NASA 支持的智能手表为宇航员与患者提供医疗级监测

在 NASA 支持的财团资助下开发的 EmbracePlus 将医疗级能力与精度融入消费级产品的外观、手感和舒适度中。（图片：Empatica Inc.）

国际空间站宇航员生活大部分时间比航天飞机时代轻松，当时任务常在短期内压缩许多目标和里程碑。但 NASA 科学家 Alexandra Whitmire 表示，阿耳忒弥斯计划首批登月宇航员情况将不同，她的工作关注宇航员福祉和表现。

“阿耳忒弥斯任务极具雄心，机组需执行许多任务，有时跨越长工时或夜班，”她说。“他们的日程可能扰乱睡眠模式，类似航天飞机时代经历。”

作为 NASA 约翰逊航天中心人类研究计划人因与行为表现要素科学经理，Whitmire 正在寻找最佳方式监测和支持宇航员睡眠，以确保其安全和表现。这只是人类研究计划五个要素之一。其他关注宇航员运动、医疗需求、防范空间辐射等环境危害。

计划大部分工作都能受益于可穿戴设备，能以多种方式测量并反馈宇航员生理数据。因此 2020 年 Whitmire 接触到马萨诸塞州剑桥 Empatica Inc. 最新医疗可穿戴技术成果。

在 NASA 协助下并考虑机构需求，公司开发出将五个传感器装入小巧、舒适、美观设计的智能手表，现作为 EmbracePlus 商业化上市。

设备原型开发部分由转化空间健康研究所 (TRISH) 资助，该研究联盟寻找降低长任务宇航员风险方法。TRISH 由约翰逊航天中心和贝勒医学院资助。

Empatica 此前商业化科学级智能手表 E4，主要用于学术研究和临床研究；以及检测癫痫发作提醒护理人员的 Embrace2，设计为日常佩戴的美观舒适。

EmbracePlus 旨在结合 Embrace2 的美观舒适与 E4 的能力。后者包括：检测运动的加速度计、温度传感器、监测心脏和呼吸活动的红外传感器、检测皮肤电活动（关联神经系统活动）的传感器。EmbracePlus 还增加陀螺仪以优化运动检测。

“EmbracePlus 结合 Embrace2 的美观设计与 E4 的数据采集能力，成为外观体验如消费品的医疗设备，可轻松融入日常生活，”Empatica 首席技术官 Simone Tognetti 说。

TRISH 资助开发工作包括：评估不同心率和血氧传感器、关键功能试验、集成所有组件和设计元素、确定最舒适外形、选择显示屏等。

“资助让我们实现重要工程特性，如将皮肤电活动传感器放在舒适可拆卸表带上，”Tognetti 指代检测皮肤电活动的传感器说。“这是大量研发制造、电气连接、信号质量影响各种结构的结果。”

人类研究计划对宇航员在太空和地面研究使用的设备需求也塑造了手表。Whitmire 指出小巧、轻便、舒适设计对航天计划至关重要。“真正需要设备不显眼、不负担，不成为压力源本身，”她说。

Tognetti 说 NASA 还要求技术节能、易用、足够坚固在恶劣空间环境工作。“我们有可定制硬件模式优化数据采集与电池寿命、内置存储可在低连接时存 55 天数据、低功耗显示屏也助故障排查，”他说。

同时设备自动持续采集数据并通过蓝牙流式传输至配套应用，再推送至云端。“用户只需确保设备充电和连接，”他说，应用也会提醒这些步骤。

EmbracePlus 2021 年量产。已获美国 FDA 批准作为 Empatica 健康监测平台关键组件。Tognetti 称其为平台，机器学习算法可分析不同传感器同时数据流以检测监测各种健康方面。EmbracePlus 传感器数据可组合识别不同状况。例如 COVID-19 大流行期间，公司开发算法在症状出现前检测呼吸道感染。

“可穿戴设备已用于大规模临床试验和学术研究，”Tognetti 说，客户包括全球最大制药公司和主要研究项目。后者包括两个欧盟资助项目——Sleep Revolution 项目，利用机器学习诊断治疗睡眠呼吸暂停；TIMESPAN 项目，研究注意力缺陷多动障碍与糖尿病、心血管疾病等交叉，以优化个性化治疗。

对于研究和临床试验，他说，“能从参与者家中或办公室获取金标准测量，不 100% 依赖自我报告或每周现场访问仅提供快照指标，意味着更高质量数据和大幅降低参与者负担。”

未来，Tognetti 说公司也希望 Empatica 健康监测平台（含 EmbracePlus）成为诊所外监测患者健康的“首选工具”。

回到约翰逊航天中心，Whitmire 说 EmbracePlus 是考虑用于太空飞行和地面研究测量生命体征和睡眠觉醒活动的设备之一。主要关注其加速度计识别睡眠觉醒周期，但也指出其他传感器可能引起人类研究计划其他要素兴趣。

宇航员一直使用的腕戴设备即将停产，她说 EmbracePlus 可解决前代设备局限，包括舒适度和连接性，特别是前者不实时流式传输数据。

对于睡眠监测，Whitmire 认为 EmbracePlus 等设备也可在医疗领域外应用。她指出卡车、铁路等行业疲劳管理系统主要依赖自我报告。“有确立研究显示我们低估睡眠剥夺对表现影响，”她说。“我看到此类设备，对研究重要，但在应用层面，其提供客观反馈的能力有潜力提升许多行业安全性，促进关爱长工时或夜班工作者。”

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