可穿戴传感器如何用于帮助康复?

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可穿戴传感器如何用于帮助康复?

可穿戴传感器是便携式、低成本且不显眼的设备,有可能改变临床环境中的康复。这种潜力可以通过监测个人在日常活动中的健康状况来实现

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什么是可穿戴传感器?

可穿戴传感器具有监控和诊断功能。监测能力包括生理生化和运动传感。在过去十年中,这些传感器的重点主要集中在医疗保健行业,这些非侵入性和实时可穿戴传感器允许持续的个人监控。

通过可穿戴传感器技术,可以更轻松地提供阐明健康状况所需的足够信息(包括初步医疗诊断)。

可穿戴生物传感器采用衣服、眼镜、手表和绷带的形式,可以方便地附着在人体上。技术的发展促进了它们的扩展,包括配件和身体插入,包括能够诊断和预后的可植入和可摄入设备。

康复所需的远程和长期患者监测能力是通过它们的连接性实现的。可穿戴设备通过红外线、射频识别 (RFID)、蓝牙和近场通信 (NFC) 连接到一系列智能设备,因此具有互操作性。

利用可穿戴传感器技术进行康复

可穿戴传感器已被转化为康复领域。康复的目的是恢复运动功能,特别是在神经学和骨科领域。康复干预通过利用设计中重复和渐进的任务特定任务来促进运动学习,以增强中枢神经系统的活动依赖性可塑性。

康复取决于监测人体及其动态的能力,以支持量身定制的支持运动以及化学和物理干预措施。在这种情况下,生物电传感器,添加到惯性传感器和压力传感器,被用来控制运动和评估肌肉的功能。除了这些传感器之外,虚拟现实等刺激系统也被用作康复的辅助平台。

可穿戴传感器在康复中的应用示例

骨科和神经系统问题包括大多数康复患者,尤其是老年人。基于力的传感器是用于康复的可穿戴传感器中最流行的形式。这些传感器的几种形式用于提供听觉、视觉和生物反馈以及基于力的测量。这些基于力的传感器包括陀螺仪、加速度计和磁力计。

这些类型的传感器与惯性测量单元 (IMU) 相结合,优化了这些基于力的传感器。

跌倒管理用于识别中风后患者运动学步态变量的差异,识别中风和对照组之间步态稳定性的差异,以及调查可能在增加跌倒风险中起重要作用的变量将病理性运动特征定义为运动迟缓(运动缓慢)、运动功能减退(运动幅度或范围减小)和心律失常(心跳节律不规则)等康复过程的一部分;例如,对于那些患有帕金森病的人,可以监测并用于通知可以用于物理治疗计划的变化识别活动是对中风患者日常生活中常见的基本活动进行分类并监测活动水平、评估真实世界表现并指导中风患者社区治疗的能力,而无需依赖自我报告的数据。

生物反馈用于帕金森病患者的家庭康复,而那些患有中风的人作为生物反馈可用于改善平衡、运动范围、力量和活动能力,与治疗师指导的康复相当。

未来之道:可穿戴传感器在康复中的最新示例

用于康复的可穿戴生物传感器的最新示例是基于纳米材料的传感器,可以确定因汗水引起的肌肉疲劳。该设备由称为 MXene 的超薄纳米材料组成。MXenes 是一类二维材料,由无毒金属与碳或氮组合而成,具有高导电性和强表面电荷的特性。

通过将 MXene 复合电极封装在可穿戴臂章中,研究人员设计了一个模块化系统,装载了适当的酶,以吸收汗水并分析人体汗液中的多种分析物,包括葡萄糖和乳酸。

这个原型跟随肌肉运动;机械应力会产生不同的电阻模式,这些电阻模式会进一步受到酸性或碱性溶液形式的离子的影响——机械负荷增加会导致肌肉疲劳增加,从而产生乳酸。这被翻译为汗液的 pH 值增加。

因此,传感器能够跟踪肌肉运动和汗液pH值的变化;翻译这项技术可以使那些遭受肌肉损伤的人在康复过程中避免过度劳累。

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用于康复目的的可穿戴传感器的现状、局限性和未来方向

该行业正在经历一个增长阶段,随着材料科学的进步允许开发下一代传感器,其大部分潜力将得到实现。目前,可穿戴传感器的使用受到限制。

可穿戴传感器技术的主要障碍源于当前的临床实践和可穿戴传感器本身的局限性。临床实践带来的障碍包括繁忙的临床环境和对可穿戴感官带来的价值的低估。

一个限制是为身体康复患者群体生产的消费级设备的准确性较差,即随着时间的推移易受机械磨损、直接测量有限、对温度、pH 和湿度的敏感性。

另一个常见问题是研究级设备往往不是用户友好的,需要大量培训。缺乏关于设备输出的可靠性、有效性和响应性的已发表数据也阻碍了明智的临床决策的发生。

尽管柔性材料的引入可以使传感器小型化,但必须解决电源、数据传输和材料生物污染方面的重大进步。

展望未来,预计可穿戴传感器将变得更加灵活、准确、稳健和可靠,并更容易融入已经成为其日常生活一部分的时尚配饰中。有了这个,可穿戴传感器的侵入性将越来越小,有助于使医疗保健个性化化,因为用户可以在家中进行远程监控。

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