消费电子 Consumer Electronics 研究可穿戴设备血压监测功能的精准性 —以智能手环为例 To study the accuracy of blood pressure monitoring function of wearable devices—take the smart bracelet for example 黄雨薇,董壮壮,张雨亭,张玉鹏,谭晓东 (武汉大学健康学院,湖北 武汉 430071) 摘要:研究某一品牌智能手环测量血压功能的精准性,为该类智能手环在健康监测中的应用提供依据。方法: 以某一品牌智能手环作为研究器材,与水银血压计共同测量,对两者的血压检测结果进行对比研究。结果:在 血压测试正确率方面,该品牌的智能手环对于血压测试结果的正确率为81.53%;在血压测试真实性方面,该 智能手环总体检测血压的灵敏度85.62%,假阴性率13.82%,特异度77.98%,假阳性率22.84%。同时绘制受试者 工作特征曲线(ROC曲线),得知 ROC曲线的曲线下面积为0.818(95% CI = 0.786,0.907)。结论:该品牌 的智能手环在血压监测方面的精准性较高,但在具体测量数值上差异较大,因此应该多注重智能手环功能的校 正以及新功能的开发。 关键词:智能手环;水银血压计;精准性;高血压 0 引言 被广大群众熟知的可穿戴设备是智能手环,如今市场上 可穿戴设备即为可以穿戴或者佩戴在人身体上的设 的智能手环也基本具有测量血压、心率、运动步数等功 备的总称,是一种辅助人的便携设备,是可穿戴技术的 能,由于其较低的费用以及便捷程度,使其普及程度较 实现方式 [1-2]。目前在市场上主流形式的可穿戴设备有 高。但是不同品牌的智能手环的精准性还未得到科学的 穿戴相机、智能手表、智能眼镜、智能手环、可穿戴医 验证与评价,因此暂时不能替代医用血压计。 本文主 [3] 要是以某一品牌的智能手环为实验器材,研究其血压监 疗设备等 。 近年来,随着人口老龄化程度日益明显,健康需 求、保健意识与日俱增,可穿戴医疗技术强势兴起,可 测功能方面的精准性,为该类智能手环在健康监测中的 应用提供依据。 [4] 穿戴医疗设备层出不穷 。目前可穿戴设备更多的开发 和使用于健康监测方面,例如测量监测血压、心率、血 1 对象与方法 糖以及监测睡眠时间等,能够有效地帮助人们随时随地 1.1 研究对象 监测自身的健康状况,对于慢性病的预防和疾病预后效 本研究选取湖北省恩施市宣恩县高血压患者为实验 果都有一定的促进作用。研究显示,2016年智能手环 对象,利用若干只同一品牌手环和两个水银血压计对每 [5] 占整个可穿戴装置市场的57.8% 。与国外可穿戴技术 [6] 的研究相比,我国起步相对较晚,但发展很快 。美国 的一项研究指出,有大约16%的人使用包括智能手环在 内的可穿戴设备,且今后会不断增长 54 201907H.indd 54 [7-8] 。目前在国内 ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD 位研究对象进行血压测量。 1.2 纳入与排除标准 1)纳入标准:①高血压患者,有服用降压药历 史;②会使用智能手机;③签订知情同意书。 2019.7 2019/7/2 9:33:03 2)排除标准:不愿意参与问卷调查和实验测试。 C 责任编辑:毛烁 验智能手环所测的正确率和真实性的情况,以此判断该 手环血压监测功能的精准性。 1.3 仪器与材料 本研究所使用的仪器包含若干只实验智能手环、两 1.6 统计学方法 个同类型的水银血压计和若干部智能手机。所有实验手 利用Excel2007版对数据进行统计整理,并利用 环和智能手机均无运行迟缓、充电等硬件故障,均能正 SPSS17.0对数据进行分析,通过卡方检验来比较两组 常显示测量数据以及完成数据上传等功能。 数据,同时绘制ROC曲线图。 1.4 检测方法 调查人员向研究对象展示和讲解调查问卷以及知情 同意书的相关内容,征得同意后开始问卷调查,并让研 2 结果 2.1 血压测试正确率 究对象签署知情同意书。利用问卷调查询问得知对象是 本次研究总共检测血压317人次,获取共计317份 否为高血压患者、是否有高血压服药史以及是否有使用 问卷,其中整理后剔除3份无效问卷,有效问卷共有 过该实验手环(手环佩戴史)。 314份。对于同一个对象来说,两种方法所测结果均为 对于高血压的测量方法如下:若对象在调查前并无 高血压或均为非高血压为正确结果,即检测结果与标 进行任何剧烈运动以及可能会影响血压心率的活动,先 准值检测结果一致才为正确结果。其中正确256例,总 让研究对象静坐3~5min;若已经进行了剧烈运动,先 体正确率为81.53%。如表1所示,其中男性170例,女 让其静坐半小时左右,观察其平复情况,以此确保研究 性144例;拥有手环佩戴史的有98例,没有使用该实验 对象能在较为平和的状态下进行测试。在此过程中,调 智能手环的有216例。按照是否有手环佩戴史,性别, 查人员询问研究对象是否有智能手机,并检查手机有无 分别统计每组的正确率。其中,男性和女性正确率分别 硬件问题。若无智能手机则利用调查人员自身的手机进 为80.58%和82.64%。经卡方检验,P值大于 0.05,说 行展示以及测量。调查人员先参照水银血压计测试的标 明不同性别高血压患者测试结果正确率差异不具有统 准,利用水银血压计对调查对象测试血压并记录测量 值,两只手轮流测量(左右测量顺序随机开始),连续 测量三次并记录。随后参考实验智能手环的说明书,将 手环戴在研究对象的手腕距离手腕3 cm~5 cm处,并调 表1 水银血压计和智能手环血压测量值正确率 检测/ 人次 人群 正确/ 人次 正确率/ % 性别 整腕带宽松程度,使其贴合。将手机上实验智能手环对 男性 170 137 80.58 应的APP软件成功开启,输入水银血压计所测得三次数 女性 144 119 82.64 据的平均值,进行手环测量之前的数据矫正。随后利用 手环使用史 手环进行血压测量,同水银血压计一样,左右手轮流测 量总共三次,并记录数据。 1.5 观察与评价指标 将水银血压计测量结果和实验智能血压测量结果 有 98 83 84.69 无 216 173 80.09 合计 314 256 81.53 c2 P 0.218 0.664 0.948 0.352 与我国规定的高血压标准 (收缩压≥140 mmHg,舒 表2 水银血压计与智能手环血压测量结果真实性指标对比 张压≥90 mmHg)进行比 对,以水银血压计测量结 果所得到的血压判断情况 为金标准,来统计计算实 男性 女性 有手环 灵敏度/ % 83.16 90.20 84.69 假阴性率/ % 21.62 6.41 100 特异度/ % 77.33 78.49 - 假阳性率/ % 17.71 30.30 0 无手环 总计 87.50 85.62 4.38 13.82 77.98 77.98 46.84 22.84 分组 约登指数 阳性似然比 阴性似然比 0.61 0.69 - 4.65 2.30 - 0.28 0.07 - 0.65 0.64 1.14 3.38 0.05 0.16 www.eepw.com.cn 201907H.indd 55 2019.7 55 2019/7/2 9:33:03 消费电子 Consumer Electronics 在实际测量过程中,手环与水银血压计在具体测量数值 上相差较大,其原因可能是由于手环测量之前,需要在 手机软件上设置初始血压值,在校正之后才能进行手环 血压测量。如果初始血压值不准确,可能会影响手环测 量的血压数值偏高或偏低,从而可能会导致手环对血压 实际情况的测量。该实验手环所测得正确率高以及灵敏 度的结果,均不能代表现目前在市面上其他智能手环在 高血压监测方面的准确性。 面对大众对慢病管理日益迫切需求,医疗资源紧缺 的现状显然已经无法满足,一种院内治疗结合院外健康 监护的模式受到越来越多关注[4],相比较于已经投入医 学使用的血压计,智能手环面临最大的问题则是它的精 图1 水银血压计和智能手环检测血压结果ROC曲线图 准性以及功能的校正问题,而已经上市的智能手环还需 计学意义。拥有手环佩戴史的群体血压测量正确率为 要大量的实验和数据来证明这一点。对于智能手环而 84.69%,没有使用该实验智能手环的群体血压测量正 言,测量的数据是否与实际血压数值有偏差,以及如何 确率为80.09%,经卡方检验,P值大于 0.05,说明是 校正偏差,都是需要进行科学验证和评价后方可获得答 否有手环佩戴史的高血压患者测试结果正确率差异不具 案。智能可穿戴设备能够指导和鼓励人们拥有更健康的 有统计学意义。 生活习惯 [9-12],但是已确诊的高血压患者不能只依赖智 2.2 血压检测真实性 能手环作为运动指导依据,并且关于可穿戴设备功能的 将不同组别测试总体结果真实性指标进行对比,总 校正和新功能的开发应更多被考虑[13] 。 体检测血压的灵敏度85.62%,假阴性率13.82%,特异 度77.98%,假阳性率22.84%;综合反映检测结果真实 参考文献: 较好,如图1所示。 [1] 黄海诚,汪丰. 可穿戴技术在医疗中的研究与应用[J].中国医疗设备,2015,30(1): 1-5. [2] Pantelopoulos A,Bourbakis N.A survey on wearable biosensor sys -tems for health monitoring [J].Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc,2008: 4887-4890. [3]吕建军,彭凯,张研.可穿戴技术在健康领域发展的SWOT分析[J].中国社会医学杂志,2016, 33(5):477-479. [4] 周旺,贾天镇,陈贤祥,等.可穿戴医疗健康监护现状与展望[J].中国医疗设备,2017,32(5):15. [5]蔡卓卲.可穿戴市场分析:市场策略影响市场走向[J].电子产品世界,2016,23(9):6. [6]周达岸,李建军.下肢外骨骼机器人的现状与展望[J].中国康复理论与实践,2013,19(12): 1132 -1134. [7] Piwek L,Ellis DA,Andrews S,et al.The Rise of C

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