在發(fā)展中國(guó)家醫(yī)療資源極其匱乏，這使很多患者由于得不到及時(shí)救治而失去生命，尤其是新生兒，可預(yù)防性死亡率居高不下。究其原因是新生兒生命體征監(jiān)測(cè)反饋不夠及時(shí)，因此錯(cuò)過了最佳救治時(shí)機(jī)。為了降低發(fā)展中國(guó)家的新生兒死亡率，聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展署提出新目標(biāo)：到2030年，全面控制新生兒和5歲以下兒童可預(yù)防性死亡數(shù)量。但是，由于發(fā)展中國(guó)家交通條件有限，將早產(chǎn)、呼吸窒息、嚴(yán)重感染的新生兒及時(shí)地送到醫(yī)院接受治療成為一大難題。

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控新生兒健康體征成為可能。畢業(yè)于哥倫比亞大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程的Teresa Cauvel女士和她的合伙人Sona Shah共同設(shè)計(jì)開發(fā)了一款用于新生兒醫(yī)療監(jiān)測(cè)的可穿戴設(shè)備Neopenda，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)新生兒的心率、呼吸率、血氧飽和度和體溫，同時(shí)該設(shè)備可以通過無(wú)線方式連接至平板電腦和智能手機(jī)，醫(yī)護(hù)人員可以實(shí)時(shí)觀察每個(gè)新生兒的健康狀況，當(dāng)新生兒體征參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，設(shè)備會(huì)及時(shí)提醒監(jiān)護(hù)人，以確保新生兒得到及時(shí)救治。2016年初，這對(duì)合伙人在Kickstarter組織的幫助下成立Neopenda公司，得到了思科和沃達(dá)豐的投資。

　　“對(duì)于新生兒護(hù)理來(lái)說，疾病的早期監(jiān)測(cè)非常關(guān)鍵?！盋auvel解釋，“這套設(shè)備能夠幫助工作人員更好地照顧患者。新生兒護(hù)理需要有足夠的護(hù)士、醫(yī)生、儀器和物資，一般兩個(gè)護(hù)士可以照顧50到75個(gè)嬰兒，重要信號(hào)檢測(cè)器儀器非常昂貴?！?/p>

　　低功耗、低成本滿足資源受限地區(qū)需求

　　在發(fā)展中國(guó)家，可穿戴設(shè)備受到工作環(huán)境和成本的限制。因此，在選擇技術(shù)平臺(tái)方面，Cauvel和Shah提出了幾個(gè)關(guān)鍵需求：第一，設(shè)備需要用電池供電，且功耗低，保證足夠長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間;第二，由于工作環(huán)境惡劣，設(shè)備需要抗塵、耐高溫、耐磨損;第三，硬件提供商要在無(wú)線和傳感器技術(shù)方面提供全面的技術(shù)支持，方便大醫(yī)院和診所使用;第四，價(jià)格要?jiǎng)澦悖脩艨梢载?fù)擔(dān)得起。Neopenda的目標(biāo)是將每臺(tái)可穿戴設(shè)備的成本控制在50美元左右，這對(duì)醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備來(lái)說已經(jīng)非常低廉。

　　從Arduino101到英特爾Curie，硬件升級(jí)換代

　　最初，Neopenda設(shè)備的硬件部分采用了Arduino Uno開發(fā)板，運(yùn)行Zephyr實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，配備測(cè)量各項(xiàng)指標(biāo)所需要的傳感器，如：脈搏傳感器、LilyPad溫度傳感器和雙LED光學(xué)傳感器。后來(lái)Arduino Uno采用帶有 WiFi的ATMega328 MCU和其它元器件構(gòu)建原型。由于WiFi功耗較高，開發(fā)者用低功耗藍(lán)牙替代了WiFi進(jìn)行無(wú)線通信，但是輻射風(fēng)險(xiǎn)又提高了。

　　在后來(lái)的研發(fā)過程中，Teresa Cauvel和Sona Shah讓新一代產(chǎn)品采用英特爾Curie模塊，運(yùn)行Zephyr操作系統(tǒng)，它可兼容英特爾Quark SE CPU。Curie模塊的優(yōu)勢(shì)在于體積更小、價(jià)格便宜，效率比Arduino更高。同時(shí)，Curie模塊還提供一個(gè)ARC EM4傳感器子系統(tǒng)，內(nèi)置低功耗藍(lán)牙發(fā)射模塊和更適合復(fù)雜低功耗藍(lán)牙應(yīng)用的80KB SRAM。

　　Curie模塊的各種組件和Quark SE之間的接口通信能節(jié)約很多時(shí)間。另外，Curie的模式匹配引擎和6軸傳感器可以滿足設(shè)備的二次開發(fā);ARC子系統(tǒng)控制Curie模塊的12位ADC，完成精準(zhǔn)的DSP測(cè)量;設(shè)備配有一顆LilyPad MCP9700溫度傳感器和一顆脈沖傳感器，Neopenda開發(fā)了一套算法，可以通過脈沖率得出呼吸速率。

　　針對(duì)血氧測(cè)量，開發(fā)者用紅色發(fā)光二極管設(shè)計(jì)了一個(gè)傳感器電路板，帶有TSL235光頻轉(zhuǎn)換器，從這里可以實(shí)現(xiàn)血氧狀態(tài)測(cè)量。多路復(fù)用兩個(gè)發(fā)光二極管來(lái)計(jì)算吸收率，用GPIO驅(qū)動(dòng)程序和它的反饋API來(lái)計(jì)算頻率。

　　Zephyr在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中起到關(guān)鍵作用

　　該設(shè)備原型能夠設(shè)計(jì)成功，Zephyr起了關(guān)鍵作用。其具有模塊化特點(diǎn)，支持資源受限系統(tǒng)，相對(duì)于Arduino IDE具有更高級(jí)的性能?！癦ephyr功能強(qiáng)大，它支持ARC核、DSP子系統(tǒng)和X86主機(jī)?！盋auvel表示，“Zephyr也支持復(fù)雜傳感器多線路操作和中斷，因此系統(tǒng)可以清楚地處理來(lái)自不同傳感器的數(shù)據(jù)?！?/p>

　　開發(fā)者也將從Zephyr提供的資源中受益，Zephyr支持多種驅(qū)動(dòng)和傳感器，提供示例程序和帶有交叉工具鏈的可靠SDK。在ARC處理器和主機(jī)處理器中，BSP用工具鏈編譯DSP子系統(tǒng)，支持Arduino 101開發(fā)板。編譯器和工具鏈的安裝只需要幾個(gè)小時(shí)，在Eclipse IDE的幫助下，開發(fā)者可以使用DSP和主機(jī)得到GDB調(diào)試器。

　　Cauvel對(duì)傳感器算法修改做了詳細(xì)的解釋。目前，大部分傳感器的讀取已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，包括昂貴的商用傳感器?！拔覀冃枰谄渲屑由细道锶~變換，從而獲得精準(zhǔn)的呼吸數(shù)據(jù)。”Cauvel解釋。Neopenda公司已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)安卓應(yīng)用，它可以中斷BLE信號(hào)并使數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可視化。

　　Cauvel自信地宣布，2017年，這款可穿戴設(shè)備將在烏干達(dá)試用。目前，Neopenda正在申請(qǐng)CE標(biāo)志認(rèn)證，這需要得到烏干達(dá)政府的批準(zhǔn)，這個(gè)計(jì)劃將在非洲推廣。Cauvel希望成千上萬(wàn)生活在醫(yī)療資源匱乏地區(qū)的新生兒站在“應(yīng)得的健康起跑線”上。

　　關(guān)于Zephyr項(xiàng)目

　　Zephyr 項(xiàng)目是一款小型且可擴(kuò)展的操作系統(tǒng)，尤其適用于資源受限的硬件系統(tǒng)，可支持多種架構(gòu);該系統(tǒng)高度開源，對(duì)于開發(fā)人員社區(qū)完全開放，開發(fā)人員可根據(jù)需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，以支持最新硬件、工具和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序;該系統(tǒng)高度模塊化平臺(tái)，可輕松集成任何架構(gòu)的第三方庫(kù)和嵌入式設(shè)備。

　　關(guān)于Neopenda：

　　Neopenda是一款可穿戴設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)新生兒的四項(xiàng)生命體征：心率、呼吸率、血氧飽和度和體溫，設(shè)備可以通過無(wú)線方式連接至平板電腦，醫(yī)護(hù)人員可以實(shí)時(shí)觀察每個(gè)新生兒的健康狀態(tài)，當(dāng)新生兒遇險(xiǎn)會(huì)及時(shí)提醒監(jiān)護(hù)人。

　　Neopenda的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官是Teresa Cauvel女士，畢業(yè)于哥倫比亞大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程。她于2015年初在哥倫比亞大學(xué)的研究生課程開始研發(fā)Neopenda，2015年8月成立公司并首次赴烏干達(dá)，參與了2015年至2016年健康加速器項(xiàng)目。