張嘉琰 溫良恭 張立平 閆 聰

(1 北京中醫(yī)藥大學(xué)東方醫(yī)院，北京，100078； 2 北京航空航天大學(xué)青島研究院，青島，266101； 3 北京中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，北京，100029； 4 北京中醫(yī)藥大學(xué)生命科學(xué)院，北京，102488)

在傳統(tǒng)的醫(yī)療模式中，要求患者前往醫(yī)院就診，但隨著獨(dú)居、空巢老人的增多，加之急性發(fā)病需要緊急救助的需求無(wú)法得到及時(shí)解決，這種“以醫(yī)院為中心的醫(yī)療保健”模式正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，人們?cè)絹?lái)越重視疾病預(yù)防、早期風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)和康復(fù)。目前，臨床實(shí)踐多采用侵入性檢測(cè)裝置，用以追蹤人體生理和生物信號(hào)，但是這種剛性檢測(cè)裝置生物相容性差，可能導(dǎo)致感染或繼發(fā)性損傷。人們希望將檢測(cè)裝置舒適、無(wú)創(chuàng)地穿戴在身上，所以多國(guó)研究者研制出了柔性材料，其良好的彎曲、延展、拉伸等性能在電子皮膚等制備中發(fā)揮了重要作用。柔性電子設(shè)備具有靈敏性高、形變靈活、制備工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，使傳感器可以更貼合皮膚、無(wú)刺激性、更舒適地佩戴在用戶身上。隨后微納結(jié)構(gòu)材料的引入，對(duì)提高柔性壓力傳感器綜合性能產(chǎn)生了重要影響，加速了人類社會(huì)邁向信息化、智能化傳感器時(shí)代的步伐。與傳統(tǒng)傳感器比較，微納傳感器集高靈敏、多功能、高智能等優(yōu)異性能于一身，可在分子水平上進(jìn)行操作和控制，具有超高靈敏度和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高通量的實(shí)時(shí)檢測(cè)分析，為人們靈敏地探測(cè)和感知納米尺度上的微觀世界提供了重要的多樣化手段。同時(shí)，微納傳感器具有集成、陣列、微型、智能和便攜等優(yōu)點(diǎn)，極大地拓寬了傳感器在醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍[1]。

可穿戴傳感系統(tǒng)對(duì)人的隱私侵入性小，具有節(jié)點(diǎn)體積小、重量輕、生活干擾小、維護(hù)簡(jiǎn)單、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地穿戴在人身上，進(jìn)行生命體征、生理信號(hào)等的跟蹤式感知和探測(cè)[2]?？纱┐髟O(shè)備的形式也將不局限于手表、手環(huán)，而是向輕薄化、共形性、表貼式的多功能柔性電子皮膚的方向發(fā)展。目前可穿戴傳感器在臨床實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，可實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)人體電生理信號(hào)，如心電、腦電、肌電，監(jiān)測(cè)生命體征，如呼吸、溫度、心率、脈搏、血壓等[3]；實(shí)時(shí)在分子水平監(jiān)測(cè)人體汗液、淚液、唾液、組織間液、PH值、傷口愈合情況、血液和血?dú)夥治鯷4]；還可用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)人體代謝相關(guān)物質(zhì)如血糖、血脂、氨基酸、血尿酸、尿素氮等，以及乳汁成分、乙醇含量，電解質(zhì)成分如鈉、鉀、鎂、鋅、鈣、鐵離子及氯化物等[5]；可用于呼吸成分檢測(cè)、呼吸濕度傳感；可監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)前后身體各項(xiàng)指標(biāo)的變化[6]。傳感器也向集成化方向發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)物理、化學(xué)因素同時(shí)檢測(cè)，多指標(biāo)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)模式等。

近年來(lái)國(guó)家對(duì)中醫(yī)藥事業(yè)高度重視，中醫(yī)藥發(fā)展已提升至國(guó)家戰(zhàn)略。中醫(yī)診斷疾病多集中于某一時(shí)刻的靜態(tài)體征數(shù)據(jù)，對(duì)于患者疾病信息的采集、分析也多取決于醫(yī)生個(gè)人的主觀認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，操作的重復(fù)性差，嚴(yán)重阻礙了中醫(yī)四診的發(fā)展。因此，人們不斷將微納技術(shù)、柔性電子、電子皮膚、3D打印技術(shù)等結(jié)合于中醫(yī)藥的健康管理平臺(tái)，創(chuàng)新性地研制與中醫(yī)藥密切相關(guān)的可穿戴診療設(shè)備，推進(jìn)中醫(yī)藥診療的客觀化、規(guī)范化和信息化。中醫(yī)診斷也不僅局限于主觀感覺(jué)的望、聞、問(wèn)、切，更需要與現(xiàn)代科技發(fā)展相匹配的手段[7]。

1 可穿戴技術(shù)在中醫(yī)脈診上的應(yīng)用

中醫(yī)脈診是獲取臨床辨證資料的重要手段之一，醫(yī)生用手指置于患者手腕寸、關(guān)、尺三部，觸壓橈動(dòng)脈搏動(dòng)處，感受患者脈搏變化，但是對(duì)脈象的判斷主要依靠醫(yī)生主觀經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知，具有較大的主觀性[8]。為了對(duì)脈搏進(jìn)行定性和定量檢測(cè)，人們研制出多種傳感器，如壓電、紅外、光學(xué)、聲學(xué)傳感器等，由于脈診通過(guò)醫(yī)生指尖施加壓力而得，所以壓力或應(yīng)變傳感器可能是模仿醫(yī)生實(shí)際診脈的最佳選擇。壓力傳感器又分為壓阻、壓電、壓磁3種形式，分別利用改變電阻阻值、將脈搏壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)、將脈搏壓力轉(zhuǎn)換成導(dǎo)磁率等完成脈搏波轉(zhuǎn)換。光電式傳感器是通過(guò)監(jiān)測(cè)心臟跳動(dòng)時(shí)血液中血紅蛋白含量的變化來(lái)間接測(cè)量脈搏變化曲線(波形)[9]。智能手環(huán)也成為時(shí)下熱點(diǎn)，其誕生使個(gè)人實(shí)時(shí)脈搏監(jiān)測(cè)成為可能，將脈診與現(xiàn)代移動(dòng)終端設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合[10]。

1.1 可穿戴式脈診儀的研發(fā)和應(yīng)用

1.1.1 智能壓力感受器 胡志希等[11]創(chuàng)制了可穿戴動(dòng)態(tài)中醫(yī)三部脈象電信號(hào)連續(xù)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，連續(xù)采集寸、關(guān)、尺三部脈象的動(dòng)態(tài)電信號(hào)(包括浮、沉、遲、虛、實(shí)、滑、洪、細(xì)、數(shù)、弦脈)，并繪制24 h動(dòng)態(tài)脈象電信號(hào)連續(xù)變化圖，分析人體中醫(yī)體質(zhì)。解渤[12]研制出一種智能脈診手套，由3組壓力傳感器組成，呈矩陣式分布在食指、中指和無(wú)名指的末端指肚位置，和脈診手環(huán)相結(jié)合，與橈動(dòng)脈接觸并感知脈搏信息，通過(guò)智能手機(jī)上傳脈象信息，方便醫(yī)生遠(yuǎn)程把脈并開(kāi)具中醫(yī)藥處方。李福鳳等[13]使用壓力傳感器采集脈搏波形，對(duì)脈搏波進(jìn)行基線漂移和去噪處理，然后對(duì)平滑脈搏波形進(jìn)行時(shí)域特征和血流動(dòng)力學(xué)特征提取，篩選高影響值特征，便于識(shí)別病脈的對(duì)應(yīng)脈搏波形。蔡軍偉[14]搭建了一個(gè)模擬人體腕部橈動(dòng)脈搏動(dòng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及一個(gè)人體血液流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并做出一段手腕狀的實(shí)驗(yàn)段來(lái)穩(wěn)定地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，使用紅外和壓電式2種傳感器檢測(cè)該平臺(tái)上產(chǎn)生的脈搏波。

1.1.2 加壓模仿浮、中、沉取脈方式 江國(guó)旺[15]認(rèn)為醫(yī)生診脈時(shí)三指均施加了一定的壓力，為了更真實(shí)地模仿脈診，將微型馬達(dá)、動(dòng)力輸出器與3個(gè)壓力感受器連接，壓力感受器沿手腕動(dòng)脈依次放置于寸、關(guān)、尺位置，通過(guò)控制傳感器上升、下降的距離控制傳感器與手腕之間的壓力，從而模擬實(shí)際切脈時(shí)的浮、中、沉取等不同切脈方式，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，得到最終的數(shù)字信息(波形信息)。Jin等[16]認(rèn)為單點(diǎn)加壓更能真實(shí)還原中醫(yī)診脈模式，研制了一套使用氣囊可單點(diǎn)加壓或多點(diǎn)同時(shí)加壓的可穿戴脈搏檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將腕帶固定于寸、關(guān)、尺區(qū)域，使用氣囊在寸、關(guān)、尺三處單點(diǎn)或三點(diǎn)同時(shí)加以最佳切脈壓力，得到輕、中、重取下的脈搏波形，具有壓力、位置可控的優(yōu)點(diǎn)。

1.2 可穿戴式脈診儀中微納加工技術(shù)、柔性電子、3D打印等技術(shù)的引入

1.2.1 石墨烯材料實(shí)現(xiàn)脈搏微弱信號(hào)靈敏檢測(cè) 由于大多數(shù)動(dòng)脈分支位于皮膚深處，脈搏信號(hào)在軟組織中經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸會(huì)造成大部分消失，導(dǎo)致脈搏信號(hào)極低甚至消失在皮膚表面，所以脈搏屬于人體的微弱運(yùn)動(dòng)。此外，由于身體運(yùn)動(dòng)或環(huán)境變化引起的強(qiáng)噪聲信號(hào)可能掩蓋微弱的動(dòng)脈搏動(dòng)信號(hào)，所以使得脈搏波的精確測(cè)量在日常生活中變得更為困難。微納材料和檢測(cè)技術(shù)的引入很大程度上解決了這一困境。石墨烯是一種超薄、超強(qiáng)韌、導(dǎo)電性良好的納米材料，其傳感器可在線程和靈敏度之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。He等[17]制備了一套基于高導(dǎo)電性界面自組裝石墨烯(ISG)薄膜的高性能壓阻式壓力傳感器，該傳感器具有良好的穩(wěn)定性和高峰值信噪比，可以很好地平衡電導(dǎo)率和薄膜厚度，具有多功能、高靈敏度和寬線程范圍(在10 kPa以上)的特點(diǎn)。即使在身體強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)干擾下(如跑步或騎自行車(chē)時(shí))，該平臺(tái)也能靈敏捕捉橈動(dòng)脈搏動(dòng)的微弱信號(hào)，這是其他材料傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。見(jiàn)圖1A。Yang等[18]制備了一套可穿戴石墨烯應(yīng)變傳感器，該設(shè)備具有較高的靈敏度，能解釋脈搏波中的微小特征變化，區(qū)分脈搏波形舒張尾的所有特征峰，且電極片材料對(duì)皮膚無(wú)刺激，易于追蹤人體皮膚變形，減少使用者的不適，還可實(shí)現(xiàn)寸、關(guān)、尺同時(shí)檢測(cè)。所以石墨烯材料制備的可穿戴設(shè)備在未來(lái)多位置、無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)脈搏檢測(cè)中有很大的應(yīng)用前景。見(jiàn)圖1B。

圖1 可穿戴脈診設(shè)備

1.2.2 柔性材料設(shè)備集成化優(yōu)勢(shì)可實(shí)現(xiàn)溫度、脈搏等多參量、多點(diǎn)同步檢測(cè) 脈搏波會(huì)受環(huán)境溫度、皮膚濕度、壓力等多因素的影響，F(xiàn)u等[19]研制了一套柔性材料傳感設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)脈搏波、皮膚溫度和脈搏波速度的同步測(cè)量。使用壓力傳感器將脈搏壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，利用集成技術(shù)制備成壓力-溫度雙峰觸覺(jué)傳感器，能夠同時(shí)和獨(dú)立地感知壓力和溫度的刺激，使得脈搏波的采集不受環(huán)境溫度的影響，并可多點(diǎn)同時(shí)放置在寸和尺部位進(jìn)行檢測(cè)。見(jiàn)圖2A。該團(tuán)隊(duì)還研制出一種基于壓電熱傳導(dǎo)的銀離子增強(qiáng)聚二甲基硅氧烷PDMS膜，監(jiān)測(cè)橈動(dòng)脈的搏動(dòng)波，此設(shè)備具有高靈敏度，允許在不同加載接觸壓力下檢測(cè)到穩(wěn)定的脈搏信號(hào)，可檢測(cè)到浮、中、沉取壓力下不同年齡受試者的細(xì)微脈搏波形變化[20]。見(jiàn)圖2B。

圖2 使用柔性傳感設(shè)備同時(shí)檢測(cè)溫度、脈搏等

1.2.3 微傳感陣列使得可穿戴設(shè)備更加舒適、高效 現(xiàn)有的可穿戴設(shè)備使用皮帶或袖口，其壓力會(huì)引起人的不適，還可能導(dǎo)致血液回流。隨著微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electromechanical System,MEMS)傳感器的發(fā)展，其小型化、集成化、高靈敏度、低能耗、優(yōu)良的機(jī)電性能等優(yōu)點(diǎn)日益突出。Jessica E.T.Kabigting等[21]制備了一套微傳感陣列，由3個(gè)微加工技術(shù)MEMS制備的壓阻式壓力傳感器組成，將氣壓計(jì)放置于手腕對(duì)應(yīng)寸、關(guān)、尺3個(gè)觸診點(diǎn)，傳感陣列通過(guò)單片機(jī)控制，USB和藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸，將獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理后進(jìn)行定量診斷和分析。見(jiàn)圖3A。清華大學(xué)伯克利深圳研究院將3個(gè)MEMS壓力傳感器、血氧探測(cè)器和MEMS加速度計(jì)集成固定在一塊柔性印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)上，利用壓力傳感器采集脈沖波速度(Pulse Wave Velocities,PWVs)等信息，MEMS壓力傳感器和血氧檢測(cè)器導(dǎo)出模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大模塊和濾波器模塊對(duì)模擬信號(hào)預(yù)處理后，再使用藍(lán)牙模塊將信號(hào)發(fā)送到終端，在終端完成脈搏波信號(hào)處理[22]。伯克利研究院還研制了壓電陶瓷材料，氟化乙烯丙烯(FEP)/ecoflex/FEP三明治結(jié)構(gòu)的柔性脈搏波傳感系統(tǒng)。壓電陶瓷材料具有柔性、重量輕、具備大而穩(wěn)定的等效壓電效應(yīng)、較高靈敏度等特點(diǎn)，此系統(tǒng)包括1個(gè)模擬三手指的三通道脈沖傳感陣列，每個(gè)傳感器尺寸為4 cm×0.8 cm，其寬度約為中醫(yī)師的手指指尖大小，分別置于寸、關(guān)、尺位置，用于采集脈搏波。人類脈搏診斷的首要任務(wù)是可靠地鑒別和分類脈搏波模式，此系統(tǒng)通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的大數(shù)據(jù)分析，可顯示脈搏波的分類結(jié)果[23]。見(jiàn)圖3B。

圖3 微傳感陣列檢測(cè)脈搏

1.2.4 電子皮膚、3D打印技術(shù)使得電極片更貼合皮膚、傳感器佩戴更舒適 隨著柔性電子、仿生學(xué)、材料學(xué)的飛速發(fā)展，具有類人皮膚功能的柔性電子皮膚應(yīng)運(yùn)而生，集壓力傳感器和應(yīng)變傳感器于一體的電子皮膚由于其靈活性和耐磨性，在醫(yī)療監(jiān)測(cè)中顯示出巨大的潛在應(yīng)用前景[24]。Wei等[25]研發(fā)了一種基于新型熱固性印刷油墨嵌入式3D打印技術(shù)、整合應(yīng)變傳感器和壓力傳感器于一體的手套型電子皮膚，該油墨是用EcoFlex和碳納米粒子制備。嵌入式3D打印技術(shù)，利用高度可編程的方式，使得在高度可伸縮矩陣中集成傳感元件成為可能，柔性材料因其良好的導(dǎo)電性、可拉伸性和可加工性，可將傳感器做成任意幾何形狀。該傳感器具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，還有很強(qiáng)的抗沖擊性和較高的耐久性。電子皮膚中的壓力傳感器可以對(duì)寸、關(guān)、尺部位的動(dòng)脈脈搏進(jìn)行檢測(cè)。見(jiàn)圖4。

圖4 電子皮膚

2 可穿戴技術(shù)在針灸、經(jīng)絡(luò)診療方面的應(yīng)用

針灸在我國(guó)已傳承千年，具有疏經(jīng)通絡(luò)、調(diào)和氣血等功效，臨床上針刺治療效果的優(yōu)劣與醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)和針刺手法密切相關(guān)，且針刺治療時(shí)必須由專業(yè)人士操作，場(chǎng)地有較大局限性?；诖耍纱┐麽樉?、理療、經(jīng)絡(luò)治療儀等相繼出現(xiàn)，采用電子脈沖替代傳統(tǒng)銀針刺激穴位，達(dá)到針灸理療的效果。且針灸儀向小型化、集成化方向發(fā)展，方便攜帶和使用，具有更高的隱蔽性和用戶體驗(yàn)，給需要長(zhǎng)時(shí)間、每日多次重復(fù)治療并且無(wú)法經(jīng)常往返于居住地與醫(yī)院之間的患者提供了便利。

2.1 可穿戴電針刺激裝置、腳踝針、經(jīng)絡(luò)按摩儀等的研發(fā)和應(yīng)用

2.1.1 可穿戴穴位按壓設(shè)備可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穴位電刺激 馮杰等[26]設(shè)計(jì)基于STM32芯片的可穿戴穴位電刺激設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制及對(duì)穴位的連續(xù)電刺激，以達(dá)到針灸理療的效果，具有體積小、功耗低、安全性高的特點(diǎn)。穴位按壓是利用按壓力量刺激穴位，使力量流經(jīng)身體經(jīng)絡(luò)，由于需要施加相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的壓力，帶針刺的桿/球狀刺激探頭施加壓力會(huì)造成使用者痛苦。Rajan等[27]設(shè)計(jì)了基于3D建模的自動(dòng)穴位按壓手套，采用雙層手套樣結(jié)構(gòu)和編程電子模塊組成。內(nèi)層為液態(tài)樹(shù)脂材料，外層為不透空氣材料，當(dāng)2層沿邊緣連接時(shí)，建立了一個(gè)潛在的空腔壓力室給予穴位加壓。此設(shè)備結(jié)合3D建模、快速原型制作和微控制器編程，可以緩解使用者的疼痛和壓力，且可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穴位按壓，不受場(chǎng)地、時(shí)長(zhǎng)的限制。因按壓內(nèi)關(guān)穴對(duì)緩解哮喘急性發(fā)作、冠心病心絞痛、急慢性胃腸炎、急性腸梗阻、嘔吐、暈車(chē)等均有良效，所以內(nèi)關(guān)穴按壓儀的研發(fā)對(duì)心血管病防治及獨(dú)居、空巢老人的日常監(jiān)護(hù)和護(hù)理很有必要。汪容羽等[28]研制出一款可穿戴多功能內(nèi)關(guān)穴按壓儀，可對(duì)心率、血氧飽和度等生命體征進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在生命體征出現(xiàn)變化時(shí)可自動(dòng)啟動(dòng)內(nèi)關(guān)穴按壓功能。Milkowski[29]、Pantaleo等[30]研制磁性壓力點(diǎn)設(shè)備，使用彈性、柔性和磁性材料在手腕周?chē)掷m(xù)實(shí)施穴位按壓，尤其是內(nèi)關(guān)和外關(guān)穴，緩解惡心嘔吐、暈動(dòng)癥、頭痛、胃痛等癥狀。

2.1.2 可穿戴腳踝針和經(jīng)皮電刺激設(shè)備使鎮(zhèn)痛治療不受時(shí)間、場(chǎng)地限制 腳踝針和經(jīng)皮電刺激(TENS)均有良好的鎮(zhèn)痛效果，腳踝針是在手腕和踝關(guān)節(jié)特定穴位進(jìn)行皮下淺針刺，受中醫(yī)耳針療法和全息醫(yī)學(xué)的啟示，腳踝針可治療身體遠(yuǎn)端疾病。TENS是通過(guò)皮膚傳遞給人體低頻脈沖電流。Song等[31]結(jié)合這2種方法研制了一種可穿戴電刺激裝置，對(duì)肩肘病變患者進(jìn)行鎮(zhèn)痛治療和康復(fù)。謝凌欽等[32]以腳踝針和TENS理論為基礎(chǔ)，研制了一套穿戴式、治療參數(shù)連續(xù)可調(diào)的全息鎮(zhèn)痛治療系統(tǒng)，通過(guò)低頻電脈沖作用于人體腕踝部不同分區(qū)，治療對(duì)應(yīng)組織臟器的疼痛。方凡夫等[33]制備可穿戴式中醫(yī)腳腕針智能電刺激儀，使用時(shí)只需將腕踝帶穿戴于腳腕部，不需要將針插入皮膚，采用電刺激脈沖方式進(jìn)行電刺激，治療身體遠(yuǎn)端臟器的疾病。結(jié)果顯示，治療部位明確集中，治療過(guò)程精確可靠，效果顯著，且只需將傳感器穿戴于腕踝部，不阻礙患者正?；顒?dòng)，不受時(shí)間、場(chǎng)合限制。

2.1.3 可穿戴經(jīng)絡(luò)按摩儀實(shí)現(xiàn)全經(jīng)絡(luò)整體、循環(huán)調(diào)節(jié)治療 經(jīng)絡(luò)按摩也是一種很有效的理療方式，目前中醫(yī)經(jīng)絡(luò)治療缺乏整體、全經(jīng)絡(luò)循環(huán)調(diào)節(jié)，不符合人體生理經(jīng)絡(luò)循行規(guī)律。胡衛(wèi)京和聶增輝[32]研制了一種基于碳纖維材料的可穿戴智能經(jīng)絡(luò)保健服，碳纖維產(chǎn)生的紅外光波作用于經(jīng)絡(luò)腧穴點(diǎn)上，通過(guò)共振效應(yīng)，使經(jīng)絡(luò)處于活化狀態(tài)，促進(jìn)細(xì)胞養(yǎng)分供給。趙劍鋒[34]研制智能經(jīng)絡(luò)感應(yīng)鍛煉服，設(shè)置電磁振動(dòng)發(fā)熱電子元件，將外界的聲、光、電、熱、磁和藥物聯(lián)合作用于經(jīng)絡(luò)穴位，感應(yīng)形成一個(gè)有序的環(huán)流，增強(qiáng)人體免疫功能，達(dá)到鍛煉目的。石平安[35]研制經(jīng)絡(luò)治療儀，控制十二經(jīng)絡(luò)循環(huán)和每個(gè)治療點(diǎn)的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)十二經(jīng)絡(luò)流動(dòng)循環(huán)式尋找反應(yīng)點(diǎn)，再自動(dòng)對(duì)比形成臟腑辨證結(jié)果，反饋成處方。按摩、電針頭部穴位可有效達(dá)到健腦安神，改善頭部血液、氣血循環(huán)的作用，治療腦源性疾病，但電針頭穴常伴有疼痛，且患者不方便移動(dòng)，部分患者難以堅(jiān)持而放棄治療。朱路文等[36]研制便攜式按摩帽，進(jìn)行頭部穴位按摩，并基于頭部經(jīng)絡(luò)走行，設(shè)計(jì)可穿戴頭穴治療設(shè)備，經(jīng)顱電刺激儀調(diào)節(jié)突觸可塑性、神經(jīng)元興奮性，對(duì)腦卒中的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)具有積極作用。

2.1.4 可植入電針設(shè)備用于治療的疾病 可植入電針設(shè)備是可穿戴技術(shù)中的一個(gè)重要進(jìn)展，可植入電針裝置具有小的、密閉的外殼，包括一個(gè)主電源和無(wú)線感知外科操作命令的傳感器。電針設(shè)備具有低刺激強(qiáng)度、低頻率和地占比等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)電機(jī)植入患者軀干遠(yuǎn)端，絕緣導(dǎo)線穿過(guò)四肢到穴位?？芍踩腚娽樝到y(tǒng)近5年多用于治療頸部筋膜疼痛綜合征[37]、肥胖[38]、血脂異常[39]、高血壓[40]、心血管疾病、焦慮、抑郁[41]、雙相情感障礙及性功能障礙[42]等疾病。

2.2 微納技術(shù)與傳統(tǒng)針灸的結(jié)合

近幾年，傳統(tǒng)的針灸診療技術(shù)與納米材料實(shí)現(xiàn)了完美的結(jié)合，熒光納米粒子在體內(nèi)的示蹤有助于顯示經(jīng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，微納材料與傳統(tǒng)針灸針的結(jié)合有助于增大比表面積，增強(qiáng)針灸療效，微納針的應(yīng)用還有助于控制藥物傳遞，在針頭處包載藥物還可實(shí)現(xiàn)藥物靶向釋放。

2.2.1 納米多孔針的研制可增強(qiáng)鎮(zhèn)痛效果，延長(zhǎng)鎮(zhèn)痛時(shí)間 In等[43]研制表面具有分層微/納米尺度錐形孔的多孔針灸針，通過(guò)簡(jiǎn)單的電化學(xué)制備，使其比表面積顯著增加，約為傳統(tǒng)針灸針的20倍。針刺大鼠神門(mén)穴，結(jié)果顯示可減輕針刺造成的大鼠疼痛感覺(jué)，控制大鼠電生理和行為反應(yīng)，增強(qiáng)疾病治療效果。Kim等[44]發(fā)現(xiàn)納米多孔針可顯著增加健康受試者局部血流量，增強(qiáng)療效。Lee等[45]使用納米多孔針治療結(jié)腸直腸癌，結(jié)果顯示針刺大鼠神門(mén)穴可大幅降低結(jié)腸內(nèi)皮細(xì)胞的平均腫瘤大小、β-catenin表達(dá)水平和異常隱窩灶的數(shù)量，提高了治療效果。Bae等[46]使用納米材料修飾的納米多孔針(Nanoporous Needles,PN)刺激足三里穴，觀察到PN針在炎癥疼痛模型中會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá)2 h的鎮(zhèn)痛效果，而傳統(tǒng)針刺只能產(chǎn)生30 min的鎮(zhèn)痛效果。PN比普通針具有更大的旋轉(zhuǎn)力矩和拉力，能夠更大力量地纏繞皮下結(jié)締組織和肌肉層，特別是位于厚肌層的足三里和曲池穴。納米孔會(huì)增加PN的機(jī)械力，有助于增強(qiáng)和延長(zhǎng)PN針的鎮(zhèn)痛效果，在臨床實(shí)踐中，醫(yī)者為獲得更好的針刺效果，通常選用直徑較大、比表面積大的大號(hào)針灸針，這樣會(huì)增加刺激強(qiáng)度，造成患者不適，PN則會(huì)相對(duì)解決這一矛盾。

2.2.2 納米材料修飾的針灸針可增強(qiáng)成分檢測(cè)效果 納米材料修飾的針灸針還是良好的探測(cè)器，蘆丁具有抗腫瘤、抗炎、抗氧化等功能，Niu等[47]制備了金納米粒子和石墨烯為修飾，普通不銹鋼針刺針為底物的納米傳感電極，可靈敏檢測(cè)藥物和人尿液樣本中蘆丁含量，便于藥物評(píng)估和藥效觀察。NO參與多種生理活動(dòng)如神經(jīng)傳遞、血管舒張、免疫反應(yīng)等，是重要的信使分子，Tang等[48]研制鐵卟啉功能化石墨烯復(fù)合材料(FGPC)修飾的針灸針，具有良好的電催化性能、高靈敏度和良好的NO選擇性，能夠在復(fù)雜的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)體內(nèi)和細(xì)胞中NO的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。見(jiàn)圖5A。5-HT是重要的神經(jīng)遞質(zhì)，在減輕疼痛方面起重要作用，Li等[49]將碳納米管修飾到針灸針的尖端表面，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)體內(nèi)五羥色胺(5-HT)的含量，碳納米管具有高彈性模量、高縱橫比和優(yōu)異的特性，其良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性使這種微傳感器對(duì)一些炎癥介質(zhì)和電活性分子具有良好的選擇性。見(jiàn)圖5B。Lin等[50]利用可穿戴無(wú)線傳感技術(shù)制備一種印有3D彈性電極的橡膠手套，可連續(xù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)整個(gè)手掌穴位的生物阻抗和電位。當(dāng)電阻出現(xiàn)異常時(shí)，可反映相應(yīng)臟器出現(xiàn)的病變。

圖5 微納多孔針檢測(cè)

2.3 可穿戴技術(shù)在中醫(yī)其他特色診療中的應(yīng)用

2.3.1 可穿戴按摩儀使推拿、按摩更便捷 推拿、按摩也是中醫(yī)特色療法之一，嚴(yán)海蓉等[51]發(fā)現(xiàn)辦公室白領(lǐng)長(zhǎng)期久坐保持一個(gè)姿勢(shì)易腰背酸痛，設(shè)計(jì)了一套中醫(yī)人體經(jīng)絡(luò)診療可穿戴系統(tǒng)，在服裝中嵌入微小芯片實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶心跳、呼吸和體溫等生命體征，周期性啟動(dòng)按摩器對(duì)相關(guān)穴位進(jìn)行按摩，芯片可調(diào)節(jié)電流變化模擬多種按摩形式。曹安等[52]使用穿戴式腰背訓(xùn)練器結(jié)合推拿治療慢性腰痛，比單純推拿治療更能有效緩解疼痛。邰先桃等[53]研制小兒推拿用可穿戴式頸部按摩儀，通過(guò)導(dǎo)電硅膠貼片的滑動(dòng)，對(duì)小朋友進(jìn)行針對(duì)性按摩。周玲[54]研制無(wú)線遙控背心，遙控開(kāi)啟背心上的振動(dòng)和加熱功能進(jìn)行背部加熱按摩，不受場(chǎng)地、時(shí)間限制，且可穿戴。

2.3.2 可穿戴艾灸設(shè)備使熱敷療法不受場(chǎng)地限制 艾灸是采用敷料或是熱輻射加艾草制品對(duì)特定穴位進(jìn)行熱敷作用，現(xiàn)有的熱敷裝置不便于與人體進(jìn)行穴位固定，且不方便對(duì)多個(gè)穴位同時(shí)進(jìn)行熱敷。王偉和任定玉[55]把熱敷裝置利用魔術(shù)貼子、母片與需要理療的穴位相連接，使用戶可連續(xù)、隨時(shí)進(jìn)行熱敷，不受場(chǎng)地、時(shí)長(zhǎng)等的限制。

2.3.3 面診智能設(shè)備 宋海貝等[56]研制面診智能鏡，可實(shí)時(shí)采集用戶的面色、唇色等信息，展示個(gè)人長(zhǎng)期面部特征的變化趨勢(shì)，區(qū)別常色與疾病先兆的病色，通過(guò)大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建中醫(yī)特色個(gè)人健康管理系統(tǒng)模型，可用于日常健康檢測(cè)、治未病。

2.3.4 中醫(yī)舌診智能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)舌體三維立體成像 人的舌頭承載著豐富的健康狀況信息，舌診也是中醫(yī)診斷中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，診察舌苔、舌色等信息也是病情轉(zhuǎn)歸、預(yù)后的重要指標(biāo)。目前舌診檢測(cè)多采用圖像、算法等技術(shù)。使用CCD攝像機(jī)采集舌態(tài)、舌質(zhì)、舌色的二維圖像，建立舌圖像診斷系統(tǒng)[57]。深度學(xué)習(xí)算法的引入極大地簡(jiǎn)化了圖片特征提取，通過(guò)優(yōu)化最終目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)感知和提取圖片信息，定位圖片中的目標(biāo)區(qū)域，通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分析，極大地提高了舌象特征提取和分析的效率[58]。因?yàn)槎S舌圖像不能提供舌體的完整信息，如舌體的形態(tài)輪廓、舌苔厚度、舌裂紋長(zhǎng)度及齒痕深度等，會(huì)直接影響診斷結(jié)果。近年來(lái)，人們又創(chuàng)立了基于成像光線追蹤的舌面彩色三維成像方法，三維靜態(tài)可視化模型有效解決了二維舌圖像深度信息不足的問(wèn)題[59]，但舌體信息反映人體氣血變化，人體的氣血是動(dòng)態(tài)變化的，所以舌體呈現(xiàn)的信息也在不斷變化，舌體動(dòng)態(tài)三維重建方法解決了動(dòng)態(tài)觀察舌體，且舌象采集過(guò)程中舌體顫抖等問(wèn)題[60]。見(jiàn)圖6。

圖6 舌診儀

3 可穿戴技術(shù)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

可穿戴技術(shù)是通過(guò)信號(hào)檢測(cè)和處理、信號(hào)特征及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芊墙槿胄缘貙?shí)施人體監(jiān)測(cè)的技術(shù)，具有低生理、心理負(fù)荷、可移動(dòng)操作、使用方便、異常生理狀況報(bào)警、支持長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。國(guó)家《中醫(yī)藥信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出，中醫(yī)藥信息化是實(shí)現(xiàn)中醫(yī)藥振興發(fā)展的重要引擎和技術(shù)支撐?！笆濉笔侵嗅t(yī)藥信息化實(shí)現(xiàn)“融入、整合、跨越”的關(guān)鍵時(shí)期，其中一個(gè)重要任務(wù)是研制推廣數(shù)字化中醫(yī)藥健康智能設(shè)備。中醫(yī)診斷信息技術(shù)的研究及診斷儀器的研發(fā)，是增強(qiáng)中醫(yī)藥智能化技術(shù)裝備的前提。近5年隨著微納傳感技術(shù)、柔性電子、電子皮膚、植入性芯片技術(shù)、3D打印技術(shù)等的成熟以及大數(shù)據(jù)處理、藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)云處理等技術(shù)的全面運(yùn)用，可穿戴健康設(shè)備在醫(yī)療健康管理領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力，但是仍面臨許多關(guān)鍵問(wèn)題挑戰(zhàn)，仍需彌補(bǔ)技術(shù)差距。主要問(wèn)題：1)微納技術(shù)初期制造成本較高；2)傳感器的集成度有限，例如能夠準(zhǔn)確、可靠且連續(xù)地監(jiān)測(cè)和分析人體生物標(biāo)志物的廣譜性可穿戴傳感器數(shù)量、種類仍然十分有限；能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)人體物理參數(shù)，如心率、血壓、溫度等以及化學(xué)分子參數(shù)如血糖、PH、血脂、電解質(zhì)離子等的傳感器數(shù)量和種類有限；3)無(wú)創(chuàng)、個(gè)性化精準(zhǔn)檢測(cè)等技術(shù)都還有待進(jìn)一步發(fā)展。隨著微納技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，傳感器的制備成本將會(huì)逐漸降低，集成化將不斷升高，傳感設(shè)備的靈敏度和選擇性也將得到進(jìn)一步提高和發(fā)展。

4 小結(jié)

目前可穿戴技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，但在中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用仍顯不足?？纱┐骷夹g(shù)在中醫(yī)診斷、療效評(píng)價(jià)、養(yǎng)生、治未病等方面仍有很大發(fā)展空間，可為遠(yuǎn)程治療提供技術(shù)支持，并為用戶提供個(gè)體化診療方案。中醫(yī)藥注重整體調(diào)節(jié)、個(gè)性化信息的獲取，始終重視預(yù)防性與干預(yù)性的指導(dǎo)思想，所有這些都與可穿戴設(shè)備為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展所提供的便利和機(jī)遇不謀而合。人體信息的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)獲取，大數(shù)據(jù)的積累及智能化分析模式，可使中醫(yī)診療走向客觀化、規(guī)范化和信息化?；诙鄥?shù)融合傳感，可建立對(duì)中醫(yī)氣血陰陽(yáng)、臟腑功能、經(jīng)穴特性等進(jìn)行個(gè)體化實(shí)時(shí)測(cè)評(píng)的診療一體化裝備和體系，最終為探索符合中醫(yī)藥自身發(fā)展規(guī)律的個(gè)體化醫(yī)療模式奠定基礎(chǔ)。中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)勢(shì)必需要尋求新科技與新時(shí)代相結(jié)合的融合發(fā)展，可穿戴技術(shù)將會(huì)更廣泛地應(yīng)用于中醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域，發(fā)揮傳統(tǒng)中醫(yī)的價(jià)值，多學(xué)科交叉融合，全面提升我國(guó)健康管理水平，造福國(guó)民。