老年人社區(qū)照顧中的可穿戴心電監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用*

劉敦博，何佳潔

（1.寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750004；2.寧夏醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生與管理學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

1 研究背景

隨著老齡化的來臨和發(fā)展，我國目前主要有社會養(yǎng)老和家庭養(yǎng)老模式，但因社會養(yǎng)老資源不足，家庭養(yǎng)老能力有限，且因為計劃生育政策以及人們對于“少生優(yōu)育”的認(rèn)識，中國傳統(tǒng)的大家庭結(jié)構(gòu)不斷解體，與此同時4-2-1 的家庭結(jié)構(gòu)成為主流形式，這種小型化的家庭結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)上的四世同堂的家庭模式。另外，現(xiàn)代社會中老人和子女也都追求有自己的“自由空間”，于是傳統(tǒng)的家庭養(yǎng)老模式遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，逐漸地來由家庭承擔(dān)的老人贍養(yǎng)功能轉(zhuǎn)向社會養(yǎng)老服務(wù)。在這個轉(zhuǎn)變的過程中，獨居老人成為一類社會問題而倍受關(guān)注。所以有很多老年人都會處于身邊沒有隨時關(guān)照身體健康的人，尤其對于喪偶或長期單身老人，身體健康以及一些突發(fā)狀況難以被隨時關(guān)注并發(fā)現(xiàn)，疾病突發(fā)給獨居老人帶來死亡危險悲劇的不斷上演，已得到社會各界的廣泛關(guān)注。

據(jù)報道，2019 年2 月12 日上午，一名63 歲的獨居老人被發(fā)現(xiàn)死于杭州環(huán)東公寓的家中。據(jù)了解，去世老人身患心臟病、糖尿病等多種疾病，沒有結(jié)婚，身邊也沒有子女，長期獨居，此次出事的原因可能便是心臟病突發(fā)，而且很有可能兩天前就出事了，直到前一晚其妹妹打電話一直無人接，第二天趕過來敲門無人應(yīng)答，才被發(fā)現(xiàn)。同樣的獨居老人或者獨自外出老人疾病突發(fā)因救治不及時，而導(dǎo)致猝死甚至被發(fā)現(xiàn)后已死亡數(shù)日的事件不斷增加，而心源性猝死是相對最常見的猝死原因，其他一些疾病的發(fā)作前兆也與心率的改變息息相關(guān)。

針對老年人的健康智能設(shè)備——心率報警手環(huán)，對老人的居家外出時的身體情況全面檢測，使患有疾病或者需要疾病預(yù)防的老年人得到更加及時的關(guān)照，同時通過手環(huán)的報警信息傳送，幫助在異地工作的子女及時了解在家獨居父母的突發(fā)心率狀態(tài)，并促進(jìn)子女與父母之間的交流。當(dāng)疾病突發(fā)時，GPS 系統(tǒng)的精確定位與自動向子女、當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)及醫(yī)院的報警，從而減少老年人突發(fā)疾病的致死率，防止因未得到及時的體檢或因醫(yī)療知識缺乏而使得病情延遲治療的嚴(yán)重后果的發(fā)生。

2 老年人社區(qū)照顧中的可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備的需求研究

我國60 歲以上的老年人平均每人患有3～4 種慢性疾病，老年人的患病率是普通人群的2.5～3 倍，平均住院時間是非老年人的15 倍，住院費用是非老年人的1.8倍。健康預(yù)警可以做好疾病預(yù)防，消除健康危險因素，達(dá)到節(jié)約人力資源和醫(yī)療成本的目的。

根據(jù)過去國家獨生子女的政策，現(xiàn)代家庭多為獨生子女，家庭中多數(shù)老人獨自生活，空巢老人的現(xiàn)象增大，這樣給家庭中的獨生子女帶來了更大的生活負(fù)擔(dān)。因此，在子女因為工作或其它生活原因而無法照顧到老人時，一款簡單直接的預(yù)警手環(huán)可以很大程度的緩解子女對于老人的健康的擔(dān)憂。

可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備的心率傳感器會實時監(jiān)控老人心率變化。另外，手表因為設(shè)置了GPS 模塊，可以檢測佩戴者的位置，還自帶報警裝置，可以避免老人發(fā)生迷路，發(fā)病等情況。忙碌的子女們將減少對老人的擔(dān)心和憂慮，放心讓老人出門。

老人對智能健康手環(huán)的功能需求不同，其中，60～69歲的老人對檢測生命體征的需求量最大，70～79 歲的老人對急救呼叫的需求量大。根據(jù)調(diào)研結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)老年人的健康需求包括以下幾個方面：

健康狀況監(jiān)測需求：老年人可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備需要實時對老人的心電圖、心率、血壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異?；蚺c日常狀態(tài)差異較大時，能夠發(fā)出報警信號。可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備能夠采用時下最流行的老人端-子女端-醫(yī)療端數(shù)據(jù)實時傳輸，實現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)共享，以利于社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)開出運動與保健方面的建議書，子女也能實時掌握父母的健康狀況，進(jìn)而提供有針對性的關(guān)懷。

定位監(jiān)測需求：老年人可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備能夠準(zhǔn)確記錄老人的日常行動軌跡，可以對老年人的實時位置進(jìn)行定位，避免老年癡呆癥患者走失。可穿戴監(jiān)測設(shè)備也可以對老年人的運動軌跡實時監(jiān)控，測量步數(shù)和消耗的熱量等，同時設(shè)置久坐提醒服務(wù)，如果老人久坐沒有運動，智能手環(huán)就會震動提醒，并且會根據(jù)所設(shè)定的時間進(jìn)行重復(fù)提示，保證老人定時運動。

緊急呼叫需求：老年人若摔倒后無人扶，錯過了最佳的救治時間，會造成不可挽回的損失。一鍵急救功能直接將信號發(fā)送給社區(qū)和子女（或預(yù)設(shè)緊急聯(lián)系人），能使老年人在發(fā)生意外時獲得急救機(jī)會。

3 可穿戴心電監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 技術(shù)支撐

心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是預(yù)防和檢測心血管疾病的重要手段，心血管疾病具有慢性和突發(fā)性的特點，心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具有重要的臨床意義。現(xiàn)有技術(shù)中，對于患者在外時，難以護(hù)理，若患者在外發(fā)生心率不正常的情況，因消息傳遞的障礙性可能難以得到緊急施救，因此，存在改進(jìn)空間。許多學(xué)者已經(jīng)使用數(shù)字濾波器對心電信號進(jìn)行去噪，并做了一些研究。[1]例如，平滑濾波是濾波工頻干擾的最早方法。[2]它具有處理速度快、算法簡單、濾波效果好等特點，但其信號衰減大，濾波通帶窄。

在老年人可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備的運行中，人體組織的極化將導(dǎo)電離子傳輸?shù)襟w表，在皮膚與收集電極的界面處進(jìn)行電子離子交換。最后的ECG 信號由導(dǎo)電電極通過單導(dǎo)線或多導(dǎo)線傳輸。得到了前置放大濾波電路和采集處理電路。正常心電圖上每個心動周期的心電波形變化是有規(guī)律的。當(dāng)心臟受到損傷或發(fā)生病變時，心電圖可以實時反映心臟的異常活動，表現(xiàn)為各頻帶和間隔的異常。心電信號是人類心臟周期活動的直觀表現(xiàn)。由于人體產(chǎn)生心電信號的原理較為復(fù)雜，心電信號具有以下兩個典型特征。一個是隨機(jī)的，它不是典型的周期信號，它是根據(jù)具體情況實時發(fā)生的。目前無法使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型描述更改。動態(tài)心電信號是弱電信號，可穿戴織物電極對電子設(shè)備或外界環(huán)境引起的熱噪聲、工頻信號噪聲等噪聲干擾非常敏感[3]。因為它不能牢固地附著在皮膚上，所以它具有低阻抗特性[4]。當(dāng)用戶進(jìn)行日?；顒訒r，電極被擠壓、拉伸或機(jī)械變形，電極與皮膚界面之間的位置相對滑動[5]。改變皮膚與電極之間的電信號，產(chǎn)生運動偽影，使心電圖的監(jiān)測更加困難，信號被淹沒甚至被噪聲破壞，很大程度上干擾了心電圖信號的有效性[6]。但隨著科技的進(jìn)步和研究的不斷深入，上述問題也在逐步得到改善。通過對電信號的評估和處理，當(dāng)前已經(jīng)可以基本實現(xiàn)對于心電監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)需求。

在老年人社區(qū)照顧中，針對特殊的細(xì)化需求，要求在原有的心電監(jiān)測技術(shù)上強(qiáng)化聯(lián)網(wǎng)和報警功能。也就是可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備與移動電話（互聯(lián)網(wǎng)接入點）的完美融合。根據(jù)實際情況分析，比較貼合實際使用的可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備中，運動手環(huán)與電話手表的結(jié)合運用更為符合老年人使用的習(xí)慣，也更加便捷，利于長時間的佩戴。

綜上，可穿戴心率檢測設(shè)備在技術(shù)上已經(jīng)完全可以達(dá)到并實現(xiàn)所需功能要求。

3.2 監(jiān)護(hù)報警系統(tǒng)設(shè)計

手環(huán)式心率檢測遠(yuǎn)程報警手表通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)監(jiān)護(hù)及報警功能：包括SIM 網(wǎng)絡(luò)模塊、心率傳感器、GPS 模塊、單片機(jī)、撥號控制模塊、電池和聲光報警模塊，所述SIM 網(wǎng)絡(luò)模塊、所述心率傳感器、所述GPS 模塊、所述單片機(jī)、所述撥號控制模塊、所述電池和所述聲光報警模塊均集成于可穿戴手環(huán)內(nèi)，所述SIM 網(wǎng)絡(luò)模塊與所述單片機(jī)連接，所述心率傳感器的信號輸出端與所述單片機(jī)的信號輸入端連接，所述GPS 模塊的信號輸出端與所述單片機(jī)的信號輸入端連接，所述電池與所述單片機(jī)的電源端連接，所述撥號控制模塊與所述單片機(jī)的控制輸入端連接，所述單片機(jī)的報警信號輸出端與所述聲光報警模塊連接。

SIM 網(wǎng)絡(luò)模塊用于電話功能，能夠進(jìn)行撥號和接電話。除此之外，SIM 網(wǎng)絡(luò)模塊也可以通過GPS 來進(jìn)行地理位置與相關(guān)情況的實時語音播報，在撥號和接電話時可以自動語音播報地理位置信息和具體情況。

圖1 結(jié)構(gòu)原理框圖

心率傳感器用于監(jiān)測佩戴者的心率，如果心率達(dá)到預(yù)設(shè)心率閾值（預(yù)設(shè)可人為設(shè)置，或按照年齡選擇默認(rèn)數(shù)值），則手表自動撥號給預(yù)設(shè)報警號碼（或由聲光報警模塊鳴叫，也可同時兼?zhèn)洌捎蓳芴柨刂颇K預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)確認(rèn)）。

GPS 模塊用于監(jiān)測佩戴者的位置，報警同時可發(fā)出佩戴者所在定位。

圖2 信號傳播框圖

4 老年人社區(qū)照顧中的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用所需的社會支持

在本系統(tǒng)設(shè)計中，需要幾個層面的配合協(xié)作。一是老人自身，需要配合堅持佩戴心電監(jiān)測設(shè)備。堅持佩戴需要有前期的知識宣講，并且需要習(xí)慣的養(yǎng)成，只有在心理上接受并了解了監(jiān)測設(shè)備的重要性，才能幫助老年人逐漸養(yǎng)成堅持佩戴的習(xí)慣。二是老人家屬或者社區(qū)責(zé)任部門需要支撐心電監(jiān)測設(shè)備的購置與維護(hù)。監(jiān)測設(shè)備雖然價值不高，但也是一項額外支出。對于有經(jīng)濟(jì)來源的老年人而言不存在較大的困難，但是對于無經(jīng)濟(jì)來源的老年人來說，就需要社區(qū)和社會組織給予一定的支持和幫助。三是社區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)，需要配備相應(yīng)的監(jiān)測信號接收軟件或者監(jiān)測人員（緊急聯(lián)系人），并制定相應(yīng)的緊急情況應(yīng)對辦法。這將對于社區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的服務(wù)提出更高層次的要求，不僅需要掌握本社區(qū)獨居老人的居住及健康情況，也需要對老人的身體狀況，緊急情況應(yīng)對措施，醫(yī)療急救的特殊需求等有更加詳細(xì)的了解。同時，為了應(yīng)對突發(fā)情況，社區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)還需要與當(dāng)?shù)氐呐涑鏊忻芮械穆?lián)絡(luò)，以備特殊情況下需要特殊支援。