慢性疾病管理涉及将被动的疾病治疗转变为主动的健康监测[ 41］．可穿戴产品可以方便用户全天的数据采集和监测，并提供各种指标的动态、智能、全面的分析，为慢性病患者的医疗提供支持。该技术还通过云服务实现了疾病的远程监测、远程治疗方案调整、生活方式管理等功能，在疾病控制方面具有重要意义[ 42］．

心血管疾病很容易被忽视，其突然和潜在的致命后果需要紧急治疗[ 43］．其早期常伴有心肌电生理改变[ 44］．因此，改善日常监测对发现和控制心脏病很重要。传统的心血管疾病监测分为有创和无创两种。在常规监测中，无创心电图(ECG)和多普勒超声心动图是检查心功能的主要手段[ 45］．24小时动态心电图(Holter监护仪)是目前在临床使用的一种相对成熟的可穿戴医疗设备，可以实现动态监护，这是传统心电图所不能做到的。然而，由于佩戴舒适度不佳，以及与电极一起使用的导电凝胶可能导致胸部皮肤过敏和溃疡，其在家庭日常监测中的应用受到了限制。超声心脏检查只能在医院使用[ 46］．为了让人们能够管理好自己的健康，国内外研究人员对可穿戴式健康监测系统进行了很多研究，特别是对心电图的长期数据采集。筑田等人[ 47]开发了一种运动背心，由涂有导电聚合物的纳米纤维制成，可以将心电电极与人体紧密接触。该信号允许实时显示心电信号，监测数据通过应用程序收集，增加了舒适度，而不会有过敏风险。数据上传到云端，由专业医生进行分析，实现对心脏疾病的远程监测。2018年12月，苹果公司开发了Apple Watch Series 4，首次将心电图功能和手表功能结合在一起。此外，表盘被设计成显示双极心电图来监测隐匿性心房纤颤。该设备在监测心律失常、房室传导阻滞和QRS持续时间延长方面显示出与标准12导联心电图记录相似的准确性[ 48］．卡斯帕等人[ 49]发现，当患者在非医院环境中接受治疗时，使用可穿戴式心脏转复除颤器可防止心脏骤停，直到重新植入植入式心脏转复除颤器。

慢性阻塞性肺疾病(COPD)和支气管哮喘急性加重可导致肺功能受损、生活质量下降和死亡率增加[ 50］．积极监测患者病情的早期迹象和早期治疗可以预防这些后果。远程保健方案旨在促进慢性阻塞性肺病和支气管哮喘急性加重的早期识别和及时自我管理[ 51］．对于这类患者，及早发现病情进展可有助于控制病情[ 52］．廉价的可穿戴设备的出现使人们能够持续监测心率、脉搏、氧饱和度和身体活动，以及检测咳嗽、呼吸等特征的音频[ 53］．这些信号可用于预测分析，以发现肺功能的早期恶化。一项前瞻性队列研究[ 54]在多伦多大学进行的这项研究评估了一种可穿戴系统，该系统可靠地捕捉了患者几乎连续的呼吸频率、氧饱和度、心率和其他数据，用于筛查早期COPD恶化。本研究结果证明了使用智能手表对COPD患者进行集中监测的可行性。Colantonio等人开发的可穿戴设备[ 55]使用无线传感器网络系统监测患者的呼吸频率、呼吸声音、血氧饱和度和心电图，以评估治疗慢性阻塞性肺病的疗效。李等[ 56]使用声学呼吸器监测哮喘儿童的夜间喘息，发现57%的哮喘控制良好的患者有大量的夜间喘息发作，与常规肺功能测量的相关性较差。这有助于为哮喘儿童开发个性化的治疗方法。然而，卢比奥等人[ 51]报告了使用可穿戴设备监测COPD急性加重的令人失望的结果，部分原因是所监测的参数(症状、脉搏血氧饱和度和肺容量)并不是预测疾病加重的可靠指标。应该指出的是，随着传感技术的进步，可穿戴系统还可以将个人环境暴露与生理和随后的不良健康反应联系起来，为某些肺部疾病的发病机制提供线索[ 57］．

糖尿病是一组代谢性疾病，其特征是由胰岛素分泌缺陷或生物效应受损引起的高血糖[ 58］．长期血糖控制不良可导致各种器官组织的损伤、功能障碍和衰竭，特别是眼睛、肾脏、神经、心脏和血管[ 59］．对于糖尿病患者来说，提高血糖水平的自我监测和自我管理能力有助于降低糖尿病相关的发病率和死亡率。目前市场上针对糖尿病患者的医疗管理产品有3种:血糖水平监测设备、注射胰岛素和植入式胰岛素泵[ 60］．其中血糖水平监测产品在血糖水平控制中具有重要地位，是调整其他治疗方法的基本参考，也可预防危险事件的发生[ 61］．传统的血糖监测方法是直接抽取静脉血或取手指血，由生化分析仪进行分析。这些方法具有侵入性和不方便，特别是糖尿病患者需要每天监测数次血糖水平。由于血糖水平检测的波动性和短暂性，传统的单点检测方法并不能真实反映体内血糖水平的变化[ 62］．随着移动技术和传感器技术的发展，可穿戴式动态血糖监测产品应运而生。GlucoWatch [ 61]是2001年3月获得美国食品药品监督管理局(fda)批准的无创、无痛血糖水平监测产品，在糖尿病监测产品领域证明了其适用性和可行性。目前，可穿戴医疗设备广泛采用间接测量方法(微创或无创)测量血糖浓度等参数。主要方法有光谱法、血液替代(尿液、眼泪和组织液)、反离子电渗透和微波技术[ 63， 64］．与其他方法相比，光学法具有快速、无创、无污染、操作简单等优点，已成为无创血糖水平检测的主要方法。测量原理基于葡萄糖吸收和反射特性的浓度依赖性变化[ 65］．然而，其他血液成分的吸收光谱与葡萄糖的吸收光谱重叠，限制了测量的准确性[ 64］．此外，美敦力的Minimed 670G采用便携式设计，将血糖水平监测和胰岛素泵集成在一起。患者可将该装置固定在腰部，设置每日检测次数和注射次数。Pillalamarri等人[ 66]开发了一种手持式胰岛素泵，利用生物医学微机电系统技术，智能控制胰岛素注射的速度和量，使血糖水平保持在相对稳定的范围内。

高血压是一种以动脉血压持续升高为特征的慢性疾病。是严重危害人类健康的心脑血管疾病最重要的危险因素[ 67］．因此，在高血压的诊断和治疗过程中，血压测量的准确性和可靠性尤为重要[ 68］．血压可以直接测量，也可以间接测量[ 69］．直接测量包括经皮穿刺和主动脉插管。这是一种有创的方法，只适用于危急和困难的病例。间接测量，也称为袖带压缩，涉及使用血压计。这是最常用的测量方法，但无法获得连续数据[ 70］．无创连续血压测量是可穿戴式血压计发展的趋势。目前，可穿戴设备通过测量不同的生理信号来测定血压，根据原理可分为4种类型[ 71:(1)桡动脉压扁张力;(2)脉搏血容量变化;(3)脉冲波速度;(4)振动测量方法。此外，可穿戴式血压计按结构大致可分为袖口式和无袖式两种。袖带式因其抗干扰性强、可靠性高，已成为可穿戴式血压测量仪的主流形式，在市场上得到广泛应用[ 72］．这种可穿戴设备将监测到的数据上传，生成动态血压图，方便患者和医生。然而，在日常的持续监测中，袖带的反复膨胀和收缩会给患者带来身体上的不适，特别是在夜间，这个过程会导致睡眠障碍[ 70］．因此，一种不需要袖带就能准确、舒适地测量动态血压的可穿戴设备将具有广阔的发展前景。郑等人[ 73]使用一种基于光学技术开发的可穿戴无袖装置，通过测量脉搏到达时间(脉搏从心脏到外周血管的传输时间)来监测血压变化。在一项混合方法研究中，Islam等人[ 74]表明，可穿戴式血压设备测量结果与金标准的移动设备相比良好，表明这种用户友好的方法有潜力加强长期监测中的血压管理。但是，这种类型的无袖设备还处于实验开发阶段，尚未进入市场。

全面了解疾病早期生理和病理指标的变化，对及时诊断和干预至关重要。可穿戴设备通过实时监测生命体征的变化，在各种疾病的诊断和治疗中具有重要意义[ 42］．

例如，在阿尔茨海默病的痴呆前期阶段进行预警和干预，对于延缓发病、降低发病率具有重要意义[ 75］．轻度认知功能障碍是阿尔茨海默病痴呆前期的一个主要特征，这一阶段的诊断方法尚未完全发展[ 76］．最近的研究表明，步态是认知功能的一种非侵入性生物学指标[ 75， 77， 78］．通过佩戴可穿戴设备，用户的步态参数可以被收集起来，用于阿尔茨海默病的早期检测。此外，可穿戴设备在其他神经系统疾病的早期诊断中也显示出良好的应用前景。例如，Mannini等人[ 79开发了一种可穿戴设备，可以分析步态分类，以提高早期神经疾病的诊断准确性。

对于阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者，应用可穿戴夜间呼吸监测设备可提高早期诊断的准确性，可在家中使用[ 80］．苏雷尔等人[ 81开发了一种可穿戴的、准确的、节能的系统，用于长期监测阻塞性睡眠呼吸暂停。

对于可能存在心脏骤停风险的患者，可穿戴除颤器可以帮助监测心律失常。此外，当检测到心脏骤停或心室颤动时，可进行紧急除颤以恢复正常节律[ 82］．2017年美国癌症研究协会年会上也报告称，一种提供交流电的医疗可穿戴设备延长了恶性胶质瘤患者的总体生存期[ 83］．

对于终末期肾病，Gura等[ 84]表明，可穿戴人工肾治疗耐受性良好，可有效清除尿毒症溶质，维持电解质和液体稳态。

然而，与健康监测功能相比，可穿戴设备在治疗应用方面还有很长的路要走。需要指出的是，近年来，随着VR、增强现实、混合现实技术的兴起和远程技术的突破，可穿戴设备在医学教育、术前手术计划制定、术中导航、术前医患沟通、远程会诊等方面的应用也有了长足的发展[ 16］．在我们之前的研究中[ 16， 85- 87]，成功实现了混合现实技术，实现了术前医患沟通、术中指导、远程手术会诊、通过HoloLens眼镜进行手术导航等。

在康复领域，可穿戴设备主要用于运动康复[ 88]，认知康复[ 89]，并作为残疾人士的康复辅助工具[ 90］．

中风、脑外伤、脊髓损伤和肌肉骨骼损伤等情况通常会导致患者运动能力的丧失或下降。运动康复的主要目标是恢复平衡和协调能力，确保正常的关节活动能力，并具有日常生活所需的足够肌肉力量和肌肉耐力[ 91］．传统的运动康复主要是在特定的医疗机构，由专业的康复医生进行训练，以扩大关节的活动范围，增强肌肉力量和耐力，改善平衡和协调功能。该康复训练模式具有方法安全可靠、专业人员实时指导等优点[ 92］．同时，传统的康复模式也存在着一些不可忽视的缺点，如康复时间和地点的限制，以及康复过程的无聊和单调，导致患者缺乏坚持，甚至是非老年人，这些都严重影响了运动康复的疗效[ 21］．可穿戴设备的应用，特别是与VR、增强现实和混合现实技术相结合，不仅提供了全面监测和评估患者康复活动的能力，而且使活动更加有趣，提高患者的依从性[ 92］．

脑损伤后肢体偏瘫是运动康复中的难题[ 93］．根据2018年《中国中风预防报告》，中风已成为中国成年人死亡的主要原因和残疾的主要原因[ 94］．在老龄化社会中，中风的发病率预计将在未来几年增加。在脑卒中引起的各种缺陷中，单侧感觉运动缺陷非常突出，80%的脑卒中患者存在不同程度的步态异常[ 95］．目前脑卒中患者的下肢康复主要集中在步态训练[ 28］．该可穿戴设备可用于监测患者的步态参数，并提供反馈，帮助医生实时评估患者的恢复情况，从而相应地调整治疗计划。许等人[ 96]使用多位置可穿戴传感器对神经障碍患者的步态特征进行分析和分类，以指导康复锻炼方案的选择。此外，在由神经系统疾病引起的单肢偏瘫病例中，尽管姿势和步态可能有显著改善，但手臂功能的恢复却落后于其他功能[ 97］．Maceira-Elvira等人[ 98]使用可穿戴式中风康复训练器来支持患者在家进行个性化上肢神经运动训练项目。内置的无线传感器记录患者的运动量，分析数据并将数据反馈给患者和治疗师，从而为患者上肢功能的恢复带来额外的改善。来自比萨大学的一个团队使用一种优化的可穿戴手套，利用手部姿势重建技术重建手部运动，可以实时记录和反馈患者的手部功能恢复情况[ 99］．

此外，从广义上讲，脊髓损伤和肌肉骨骼损伤的康复治疗可归为骨科康复。矫形辅助设备的使用在现代矫形康复治疗中尤为重要。对于脊髓损伤患者，早期的康复治疗主要是通过改善神经可塑性来实现脊髓神经功能的更好恢复[ One hundred.］．传统的康复治疗主要由医院的专业康复人员指导，是一个昂贵的过程，需要长期住院。此外，康复专业人员的资质要求往往很高，一对一的专业指导并不总是可能的。许多研究人员[ 101， 102]设计了基于仿生学的可穿戴人工外骨骼，其原理是将人体负荷转移到人工外骨骼上，协助脊髓损伤患者保持站立姿势。该方法还设计使患者在人工外骨骼的动力学和反馈系统的维持下，以固定的步态缓慢行走，从而避免关节僵硬和肌肉挛缩等关节功能障碍[ 103］．另一方面，肌肉骨骼系统损伤治疗成功的关键有3个因素:复位、固定和功能锻炼[ 104］．损伤后后期的康复训练是最重要的。许多骨科医生在临床实践中往往只考虑手术的美观，而忽略了术后肢体功能康复的重要性。而且很多患者对术后康复锻炼不够重视，依从性差，害怕疼痛，这些都影响了患肢功能的恢复，大大降低了手术效果。可穿戴设备的使用可以鼓励患者进行康复训练，并允许根据反馈信息调整康复训练强度，以提高训练效果[ 103］．Zhu等人开发的电子辅助仪器系统[ 105]促进全膝关节置换术后患者屈伸功能的恢复。李等人[ 106设计了一套外骨骼套装，可以辅助多个关节的运动，并测量运动的方向和角度。外骨骼服通过直观的数据记录，以图形形式显示，为患者和医生提供运动效果和程度的信息，有利于早期康复和功能恢复。

认知功能障碍是脑损伤后最常见的后遗症之一，不仅影响患者的生活质量，也给患者的家庭和社会带来巨大的压力[ 107］．因此，改进康复方法对认知功能障碍的治疗具有重要意义。虚拟现实眼镜在为认知障碍患者提供治疗选择和评估工具方面显示出巨大潜力[ 108- 110］．VR技术具有3个特点，即沉浸感、交互性和想象力[ 111］．通过提供视觉、听觉和触觉模拟，为患者提供沉浸式体验，在可控刺激环境中帮助认知康复，并促进实时监测相关参数。虚拟现实技术提供了为不同程度认知障碍患者制定个性化治疗方案的潜力，通过提供虚拟可复制的图像，这对记忆障碍的恢复是有效的。迄今为止，许多研究已经证明了基于虚拟现实的可穿戴设备在认知障碍康复中的价值。根据浸没特性，Faria等[ 112]设计了VR眼镜，对认知障碍患者进行记忆恢复训练，减少他们对现实的恐惧，提高他们的学习和行为能力。Wåhlin等[ 113]使用VR训练来提高慢性中风患者的左侧意识，也增加了背侧注意网络中分散的半球间功能连接。

残疾人配件是可穿戴康复设备领域的另一个主要方向。这些配件包括盲人智能眼镜、智能助听器和智能假肢。

采用人工智能技术，为盲人提供智能眼镜[ 114不仅帮助有视觉障碍的人解释他们周围的信息(由针孔摄像头识别，例如，实时分析路况信息)，还有助于做出有效的决策。此外，智能眼镜可以帮助视障人士在家庭环境中使用各种智能家居产品，从而提高他们的生活质量[ 115］．

该助听器本质上是一个电声放大器[ 116］．声波信号由麦克风转化为电信号，放大后，电信号由接收器还原为声波信号，传送到人耳。智能技术的出现促进了助听器行业的发展，用户可以在复杂多变的环境中自主选择自己想要听到的最清晰的声音，从听力障碍的弊端中解脱出来。

对于肢体缺损的患者，假肢不仅可以填补形状缺损，还可以恢复全部或部分残肢功能[ 117］．传统的假肢繁琐，可穿戴智能假肢的发明对于肢体残疾患者来说是非常鼓舞人心的。结合机器人技术的智能假肢近年来已成为热门话题[ 118］．

穿戴式医疗设备的发展提高了医疗保健的普及程度和质量。这些发展在一定程度上缓解了低收入国家医疗资源短缺的问题，促进了世界范围内医疗事业的发展。然而，可穿戴医疗设备行业仍处于发展阶段，目前面临着一些重要的限制，阻碍了可穿戴技术在医疗实践中的进一步应用。

对卫生保健系统来说，主要挑战是通过改变护理模式和共享信息使这些技术得以使用[ 119］．数据的收集、传输、保存和共享不仅需要技术解决方案的开发，还需要法律基础设施的开发，这将使不同的组织能够为患者共享数据和责任[ 120］．一方面，需要保持患者在使用可穿戴医疗设备方面的自主权，以帮助患者积极参与自己的护理[ 119］．另一方面，在可穿戴设备的使用过程中，由于使用不可靠或延迟的数据和误报而导致误诊和漏诊的责任，也应该得到法律的规范[ 121］．

通过传感器技术，可穿戴健康设备可以收集用户的各种信息，如健康信息、地理位置、生活习惯等[ 34］．这些数据的格式多种多样、规模庞大和移动链接众多，可能增加泄露和篡改的风险[ 8， 35， 122， 123］．需要采取措施确保数据的安全，提高公众的信任。

在缺乏行业标准和法规的情况下，所有企业都希望依靠自己的核心产品形成自己的标准和法规，资源整合难度较大。因此，有必要建立和实施新的监管标准[ 71， 118］．

可穿戴医疗设备的应用存在许多技术瓶颈[ 64， 124， 125]:(1)数据准确性[ 9， 24， 118， 122]:一方面，目前可穿戴设备的传感器特异性较低，可能导致良性非临床相关信号的过度检测，导致误诊、不必要检查、患者焦虑;另一方面，传感器灵敏度低可能会导致忽略与病理临床相关的参数，导致漏诊和延误治疗。(2)功能单一:可穿戴设备兼容性较差，功能主要集中在健康监测层面，临床治疗进展缓慢，有效融合多种功能的可穿戴医疗设备较少[ 27， 124］．(3)电池寿命较短:设计低功耗和高能量存储的可穿戴设备一直是一个令人兴奋但具有挑战性的问题[ 10， 120］．(4)设备安全:安全和保障是医疗设备的首要考虑因素，与各级系统的可靠性密切相关[ 12， 13］．由于误报会降低用户的警觉性，并阻止用户遵守所提供的反馈，因此需要有效的机制来检测和诊断捕获数据中发生的偏差[ 126］．(5)成本、数据采集处理效率低、人机交互接口不稳定、大数据健康云建设不完善等问题有待进一步完善[ 9， 13， 122］．