实用的生物医学传感器从根本上改变了临床医生和个人跟踪心脏健康的方式。 这些紧凑的非侵入性设备提供实时心率数据,这些数据一度只在医院环境中提供。 全世界有数百万用户,通过穿戴能力持续监测心率现在是预防心脏病学和远程病人管理的基石。

如何用可穿戴传感器测量心率

光聚摄影技术(PPG)

大多数智能观察和健身带使用PPG传感器,这些光向皮肤中发射绿色或红外光,测量微血管床血量脉冲引起的光吸收变化,对反射信号进行处理以提取心率,在高级设备中,心率变化(HRV). PPG对日常磨损具有功率高效和舒适性,但可能受到运动文物,皮肤色素,环境光的影响.

电心电学传感器

胸带和一些较新的智能表包含干电极ECG传感器,这些传感器检测心脏从身体表面的电活性. ECG提供了最精确的R-R间隔,可以识别心律不适,如电磁纤维化,过早的通风收缩,以及导电异常等. 然而,ECG需要直接皮肤接触,并且比PPG更方便连续24/7监测.

障碍画和其他方式

新兴传感器使用生物障碍测量与心脏输出有关的胸腺障碍变化. 一些可穿戴物将PPG与加速计结合过滤运动噪声,提高运动过程中的精度. 研究级设备还可以使用地震心肌学或球心肌学来捕捉机械心脏功能.

可穿戴心率监视器的类型

智能表( S)

苹果观察、三星银河观察、Fitbit Sense和Garmin Fenix家族整合了PPG,并经常是单头ECG。 它们提供持续监测、不规则的节奏通知和FDA的清空功能,用于审判性纤维化检测。 Smartwatch具有方便用户的界面、蜂窝连接以及应用生态系统的优势,这些生态系统与健康记录融合。 电池寿命通常从18小时到几天不等,取决于特性。

胸口夹

极地H10、Garmin HTM-Pro和Wahoo TICKR是运动员和临床研究的黄金标准。它们使用ECG,提供击球精度,并尽可能少的滞后。胸带是锻炼测试、HRV分析和研究协议的理想。 它们的主要局限性是长期磨损不适,缺乏显示数据必须在对齐设备上读取。

健身乐队和环

Oura环形和WHOOP带等设备使用PPG的紧凑形式因子,它们强调睡眠和恢复度量,往往包含HRV和休息心率趋势,环比腕骨设备更不侵扰,但采样率可能较低,适配带的价格较低,因此可以进行一般的健康跟踪。

医学- 粘贴补丁

诊断监测处方是Zio Patch和类似产品,它们提供连续14天的ECG记录,忠贞度很高,这些补丁不是消费者的可穿戴品,而是诊断心律不全的临床基准,随着报销模式的发展,它们在远程医疗中的使用也在增加。

连续心率监测临床应用

审判性纤维化检测

试管纤维化(AFib)是中风的主要原因,而且经常是无症状的。 带有不规则节奏通知算法的可穿戴器可以检测AFib事件,否则可能无法诊断。苹果心脏研究和华威心脏研究等研究已经在大群中验证了这些装置。在确认ECG之前,这些提示可以及时进行医学评估。

自动函数的心率变化性(HRV)

人类免疫学研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究

长期病情的远程监测

心衰竭,冠状动脉疾病,或手术后状态的患者,得益于连续的心率监测. 心律心律,胸腔心律,或新发性心律不全的警报可以减少医院的复诊率. Biofourmis和Curlance Health等平台将可穿戴数据与虚拟护理团队的电子健康记录整合.

规定和优化

对于健康个体,穿戴可穿戴器帮助瞄准特定心率区进行有氧调节,脂肪燃烧,或高强度间隔训练. HR数据引导恢复期和防止过度训练. Athletes使用HRV来调整训练负荷,并检测早期超度.

病人和保健提供者的津贴

早期发现和干预

持续的数据可以捕捉到12个领导者在诊所可能错过的瞬间异常。 比如,睡眠期间的30秒心跳性心律瘤可以远程记录和分析。 早期检测可以让生活方式改变、药物调整或症状升级前的电生学转诊。

个性化的保健和数据化决定

纵向心率趋势揭示了个人基线和偏差。 患者休息的心率在一周内上升10bpm,可能表明感染、脱水或甲状腺功能失调。 提供者可以使用这些模式来调整治疗,而不是依赖人口平均值。 接受过可穿戴数据培训的机器学习模型正在改善心血管事件的风险分层。

患者接触增加

实时反馈可以鼓励用户采取更健康的行为。研究表明,日常的步数和心率反馈会增加身体活动。游戏和社会特征会进一步维持动力。 参与的患者更有可能坚持药物和后续预约。

减少保健费用

使用可穿戴设备的远程监测可以减少不必要的急诊和住院。 在《医学互联网研究杂志》[中的元分析发现,使用可穿戴设备的远程监测的心脏衰竭患者的复诊率减少了30%。 保险人和雇主越来越多地补贴作为健康方案的一部分的装置。

挑战和限制

现实世界条件下的准确性

PPG传感器在高强度运动,低渗透状态下,以及因美兰素吸收而皮肤色素较深的个人中,其准确度较低. 2019年的一项研究在 Nature Digital Medicine[中发现,黑人患者中氧饱和误差比较明显. 制造商正在改进算法,并添加多波长LED,但临床决策不应完全依赖原始的PPG数据而不经过验证.

电池寿命和数据连续性

持续心率监测会快速排出电池。 大多数智能手表需要每天充电,一夜之间就产生数据缺口。 几个月前,胸带带有硬币电池,但缺乏集成显示。 研究人员正在探索能源采集和低功率芯片,以扩大自主性。

数据隐私和安全

可携带数据受各种法规(]FDA指导,美国HIPAA,欧洲GDPR)的约束. 许多消费设备与第三方共享数据进行分析或广告. 病人和提供者必须理解数据存储,加密,同意协议. 美国心脏协会建议透明的数据政策.

监管和临床鉴定差距

并非所有可穿戴的都是FDA许可或CE标记用于医疗目的,即使是经过清除的装置也往往与传统监测器相比,接受的验证研究有限,临床医生在解释未经核实的测量时面临不确定性,专业协会正在制定可穿戴数据报告和临床整合的标准。

未来方向和创新

人工智能和预测分析

接受大型可穿戴数据集培训的机器学习模型可以预测临床事件前的下垂,心律失常,或解赔小时. 例如 aple Watch 试金石纤维化预测算法[ 使用对原始PPG信号的深层学习. AI还帮助正确运动文物,将警戒阈值个性化.

多式联运传感器组合

未来可穿戴性能将心率、呼吸率、伽拉文氏皮肤反应、温度和氧饱和性结合到一个单一芯片上。 这种整体观点可以检测出败血症、中暑或恐慌症的早期迹象。 类似Fitbit和Withings这样的公司已经整合了SpO2和皮肤温度传感器。

最小化和皮肤-皮层形态因素

弹性、可伸缩的电子设备可以使纹身状的补丁符合皮肤长达数周。 这些“电子皮肤”设备使用石墨或聚合膜,消耗力低,可以一次性或半可重复使用,适合住院治疗。

与数字治疗和EHR的结合

可携带数据会无缝地流入电子健康记录,引发临床决策支持. 哈佛数字健康举措[等平台正在试制与Epic和Cerner的融合. 算术可以标注需要药物配位或生活方式咨询的患者.

持续监测特殊人群的心率

研究正在调整儿科、怀孕和老年病的可穿戴性。 正在开发通过产妇腹部补丁进行胎儿心率监测。 老年人的跌落检测系统将心率和心率相结合;对婴儿来说,可穿戴的袜子测量心率和氧气,以减少小岛屿发展中国家的风险。

结论

穿戴的生物医学传感器已经超越了跟踪健身能力,成为持续监测心率的重要工具。 它们赋予个人权力,以掌管心血管健康,同时让临床医生进入以前不可能的日常生活。 精确性改进、监管清晰度和智能分析将加深其影响。 随着这些设备的尺寸和成本的缩减,普遍采用可以改变预防心脏病学,减轻全球心脏病负担。

“易用设备不仅仅是装置——它们正在成为21世纪的代号。” ——史克力普斯翻译研究所Eric Topol博士

为了了解更多关于可穿戴心率监测器的临床指南,请访问美国心脏病学院的建议[和[FDA的数字健康资源。