿戴式设备相关(例如 :103713740A),但主要关注其通信功能,对生物医疗方面的内容没有涉及。百度公司也有十数件涉及穿戴式设备的专利申请(例如 :CN103529468A),其主要关注的也是通信功能,只对远程生理参数处理略有涉及。 九安公司多年来致力于血压计的研发,但有关穿戴式医疗设备,只有几项相关的外观专利。盛大旗下的果壳公司,其专利主要涉及电子书和手机, 以及与之关联的具有控制和解锁功能的戒指(例如 :CN103326867A),深圳映趣公司则多为外观专利,其实用新型专利主要涉及通信功能的腕表 (例如 :CN203399159U)。
相比于可穿戴医疗设备目前一片大好的市场前景,以及各个突出企业在这一领域所造出的浩大声势,这样的检索结果似乎让人意外。然而, 即使是一个简单的手环,其作为高科技产品所涉及的技术也要囊括多个方面,而如果要应用于医疗,会对结构、检测、数据处理等方面提出更高的要求。因此,很难将整个可穿戴设备的相关技术作为一个整体限定在一项专利申请中。像华为、 中兴这样的善于专利布局的企业,其通过对各方面的相关技术分别进行专利保护从而构建出一个专利池的可能性很大。所以,上述检索结果也是可以理解的。但是,由于在生理信息检测和相关数据处理方面专利申请的缺失,这些企业在进军可穿戴医疗设备时的专利保护难免会受到牵制, 因此,国内企业的专利布局还应当在这一方面做出更多的努力。
笔者在检索中也发现,国外来华企业显然更为重视专利的保护,以三星公司为例,其在可穿戴设备方面的专利申请就有50余项(例如 : CN104484037A,CN103240728A),并且由于其早就开始在医疗诊断领域进行专利布局(例如 : CN101264011, CN101879059A), 因此, 构架专利池对穿戴式生物医疗设备形成有力支撑将易如 反掌。