NASA 支持的智能手表为宇航员和患者提供医疗级监控

EmbracePlus 是在 NASA 支持的财团的资助下开发的，将医疗级功能和精度与消费产品的外观、触感和舒适度结合在一起。 （图片来源：Empatica Inc.）

对于宇航员来说，国际空间站上的生活在很大程度上比航天飞机时代要轻松，当时的任务通常包括压缩在短时间内的许多目标和里程碑。然而，对于在阿耳忒弥斯计划期间第一批登上月球表面的宇航员来说，情况并非如此，美国宇航局科学家亚历山德拉·惠特迈尔（Alexandra Whitmire）表示，她的工作关系到宇航员的福祉和表现。

她说：“阿耳忒弥斯任务将非常雄心勃勃，机组人员必须执行许多任务，有时需要延长工作时间或上夜班。” “他们的日程安排可能会扰乱睡眠模式，类似于我们在航天飞机时代经历的情况。”

作为美国宇航局人类研究计划人为因素和行为表现部分的科学经理，惠特米尔正在寻找监测和支持宇航员睡眠的最佳方法，以帮助确保他们的安全和表现。她的研究只是美国宇航局休斯顿约翰逊航天中心人类研究计划的五个要素之一。其他人则担心宇航员的锻炼和医疗需求，以及保护他们的健康免受辐射等太空环境危害。

该计划的大部分工作都可以受益于能够以多种方式测量宇航员生理状况并提供反馈的可穿戴设备。这就是为什么在 2020 年，Whitmire 发现自己看到了来自马萨诸塞州剑桥市的医疗可穿戴技术公司 Empatica Inc. 的最新作品。

在 NASA 的帮助下，并着眼于该机构的需求，该公司开发了一款智能手表，将五个传感器集成到一个小型、舒适、有吸引力的设计中，现已作为 EmbracePlus 投入商业使用。

该设备原型的开发部分资金来自太空健康转化研究所 (TRISH) 的资助，该研究联盟致力于寻找降低宇航员执行长期任务风险的方法。 TRISH 由约翰逊和贝勒医学院资助。

Empatica 此前已将一款名为 E4 的科学级智能手表商业化，主要用于学术研究和临床研究，以及一款用于检测癫痫发作以提醒护理人员的智能手表 Embrace2，其设计美观且适合日常使用。

对于 EmbracePlus，该公司希望将 Embrace2 令人愉悦的外观和感觉与 E4 的功能结合起来。其中包括用于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，以及另一个检测与神经系统活动相关的皮肤电活动的传感器。 EmbracePlus 还添加了陀螺仪，以实现更精细的运动检测。

Empatica 首席技术官 Simone Tognetti 表示：“EmbracePlus 将 Embrace2 的精美设计与 E4 的数据收集功能相结合，因此它是一款具有消费者外观和感觉的医疗设备，可以在日常生活中轻松佩戴。”

在 TRISH 资金的帮助下进行的开发包括评估用于检测心率和氧气流量的不同传感器、对关键功能进行试验、集成所有组件和设计元素、确定最舒适的外形尺寸以及选择显示屏等工作。

“这笔资金使我们能够实现重要的工程功能，例如将皮肤电活动传感器放置在舒适的可拆卸带子上，”托涅蒂说，他指的是皮肤电活动传感器。 “这是对各种结构的制造、电气连接和信号质量影响进行大量研发的结果。”

人类研究计划对宇航员在太空甚至地面研究中使用的设备的需求也塑造了手表。惠特米尔指出，小型、轻便、舒适的设计对于太空计划至关重要。 “你确实需要一种不唐突、不累赘的设备，这样它本身就不会造成压力，”她说。

托涅蒂表示，美国宇航局还要求该技术高效节能、易于使用，并且足够坚固，能够在恶劣的太空环境中工作。 “我们拥有可定制的硬件模式，可通过电池寿命优化数据收集，内置内存可在连接性较低的情况下存储长达 55 天的数据，低功耗显示屏也有助于故障排除，”他说。

与此同时，该设备会自动持续收集数据，并通过蓝牙将其传输至配套应用程序，后者将其推送至云端。 “用户需要做的就是确保设备已充电并已连接，”他说，并指出该应用程序甚至还会提醒用户这些步骤。

EmbracePlus于2021年投入量产，已获得美国食品药品监督管理局批准，成为Empatica健康监测平台的关键组成部分。 Tognetti 将其描述为一个平台，机器学习算法可以分析来自不同类型传感器的同步数据流，以检测和监控健康的各个方面。 EmbracePlus 传感器数据可以以新的方式组合来识别不同的条件。例如，在 COVID-19 大流行期间，该公司开发了一种算法，可以在症状出现之前检测呼吸道感染。

Tognetti 表示：“这款可穿戴设备已经用于大规模临床试验和学术研究。”他指出，客户包括世界各地一些最大的制药公司和主要研究项目。后者包括两项欧盟资助的举措：睡眠革命项目，旨在利用机器学习来诊断和治疗睡眠呼吸暂停；以及 TIMESPAN 项目，该项目正在研究注意力缺陷多动障碍与糖尿病和心血管疾病等疾病的交叉点，希望优化和个性化治疗。

对于研究和临床试验，他说，“能够从参与者的家中或办公室获得黄金标准的测量结果，而无需 100% 依赖自我报告或仅提供快照指标的每周现场访问，意味着更高质量的数据和更低的参与者负担。”

Tognetti 表示，未来该公司还希望 Empatica 健康监测平台（包括 EmbracePlus）成为在诊所外监测患者健康状况的“首选工具”。

回到约翰逊航天中心，惠特米尔表示，EmbracePlus 是正在考虑用于测量航天和地面研究中生命体征和睡眠觉醒活动的设备之一。她的团队最感兴趣的是该设备的加速度计，可用于识别睡眠-觉醒周期，但她指出，人类研究计划的其他部分可能会对其他一些传感器感兴趣。

宇航员用来收集数据的腕戴式设备即将停产，她表示 EmbracePlus 可以解决之前设备的一些局限性，包括舒适性和连接性，特别是考虑到其他设备不能实时传输数据。

对于睡眠监测，惠特米尔表示，她认为像 EmbracePlus 这样的设备也可以在医疗领域之外找到应用。她指出，卡车运输、铁路和其他行业的疲劳管理系统主要依赖于自我报告。 “已有研究表明，我们低估了睡眠不足对我们表现的影响，”她说。 “我看到了这类设备，是的，它们对研究很重要，但在应用环境中，它们提供客观反馈的能力有可能提高许多行业的安全性，并促进照顾长时间工作或夜班的人。”

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