随着我国人民生活水平的逐步提高和人口老龄化问题的日益严重，在人们对健康监护的需求与医护人员数量的不足之间形成了矛盾。远程医疗服务模式是缓解这一矛盾的有效途径，它从单纯的医院诊治模式转变到医院、社区、家庭与个人相结合的模式。
一般情况下，远程医疗系统由三部分组成：家庭终端、通讯网络和监护中心。自上世纪80年代以来，伴随着通讯技术和计算机技术的快速发展与普及，远程医疗领域的研究取得了很多成果。但在实际应用中，远程医疗仍然难以在社区或者家庭中普及，其核心问题集中在家庭终端部分的研究没有取得突破性进展，还存在某些需要克服的障碍。这些困难主要表现为测量时间不能长期连续、测量设备不够小巧方便、测量过程不太舒适轻松等。
穿戴式技术是近年来出现的一种新应用，在医学领域可以广泛应用于临床监护、家庭保健、睡眠分析、应急救护、航空航天、特殊人群监护、心理评价、体育训练等方面。顾名思义，所谓穿戴式在医学领域的应用是将体征信号检测系统“穿”在或“戴”在身上，即将生理信息检测技术和人们日常穿戴的衣物、饰品相融合。研究者将集成医学传感器的设备做成戒指、手表、衣物等形状，使佩戴者或者穿着者感到方便与舒适的同时，检测到他们的体征参数。
另外，系统可以通过无线传输手段随时发送检测到的数据，经过分析处理后与internet相连接，以便监护中心及时了解所观测对象生理系统的最新情况。
值得关注的是，穿戴式医学系统为解决家庭终端发展过程中的困难提供了新的契机，已经成为新的研究热点。在2005年的ieeeembs年会上，组织者特意安排了专题会议讨论穿戴式医学系统及其应用。
二 穿戴式医学系统
本文所描述的穿戴式医学系统实际是远程医疗系统中家庭终端部分的一种实现方式，它涵盖了多个学科的研究领域，包括生理信号检测与处理、信号特征提取、数据传输等基本功能模块，其关键技术涉及微型传感器、生物医学信号的检测与处理、生物微电子机械系统(mems)、无线数据传输等。穿戴式医学系统应该便于操作管理、具有稳定的可靠性以及价格适中等特点。
根据实现功能的不同，穿戴式医学系统又可以分为三个子部分：穿戴式医学仪器、数据传输部分、数据处理部分。
穿戴式医学仪器包括传感器、放大器、a/d转换及微电脑控制器等与数据采集相关的模块。数据传输部分包含有线传输和无线传输两种方案。数据处理部分可以包括数据存储、数据分析、专家系统等模块。
目前已有的穿戴式医学系统可以概括为两类。第一类将这三个子部分整合在一起，系统将数据采集与数据处理过程集成，采用有线传输方式，利用微电脑控制器为用户提供实时信息反馈；第二类将三个子部分分离，数据采集后通过无线局域网(wirelesslan)传输到数据处理部分。根据穿戴式医学系统便携性、微型化的要求，目前多采用第二类系统。
穿戴式医学仪器的设计与功能，因所测量体征信号的需求不同而变化，我们将在后面重点介绍。而数据处理部分的方法与其它医学系统基本类似，本文不再赘述。下面重点讨论数据传输部分的方案选择。
由于无线局域网取代了旧式的双绞线构成了局域网，可以提供传统有线局域网的所有功能，因此在近距离的通讯方式上，无线传输正在逐步代替有线传输。无线接入技术目前比较流行的有ieee802.11标准、蓝牙(bluetooth，ieee802.15标准)、家庭无线网络(homeradiofrequency)和irda(infrareddataassociation，红外线数据标准协会标准)等。
ieee802.11标准使得各种不同厂商的无线产品得以互联，降低了无线局域网的造价，目前它是无线局域网中最常用的传输协议。不过由于802.11速率最高只能达到2mbps，在传输速率上不能满足人们的需要，为此ieee又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准。其中ieee802.11b无线局域网的带宽最高可达11mbps，扩大了无线局域网的应用领域。ieee802.11b使用的是开放的2.4gb频段，其既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。
蓝牙技术的出现是对802.11标准的补充，它是一种开放性近距离无线数字通信的技术标准，可以实现最高数据传输速度1mbps、最大传输距离为10m左右。蓝牙技术同ieee802.11b一样，也是使用2.4ghz频段实现各类设备之间的快速通信。
家庭无线网络是ieee802.11与dect(数字无绳电话标准)的结合，它采用了扩频技术，是在家庭区域范围内的任何地方，在pc和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准。家庭无线网络的工作频率也为2.4ghz，目前它的最大传输速率可以达到2mbps。
irda是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它的主要优点是体积小、功率低、成本低、应用普遍、传输速率高，可达到16mbps。但irda是一种视距传输技术，也就是说两个具有irda端口的设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物。这在两个设备之间是容易实现的，但在多个设备间就必须彼此调整位置和角度等，这是irda的致命弱点。
总的来讲，ieee802.11系列标准比较适于办公室中的企业无线网络，家庭无线网络较适用于移动数据/语音设备之间的通信，而蓝牙技术和irda则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合。
因为穿戴式医学系统对数据传输带宽和距离的要求并不高，而无线传输的功耗与最大传输速率成反比，成本则与最大传输速率成正比，所以在无线传输领域虽然人们更看好ieee802.11系列标准的前途，但是综合考虑穿戴式医学系统的各方面需求，蓝牙技术应该是这些方案中的首选。目前已经有多款具有蓝牙功能的手机和pda上市，可以作为穿戴式医学系统中的数据接收器。
三 穿戴式医学仪器
从目前的应用成果看，穿戴式医学仪器中的传感器一般被整合为智能戒指/手套/腕带和智能衣(smartshirt)/胸带两种形式。前者的优势在于测量方便、易于携带、成本低，后者的优势则在于可以测量更多种类的体征信号。将这两种形式结合起来，就能构成一套完整的穿戴式医学仪器。心电、体温、肌电信号使用两种形式都可以测量到，脉搏、血压能通过智能戒指/手套/腕带形式测量，呼吸、体位信号能采用智能衣/胸带形式测量。由于心率和呼吸率可以从心电信号中分析提取，因此它们通过这两种形式都可以得到。下面介绍部分最新穿戴式医学仪器的应用。
1.智能戒指/手套/腕带
美国麻省理工学院(m)研制出了使用戒指型传感器来测量脉搏容积(ppg)信号、血氧饱和度、脉搏和心率的仪器，可以长期佩戴而不会引起任何不适感。有的实验室则利用戒指型传感器测量肌电图(emg)。
不过从手指上可以测到的体征参数毕竟有限，为了同步测量多种生理参数，研究者拓展智能戒指的功能，制成了智能手套。智能手套可以同时从手指、手掌和手腕等处提取生理信号。法国研制的智能手套可以检测瞬时心率、瞬时呼吸率、皮肤导电性、皮肤电势、皮肤温度、皮肤血流等六种参数来评价自主神经系统的活动性，其中皮肤导电性信号取自食指和中指，皮肤血流和皮肤温度信号取自手掌，皮肤电势信号取自手腕和手掌。韩国研制的另一种智能手套则可以同时测量脉搏容积、皮肤响应以及皮肤温度等三种参数来测评自主神经系统。
此外，韩国汉城国立大学研制出的腕式健康监护仪，包括跌倒检测仪(falldetector)以及单导心电图、非侵入式血压、血氧饱和度和体表温度四种生理参数。跌倒检测仪使用两轴加速器，如果使用者跌倒后可以自动报警；心电图的测量通过手腕处的两个干电极，一个电极置于袖带内侧与左手相联，另一个电极置于袖带外侧，测量时将右手置于外侧电极即可；血压测量模块为腕式充气式的；血氧传感器为戒指型；体温传感器放置在手腕处袖带内侧，其表面接触皮肤。
2.智能衣/胸带
智能衣的概念是基于乔治亚理工大学的gtwm(thegeorgiatechwearablemotherboard)模型提出的，其外观一般为整合了多种生理信息传感器的衬衣或者胸带。智能衣集监测、诊断、治疗以及通讯等功能为一体，穿在身上可以实现生理信息的实时获取、分析和传输。智能衣的典型应用还包括美国的lifeshirt(www.vivometric.com/)、lifeguard(lifeguard.stanford.edu)和欧洲的wealthy(www.wealthy-ist.com/)、vtamn(www.medes.fr/vtamn.html)等。
以wealthy为例。ritaparadiso博士等人研制的这一穿戴式健康监护系统将小巧的传感器、便携的设备和远程通讯技术综合在一起，同时加入了智能决策支持系统，其目的是连续监测病人或者在消防、军事等特殊环境工作人群的体征信号，而不会引起使用者的任何不适。该系统的特点是将干电极放入织物内部，测量时将放置有电极的衣服穿在身上即可。
我国在智能衣的研究上也取得了突破。为了动态监测飞行员的生理参数，中国人民解放军空军航空医学研究所研制完成了一体化动态生理参数检测装置，将多导联心电电极、胸部和腹部呼吸传感器、体表和腋下温度传感器、红外线传感器、加速度传感器等集成在胸带或者衬衣内，可长时间记录监测和无线实时传输心电图、心率、呼吸、过载、体位以及体表温度等信号或者参数。该系统没有外部电极和连线，无须使用导电膏，对使用者的活动影响很小。
四 展望
穿戴式技术在远程医疗领域的快速发展，虽然已经取得了一定的研究进展，但是仍然存在很多需要亟待解决和克服的难题。今后这项技术将主要围绕四个方向进行改进和完善，分别为：
(1)穿戴式医学传感器的种类多样化；
(2)穿戴式医学仪器的微型化、便携性；
(3)生理信号分析处理的精确性、实时性；
(4)个性化、智能化的闭环控制等。相信在信息技术、生物工程以及新材料科学的发展推动下，穿戴式技术在远程医疗领域将会得到更广泛的应用，最终推动整个系统的发展，使其真正走进社区和家庭。
