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研究人员开发了一种集成的可穿戴系统，可以监测用户的环境、心率和其他身体特征，以预测和预防哮喘发作。研究人员计划今年夏天开始在更大的受试者群体中测试该系统。
该系统被称为健康与环境追踪器(HET)，由一套新的传感器设备组成，由美国国家科学基金会纳米系统工程研究中心的研究人员开发，该中心位于北卡罗来纳州立大学，研究先进的集成传感器和技术自供电系统(ASSIST)。
根据疾病控制和预防中心的数据，哮喘会影响超过2400万人在美国。哮喘患者目前依靠吸入器来缓解症状，其中包括经常使人衰弱的哮喘发作。
“我们的目标是设计一个可穿戴系统，可以跟踪受试者的健康状况，特别是提供预测哮喘发作的基础设施，这样用户就可以通过改变他们的活动或环境来采取措施预防哮喘发作，”Alper Bozkurt说，他是一篇描述这项工作的论文的首席研究员，也是北卡罗来纳州立大学电子和计算机工程助理教授。
该论文的主要作者、北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校联合生物医学工程项目的博士生詹姆斯·迪芬德尔说:“预防攻击可能就像到室内或在日常锻炼中休息一下一样简单。”
HET系统集成了许多新型传感设备，这些设备被整合到一个腕带和一个贴在胸部的贴片中。
该贴片包括传感器，可以跟踪病人的运动、心率、呼吸频率、血液中的氧气量、皮肤阻抗和肺部喘息．
这款腕带主要关注环境因素，监测空气中的挥发性有机化合物和臭氧，以及环境湿度和温度。这款腕带还包括额外的传感器，用于监测运动、心率和血液中的含氧量。
该系统还有一个不可穿戴的部件:一个肺活量计，患者每天对着它呼吸几次，以测量肺功能。
“现在，哮喘患者每天都被要求使用峰值流量仪来测量肺功能，”迪芬德尔说。“这些信息用于告知吸入器中使用的处方药剂量。
Dieffenderfer补充说:“对于HET，我们开发了一种定制的自供电肺活量计，它可以收集更准确的肺功能信息，并将数据输入系统。”
来自所有这些传感器的数据通过无线传输到计算机，由计算机的定制软件收集并记录数据。
“这项工作的独特之处不仅仅是将各种传感器集成到可穿戴设备中，”该论文的合著者、北卡罗来纳州立大学电子和计算机工程教授维娜·米斯拉(Veena Misra)说。“这里的影响是，我们已经能够通过使用纳米新型传感器技术来证明功耗水平在亚毫瓦水平。相比之下，现有设备的功耗水平在数百毫瓦。
Misra同时也是ASSIST中心的主任，他说:“这种超低功耗非常重要，因为它使设备的电池寿命更长，并使它们与身体产生的能量兼容——这并不多。”“它为ASSIST中心在不久的将来实现由身体能量驱动的可穿戴传感器的愿景提供了一条途径。”
Misra说:“我们已经在台式和有限数量的人类受试者身上测试了该系统，以验证概念演示，并确认所有传感器都能工作，并且该系统准确地编译了数据。”“今年夏天，我们计划在哮喘患者和对照组的受控环境中开始测试HET，以确定哪些环境和生理变量能有效预测哮喘发作。”
“一旦我们有了这些数据，中心就可以开始开发软件，自动跟踪用户数据，并提前警告用户哮喘发作，”博兹库尔特说，他是ASSIST中心的试验台负责人，负责监督HET系统集成。该软件将允许用户将HET同步到他们的智能手机上，这样他们就可以在旅途中监控自己的健康状况。在完成这些测试并开发出预测软件之后，我们希望能够开发出功能齐全的HET系统。”
报纸，”用于慢性呼吸系统疾病环境和健康持续监测的低功耗可穿戴系统，发表于IEEE生物医学与健康信息学杂志．该论文由联合生物医学工程项目的Henry Goodell和Brinnae Bent共同撰写;Steven Mills, Michael McKnight, Yao姗姗，Lin飞岩，Eric Beppler, Bongmook Lee, Veena Misra, Yong Zhu, Omer Oralkan, Jason Strohmaier, John Muth和Alper Bozkurt;以及北卡罗来纳大学医学院的大卫·佩登博士。
这项工作是通过北卡州立大学的ASSIST中心完成的，NSF资助号为EEC-1160483。这项工作还得到了国家环境健康科学研究所的支持，资助号为R01ES023349，并得到了环境保护局的支持，合作协议号为CR 83578501。
希普曼-
致编辑:研究摘要如下。
用于慢性呼吸系统疾病环境和健康持续监测的低功耗可穿戴系统
作者北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校的詹姆斯·迪芬德尔、亨利·古德尔和布林纳·本特;北卡罗来纳州立大学Steven Mills、Michael McKnight、Yao Shanshan、Lin Feiyan、Eric Beppler、Bongmook Lee、Veena Misra、Zhu Yong、Omer Oralkan、Jason Strohmaier、John Muth、Alper Bozkurt;大卫·佩登，北卡罗来纳大学教堂山分校
发表: 2016年5月26日(抢先版)IEEE生物医学与健康信息学杂志
DOI: 10.1109 / JBHI.2016.2573286
文摘:我们提出了我们的努力，使可穿戴传感器系统，允许个人环境暴露的生理和随后的不良健康反应的相关性。该系统将使人们更好地了解臭氧水平和其他污染物增加对慢性哮喘的影响。我们讨论了现有商业现成组件在实现连续监测方面的低效率，以及我们在系统级和纳米化方面为提高可穿戴性和功耗所做的努力。我们的系统包括一个腕带、一个胸贴和一个手持式肺活量计。我们描述了我们为实现亚毫瓦系统所做的初步努力，该系统最终由从热辐射和身体运动中收集的能量提供动力，主要贡献是超低功耗臭氧传感器、挥发性有机化合物传感器、肺活量计，以及这些传感器和其他传感器在多模态传感平台中的集成。测量的环境参数包括环境臭氧浓度、温度和相对湿度。我们的传感器阵列还可以通过光容积脉搏图和心电图来评估心率，通过光容积脉搏图来评估呼吸频率，皮肤阻抗，三轴加速度，通过麦克风来评估喘息，以及呼气气流。腕带、胸贴和肺活量计上的传感器分别消耗0.83毫瓦、0.96毫瓦和0.01毫瓦。来自每个传感器的数据连续传输到外围数据聚合设备，随后传输到专用服务器进行云存储。未来的工作包括降低片上系统的功耗，包括无线电，以减少每个描述系统在亚毫瓦范围内的整体功耗。
