二、可穿戴设备
1.可穿戴脉搏血氧仪
对急性高原病的生理数据监测多基于SpO2和HRv值，脉搏血氧仪是能够同时测量二者的最常用设备。非侵入性的可穿戴式设备可以方便地实现无创、准确且连续的测量，主要有使用探头的接触式和使用相机的非接触式。设备大多基于光学传感器，最常用的是光电容积描记（PPG）技术。通过光反射或投射，可以探查较浅的皮肤层。例如，Azhari等发明了一种贴片型无线可穿戴脉搏血氧仪，可从人的前额测量心率和血氧饱和度；Chacon等介绍了一种可穿戴的光学生物传感系统，使用探头连续测量脉搏血氧饱和度和心率，此外还设计了一种新颖的依赖数据的运动伪影调整算法，以消除运动伪影产生的噪声数据。
可穿戴脉搏血氧仪致力于提升便携性和穿戴舒适性。横田智之和其东京大学的同事设计了超柔性皮肤血氧仪（如图17.1A），这是一种可以层压到指尖以确定血氧饱和度的有机脉搏血氧计，由两个有机聚合物发光二极管（PLED）组成，并封装一个有机光电探测器（OPD）。PLED和OPD各自只有3微米的厚度，比人表皮薄一个数量级。Guber等经过评估确定，更为舒适的腕式脉搏血氧仪Oxitone-1000（Oxitone Medical）（如图17.1B）在肺病患者日常活动中对SpO2和HR的测量准确，不逊于其他指尖式标准设备。另有一种更小型便携的、支持蓝牙且带有婴儿传感器8008J的WristOx23150脉搏血氧仪，其测量精度和准确度甚至可以与较大型的医院级脉搏血氧仪Masimo LCNS相媲美。
随着嵌入式、物联网技术的发展，脉搏血氧仪构造更简单，成本更低，功能更强大。Sutar等使用基于微型AT AT328微控制器的低成本Arduino Mini套件以及德州仪器（TI）OPT101光电二极管，以SMD模式设计开发了PCB用于心率监测和血氧饱和度测定；Augustine等采用物联网技术，实现了对患者进行远程监控与警报，WLAN路由器将脉搏血氧仪传感器设备连接到Blynk服务器，在Android上显示和应用测量到的数据。
图17.1 脉搏血氧仪
A—超柔性皮肤血氧仪；B—腕式脉搏血氧仪Oxitone-1000
智能手机技术和与健康相关的应用程序为便携式脉搏血氧仪提供了一个通用的、成本相对较低的平台。Tomlinson等评估了基于智能手机的脉搏血氧仪应用程序的两种主要类型，发现基于手机自带的相机镜头和闪光灯的应用程序（CBA）可靠性较差，而基于直连到手机的外部探针的应用程序（PBA）可靠性较好。Kenek O2脉搏血氧仪（如图17.2所示）是加拿大卫生部批准的唯一基于智能手机的脉搏血氧仪，可用于医疗。它由一个手指探针和一个可下载的应用程序组成，可与iPhone，iPad以及iPod Touch系统兼容。Chan等以Nono 8500脉搏血氧仪为标准参考设备，评估了Kenek O2智能手机脉搏血氧仪的可用性、有效性和可靠性，发现智能手机血氧仪只在静息时可靠，无法准确记录运动期间有慢性肺病的患者的HR或SpO2。
图17.2 Kenek O2脉搏血氧仪
2.可穿戴心肺参数测量系统
除脉搏血氧仪外，其余心肺功能参数测量系统也做到了可穿戴。与心电图相比，使用便携式设备进行的HRv测量显示出少量的绝对误差，但是考虑到便携式设备的实用性和合规性，此小误差是可以接受的。源自PPG的脉搏率变异性（PRv）已被普遍接受可替代源自心电图的HRv。Hernando等以Apple H7胸带心率监测仪（Polar Electro Oy，Kempele，芬兰）的RR间隔作为参考，对Apple Watch测得的HRv进行了验证，发现Apple Watch的测量结果显示出非常好的可靠性和一致性。
徐浩然等以SensEcho随行生理参数监护系统（如图17.3所示）为受测设备，METALYZER 3B型心肺功能测试系统为参比设备，通过数据验证和Bland-Altman分析、相关性分析，证明SensEcho随行生理参数监测系统能够准确测量人体心率和呼吸率等关键心肺生理参数。SensEcho在各种强度的运动状态下都能保持很好的稳定性，能够满足运动状态下的连续生理信号采集和分析应用。新兴的便携式血压计采用气压传感器、光电传感器和单片机，集成度高，体积小且可穿戴，克服了传统水银血压计操作难、不易携带的缺点。
图17.3 SensEcho随行生理参数监护系统
3.可穿戴脑部监测设备
通常基于近红外光谱、经颅多普勒和脑电图实现AMS监测中的脑血氧及脑血流量测量。例如有专利发明了一种基于近红外技术的无线可穿戴式脑血氧测量设备。Hsu等发明了一种头戴式脑电监测装置，该设备利用干金属电极感知初始信号，集成Arduino芯片、模拟前端模块、蓝牙模块、SD卡模块、RTC模块等对初始信号进行分析与储存（如图17.4A），将数据传入Android系统并在手机屏幕实时显示EGG波形（如图17.4B）。(https://www.daowen.com)
图17.4 头戴式脑电监测装置
A—硬件集成；B—实时EGG波形
4.便携式睡眠监测系统
睡眠参数监测常基于多导睡眠描记（PSG）技术。LifeShirt（VivoMetrics）是一种可穿戴多功能生理信号监测设备（如图17.5所示），在文献报道中有研究用于监测受试者在高原适应期的睡眠脑电图（EEG）、眼电图（EOG）、颏肌电图（EMG）、SpO2和呼出气中CO2含量。Compumedics便携式睡眠监测系统有13个数据通道，比LifeShirt增加了腿部运动和鼻腔血流量监测功能。
图17.5 LifeShirt多功能生理监测设备
文献使用Ambulatory-Monitoring-Inc（AMI）公司的腕式活动监测器（如图17.6A）采集接受IHT训练者的睡眠生理信号，并利用公司配套软件ACTION4（如图17.6B）计算相对觉醒时间、每小时唤醒次数、睡眠百分比。
图17.6 AMI睡眠监测系统
A—腕式活动监测器；B—配套软件ACTION4
5.便携式呼出气分析仪
呼出气分析可能有助于AMS的诊断和严重程度评估。Lacey等探讨了一种假设，有关AMS发生的生理过程可表现为通过代谢过程产生的挥发性有机化合物（VOC）的变化，并通过Cyranose 320（Sensigent美国）手持式蒸气分析仪（如图17.7）所采集的数据验证了该假设，这种技术也称为电子鼻（e-nose）。
图17.7 手持式蒸气分析仪Cyranose 320
而同年文献报道，通过实验发现，快速上升到4554 m后“电子鼻”无法区分AMS患者和非AMS患者。“电子鼻”呼吸分析初步表现出AMS检测方面的潜力，其具体应用还需要进一步研究。