智能織物改變傳統(tǒng)醫(yī)療保健，技術(shù)交叉融合支持

醫(yī)生經(jīng)常告訴病人要“傾聽”他們的身體，并注意身體會告訴您什么。今天，正在開發(fā)的技術(shù)將真正能夠傾聽我們身體，并適當(dāng)處理這種信號，以幫助確定最佳實施方案。

人口老齡化的趨勢已經(jīng)被媒體廣泛報道，全球人口出生率持續(xù)下降加快了老齡化。這些趨勢共同意味著未來幾十年能夠照顧更大基數(shù)老年人口的人數(shù)將會更少。在短期內(nèi)，沒有什么可以改變這些社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但似乎技術(shù)進(jìn)步能夠介入并通過形象化甚至字面上的方式予以幫助。

隨著集成半導(dǎo)體尺寸不斷縮小和功能的不斷增強(qiáng)，人工智能、云計算和無處不在的連接性概念將以突破性的方式結(jié)合在一起，從而能夠最有利地改變醫(yī)療保健行業(yè)的狀況。各種發(fā)展的可能性都非常大，市場需求也在增長，人性本質(zhì)上也有強(qiáng)烈的意愿作出積極的改變。

今天，可穿戴技術(shù)的典型代表是最常戴在手腕上的小型設(shè)備，用于監(jiān)測活動和佩戴者的脈率等統(tǒng)計數(shù)據(jù)。簡而言之，這是一種受意識影響的增強(qiáng)效果。隨著技術(shù)的發(fā)展，未來的小型設(shè)備可能會直接織入我們所穿的衣服中，從而使其不易影響人類自己，因此更容易被接受。

正如通常所言，智能織物有可能改變我們監(jiān)測許多場景的方式，但也許它們最大的潛力在于醫(yī)療保健。通過使用技術(shù)來監(jiān)測病人的狀況并適當(dāng)用藥是一個非?；钴S的研究領(lǐng)域，有一些結(jié)果已經(jīng)開始出現(xiàn)。

感測壓力

在傷痛恢復(fù)期間，身體某個區(qū)域施加或者承受的壓力可能是特別令人關(guān)心的事情。腫脹是愈合過程的一部分，但必須加以監(jiān)測，因為它也可能是繼發(fā)感染的先兆。同樣，如果病人沒有定期活動，他們可以迅速形成壓瘡，從而抑制愈合過程。答案是要監(jiān)測病人的傷口及其總體的運動，或者是否缺乏這些運動。

達(dá)到此目的的一種方法是使用可以編織進(jìn)床單或衣服的傳感器。編織到床上用品的有機(jī)硅涂層導(dǎo)電紗線目前正在開發(fā)中，它可以監(jiān)測濕度和運動，并在患者需要關(guān)照時提醒護(hù)理人員。醫(yī)院也在使用同樣的技術(shù)使病床能夠根據(jù)病人的需要自動移動，從而減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。

同樣的技術(shù)原理也正在被整合到敷料和繃帶中，以監(jiān)測在傷痛恢復(fù)期身體施加的壓力。例如，可以通過監(jiān)測表明敷料是否太緊，或記錄受感染區(qū)域的腫脹減輕的速度。

有很多種方法用來測量給定介質(zhì)的壓力。傳統(tǒng)上，是通過測量限制血液流動所需的壓力來記錄血壓，現(xiàn)在可以使用壓力傳感器自動執(zhí)行此過程，其中的壓力傳感器與用于施加壓力的壓縮空氣并排安裝。因此，血壓監(jiān)測儀已成為任何人都可以在舒適的家中使用的消費類設(shè)備。將同樣的技術(shù)整合到運動服裝等面料中其實并不是一個巨大的飛躍。

壓力傳感器也可用于例如鞋墊等其他方面，能夠監(jiān)測患有周圍神經(jīng)病變的患者的步態(tài)和活動，這是一種阻止大腦接收來自身體特定區(qū)域（例如腳）信息的病況。圖1所示為Orpyx的這種系統(tǒng)，它能夠記錄鞋墊的數(shù)據(jù)并將其無線傳輸?shù)?a target="_blank">智能手機(jī)應(yīng)用程序。通過使用傳感器來監(jiān)測患者腳上的壓力并提供反饋，可以幫助防止形成潰瘍。在極端情況下，潰瘍可能導(dǎo)致需要截肢。

圖1：Orpyx系統(tǒng)采用嵌入到鞋墊的壓力傳感器，并通過無線連接到智能手機(jī)

將傳感器嵌入敷料中可以通過測量皮膚的變形來評估因肢體腫脹而施加的壓力，這正是研究人員目前正在開發(fā)的 “智能織物”。

通過將壓力監(jiān)測直接集成到智能織物中，可以更容易地掌握長期的發(fā)展趨勢，從而有助于早期診斷諸如心血管問題等疾病。

更加智能的石膏

得益于納米技術(shù)的發(fā)展，通過監(jiān)測皮膚電特性的變化來測量水合作用水平目前已經(jīng)成為現(xiàn)實。將細(xì)小的電線嵌入直接作用于皮膚的可拉伸織物，小型電極可以監(jiān)測水合作用，并可實時傳輸信息。同樣的技術(shù)也可以應(yīng)用于服裝行業(yè)。

一種類似而有效的診斷方法可以應(yīng)用在智能敷料中，使一個小電流通過人體細(xì)胞，并測量其阻抗，這是一種被稱為阻抗光譜技術(shù)的非常有意義的擴(kuò)展。通過測量細(xì)胞在衰變時呈現(xiàn)的電容和電阻的變化，可用于創(chuàng)建智能繃帶，這樣一來褥瘡可以在人眼看見之前就能夠識別。

雖然電子技術(shù)是智能織物解決方案的重要組成部分，但它也正在與傳統(tǒng)醫(yī)療保健合作開發(fā)，其中包括研究如何更有效地用藥。來自美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校（the University of Nebraska-Lincoln）、哈佛醫(yī)學(xué)院（Harvard Medical School）和麻省理工學(xué)院的一組研究人員已經(jīng)證明，智能敷料不僅能夠監(jiān)測傷口，而且還有直接用藥的潛力。

該團(tuán)隊將智能敷料解釋為首個能夠根據(jù)藥物劑量來進(jìn)行釋放的繃帶，如止痛藥和抗生素，以及促進(jìn)愈合和組織再生的藥物。實質(zhì)上，它通過將藥物植入凝膠，凝膠又涂覆編織到繃帶中的電線。嵌入到繃帶中的微控制器控制流過電線的電流，使其加熱凝膠并將其載有的藥物直接釋放到受感染區(qū)域。試驗已經(jīng)顯示出積極的效果，該團(tuán)隊正在研究用集成的傳感器來測量諸如葡萄糖和pH值等指標(biāo)，以使藥物傳送和釋放過程完全自動化。

互聯(lián)醫(yī)療

在整個物聯(lián)網(wǎng)中，無線連接提供了一種將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆频姆绞?，人工智能可用于更好利用“大?shù)據(jù)”分析的趨勢。通過將這一過程應(yīng)用于醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)（IoMT），這些數(shù)據(jù)最終可用于改善其他患有類似疾病患者的治療方式。

這將需要更全面的方法來使用醫(yī)療領(lǐng)域的技術(shù)，將多個學(xué)科融合為一個解決方案。

斯旺西大學(xué)生命科學(xué)研究所（Institute of Life Science, Swansea University）的研究人員正在研究如何將納米技術(shù)最新發(fā)展帶來的傳感器整合到具有5G連接的智能繃帶中，不僅可以監(jiān)測傷口，還可以遠(yuǎn)程實時監(jiān)測傷口。該方法還將可以采用3D打印機(jī)來制造繃帶。

納米技術(shù)正在縮小生物與技術(shù)領(lǐng)域之間的差距，并將成為IoMT的一項實用技術(shù)。目前正在進(jìn)行的研究包括如何利用納米顆粒為身體中的特定細(xì)胞提供治療，并且已經(jīng)顯示出一些積極的結(jié)果。在細(xì)胞水平上的靶向治療其最初優(yōu)勢之一是身體不再需要在各個部位都代謝藥物，這將導(dǎo)致更低的劑量水平，更有效的治療，并最終降低醫(yī)療服務(wù)的成本。

醫(yī)療領(lǐng)域的MEMS

MEMS技術(shù)已經(jīng)通過在小型封裝中提供精確的3軸、6軸和9軸運動傳感而徹底塑造了手機(jī)行業(yè)。同樣的技術(shù)能夠被廣泛地用于可穿戴健身追蹤器，而MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)使助聽器發(fā)生了革命性的變化，但MEMS未來發(fā)展?jié)摿Ω蟆?/p>

通過將MEMS麥克風(fēng)直接安裝到一次性隱形眼鏡上，可以測量眼睛的眼壓（IOP）變化，此變化往往表明角膜形狀的變化，可能是青光眼的早期征兆。目前，瑞士公司Sensimed可以提供包括無線通信在內(nèi)，且集成有MEMS的IOP傳感器。圖2顯示出該系統(tǒng)包含三個元件：帶有嵌入式傳感器和變送器（transducer）的一次性隱形眼鏡（1），戴在眼睛周圍的單獨天線（2），以及通過細(xì)線連接（3）的數(shù)據(jù)記錄器（4）。

圖2：Sensimed集成到一次性隱形眼鏡中的IOP傳感器，該隱形眼鏡通過近場通信（NFC）進(jìn)行供電和連接

該系統(tǒng)使用NFC技術(shù)為傳感器提供無線供電，其足以進(jìn)行測量并將信息傳回天線。由于不再需要使用硬連線電源（通常是電池），而電源及其連接往往是系統(tǒng)體積最大的部分，這種方法有可能用于其他各種IoMT設(shè)備。通過利用NFC的功能，許多其他類型的傳感器以及控制它們所需的微電子設(shè)備可以一并嵌入到智能織物中。

結(jié)論

智能織物正在改變傳統(tǒng)醫(yī)療保健的性質(zhì)，并已經(jīng)受到前所未有的技術(shù)交叉融合的支持。雖然許多應(yīng)用仍然只局限于研究實驗室，但其發(fā)展速度在不斷加快，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)具備非常大的應(yīng)用潛力來永遠(yuǎn)改變傳統(tǒng)的醫(yī)患關(guān)系。