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编辑：SHEN
近年来，随着人们对于健康的关注及可穿戴技术中材料、电子、通讯、计算、远程处理等技术的迅猛发展，使得穿戴式医疗健康设备逐渐受到人们的重视。穿戴式设备是可直接穿在身上, 或整合到使用者的衣服或配件的一种便携式电子设备，它在软件支持下能够感知、记录和分析人体的一些重要生理指标。作为一种新的生活方式，它将会给人们的生活带来巨大的改变，具有广阔的市场发展前景。根据全球领先的移动互联网第三方数据挖掘和分析机构艾媒咨询（iiMedia Research）权威发布的《2016第一季度中国移动医疗健康市场报告》：2016年中国智能可穿戴设备市场规模将达180亿，超9成中国手机网民愿意尝试相关可穿戴医疗健康，60%的网民表示希望通过可穿戴医疗健康设备实现对健康情况的全盘监控。另外，数据显示，2015年中国智能可穿戴市场已达105.6亿元，相信在不久的将来，可穿戴医疗健康设备或将迎来爆发式的增长。
可穿戴设备在医学领域可应用在临床监控、家庭监护、特殊人群监测等方面。它通过将信号采集、分析设备集成在服装及其附件上，从而能够在人们日常着装时监测人体各项生理指标。其中，体温作为人体一项最重要的生理指标之一，在人体生理监护中有着极其重要的参考价值。可穿戴体温监测设备具有柔性穿戴特性，可实现长时间实时体温监测和记录，当体温数据超过自主设定的阈值会自动发出警告。此外，临床研究证明，很多病症在体温变化曲线上会呈现出某些特征，因此系统所记录的体温曲线具有一定深度挖掘的价值和意义，不仅能够让医生做出更具针对性的诊疗，而且对一些疾病的预防也会起到提前预警的作用。比如，长时间实时体温监测提供的数据，对于手术过程中及术后的监护、提高女性排卵期受孕率、体温中枢尚未发育成熟的婴幼儿的健康监护等。
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穿戴式体温监测设备
温度传感器、电子信息技术、无线通信技术、材料科学等的发展为穿戴式体温监测设备的发展提供了一定的技术支撑。穿戴式体温监测设备主要有六大功能：实时持续监测、远程数据同步、超限报警提醒、吃药护理提醒、贴心云端服务、家庭护理参考。
可穿戴式体温监测设备系统一般包括温度传感器系统、穿戴系统、移动端系统和云服务系统四大模块。其中，温度传感器系统是感知，处理和传递采集的人体温度信号的系统，是可穿戴设备的核心器件；穿戴系统是搭载温度传感系统的穿着平台；移动端系统能实现信号实时在线监护及信号处理，并能够给使用者提供相关的医疗建议；云服务系统主要将移动端的数据进行远程存储，并与专业的医疗机构数据平台联合起来，通过对监测数据进行相关医学分析，实现远程医疗监护的目的。
美国佐治亚理工学院是世界上首先开展穿戴式主板研究的机构，其所开发的第三代产品可以监测心率、呼吸频率、体温等生理参数。美国Vivo Metrics公司研发的Life Shirt通过将传感器内置于服装中，达到监测呼吸频率、心率、体温等三十几项人体生理指标，并且能够对监测数据进行初步分析，并将分析报告提交给医生。美国森沙特公司于2008年研制出了“医护衬衫”，它能够检测穿着者的体温、心率、血压等数据，并且能够将数据通过卫星通信传送到医院。C.P.Figueiredo等人研究的低功耗无线生理监测系统可实现对心电、体温和活动的实时监测。欧盟在Proe-TEX项目的FP6计划中，制作了一款用于监控紧急救灾人员的智能服装，该服装可以监测用户的健康状况和外部的环境变量，如外界的有毒气体和外部温度等。
▲ 监控救灾人员的智能服装
在国内，可穿戴体温监测的研究相对较晚，张政波等人通过在弹性背心中嵌入各类传感器，记录呼吸运动、心电信号、体位变化和体温变化等，实现了多生理参数的穿戴式、协同检测系统。付大伟以新型的低功耗单片机MSP430F413 为核心，设计了一款便携式体温监测仪，通过温度传感器测量病患的体温，并将测量数据传输给PC端，进行进一步的数据分析与处理。赵晓伟设计了一款能够实现24 h实时体温测量、智能报警、温度数据远程分享的智能体温计，并在此基础上设计实现了防丢器服务功能，系统性能稳定，用户体验良好。邓迟在基于互补金属氧化物半导体工艺的基础上，对体温传感器进行了设计并进行了精度测试，测试结果满足医用电子体温计的精度要求，并在此基础上，提出了一种体温传感器端的可穿戴组装方法。
目前，国内可穿戴体温监测比较成熟的产品有北京睿仁科技医疗有限公司研发的Raiing智能儿童电子体温计。该系统能够提供每4 s一次的体温数据，还有高低温报警和吃药提醒等功能，通过实时传送数据，可以实现终端远程监控。同类的产品还有深圳为谱创展公司研发的环臂式智能儿童体温计iFever。
▲ raiing智能儿童体温计（左）
iFever发烧总监智能儿童体温计（右）
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穿戴系统
穿戴系统一般包括生理信号的检测和处理、信号特征提取和数据传输等基本模块，可以实现对人体无创检测、诊断和治疗，一般具有可移动操作、使用简单、支持长时间连续工作、智能显示诊断结果、异常生理状况报警和无线传输等特点。传感器系统、通信系统、服装系统是穿戴系统的主要构成部分。
温度传感器
温度传感器是可穿戴体温监测系统设计的重要内容。热敏温度传感器一般较为常用，柔性温度传感器是其发展的一个方向。
热敏电阻是电阻率随温度发生明显变化的电阻，分为正温度系数(PTC)热敏电阻和负温度系数(NTC)热敏电阻。其中，NTC热敏电阻因为自身测量精度高、互换性高、可靠性好等优点而被广泛使用。日本石冢SEMITEC 公司生产的103AT-4 型NTC 热敏温度传感器测温范围在-60~150 ℃之间，最大功耗为6 mW，具有非常小的B值误差和电阻，响应速率高，空气中热时间常数可达2 s，精确度可达±0.3 ℃，适用于温度探测、温度计、温控器、医疗设备等。美国精量公司生产的MEAS400系列NTC热敏电阻为病人体温监测探头提供±0.1 ℃的测量精度，可利用高达134 ℃高温蒸汽灭菌器重复消毒。一次性探头主要应用于体表、食道和弗利氏导尿管的温度测量。
▲ 柔性温度传感器阵列（左）柔性温度传感器（右）
随着柔性基质材料的发展以及传感器需要集成化和智能化的要求，柔性传感器的概念应运而生。柔性传感器要求具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲、可穿戴等特点。南非开普敦大学的分支机构PST Sensors研发的柔性温度传感器阵列，由PST的专利硅纳米颗粒打印而成，可以进入多种不同的墨水类型，因此可以附着到几乎任何表面。由日本村田公司研发的薄膜温度传感器由一个NTC热敏电阻和一条厚度大约100 μm的柔性电路板(FPC)组成，长度可以在10~70 mm之间定制，厚度可以做到0.55 mm，测温精度和灵敏度更好(即热响应时间)，可应用于可穿戴设备或手机，例如检测皮肤温度或检测移动设备的机身温度。除了传感器本身进行柔性化，也有依托织物，将传感器与织物进行嵌入的相关研究。周宏图等人采用复杂管状组织与其他组织结合的形式对光纤光栅温度传感器进行封装，方便传感器嵌入服装中，从而实现对人体体温的实时检测。
柔性传感器的发展将进一步促进智能可穿戴设备的发展。人体生理监测系统的智能服装化，为智能可穿戴系统拥有良好的穿着舒适性打下一个良好的基础。
通信系统
可穿戴式健康监护系统中的通信系统主要实现两个任务：（1）把生物传感器采集的生理信号传输到系统的中心节点；（2）将可穿戴健康监护系统连接到远程医疗监护站点或医生手机。通信系统是可穿戴系统的中间系统，起着连接两端的重要作用，是人体生理信号实现数据传输与分析的关键环节。
随着无线通信技术的发展，促使了生理数据采集系统向无线化的转变。一般的生理信号采集系统将人体生理信号（心电、血压、呼吸、体温等）通过传感器或电极转换成微弱的电信号，经电信号、A/D转换电路、单片计算机接口电路后，以数字信号的形式进入终端设备，经过处理后输出测量数据。采集的数据可以通过WAN（广域网）、GSM（全球移动通信系统）、GPRS（通用分组无线业务）、UMTS（通用移动通信系统）、WiMAX（无线城域网）、4G网络等技术进行数据与手机设备或者PC端进行传输。传感器采集的海量生理数据必须经过有效的存储和处理后才能达到对使用者提出医疗建议的目的，这就需要系统提供高效的数据服务和数据支持。云计算这种以虚拟化技术为基础，以网络为载体，以用户为主体为其提供基础架构、平台、软件等服务为形式，整合大规模可扩展的计算、存储、数据、应用等分布式计算资源进行协同工作的超级计算服务模式的概念，为线上病理分析提供了解决方案。分布式消息队列收集系统、Apriori医疗数据挖掘算法优化研究、MHCS（基于云计算的移动医疗系统）架构的提出等都为进一步优化远程医疗服务系统提供技术支持。
服装系统
可穿戴电子设备通过以服装作为载体来实现“穿戴性”。目前，电子系统还不能做到完全柔性化来实现它与服装系统的完全结合。此外，作为服装的一部分，电子系统的设计还必须考虑人体着装的舒适性与服装连接的可拆卸或者可水洗等性能。
目前，可穿戴体温监测设备大多为环臂式的设计。浙江大学的陶毅阳对体温监测服务系统进行设计时考虑到了系统的三种佩戴方式：肩带式、背心式和环臂式。CHEN W 等人在对女性月经周期的研究中，通过把测温装置固定在内裤边缘并与人体接触的方式来测量女性在睡眠中的皮肤温度。在这个案例中，电子设备与服装通过搭扣的方式来实现测量温度的目的。
对于智能可穿戴设备来说，目前智能手表、智能手环和智能眼镜在市场份额上仍占据主导地位。与服装系统结合比较好的智能监护设备一般为可穿戴心电、呼吸、体感等设备。但是，这一类型的可穿戴设备大多数还停留在实验室阶段，要被市场所接受，就要考虑多因素的着装状态。
智能服装设计方面需要考虑的因素有：①遵循用户为中心的原则制定需求，满足用户的生理、心理、生活和环境等需求；②选择可实现预期功能的技术，选择适合的纺织面料，服装设计符合美学原则；③对于智能服装进行多方面的性能评价；④遵循保护环境的原则。在可穿戴设备服装系统的开发上目前还没有固有的设计模式，在未来，需要多个学科的协同合作，完成相关的标准制定。
有关可穿戴体温监测设备的更多信息，请查阅2017年第6期《合成纤维》杂志。
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