文章引言
可穿戴健康监测设备可以在不限制个人日常活动的情况下，通过测量生理数据，反映个人健康状况。这种传感系统可以镶嵌在鞋垫里，通过测量分析足底的生理数据，了解个人的健康状况。
来自加拿大的M. Jamal Deen博士团队在Sensors上发表了一篇相关文章，他们对能测量多种健康参数的基于鞋垫的智能传感系统进行了一个全面的回顾，提出并探讨了一些有待解决的问题，具体内容如图1所示。
图1. 智能鞋垫综述。
研究过程与结果
基于传感机制和应用，监测系统大致可以分为两类：足压监测系统和步态监测系统。足压监测系统使用压力传感器来测量步态特征或有关足底压力分布的详细信息；步态监测系统主要依靠惯性传感单元来测量步态动力学，监测步态模式。
本文回顾了十种不同的足底压力分布传感器。例如，德国亚琛工业大学的Bernhard Rumpe教授等人在鞋垫的8个测量点上各放置了3个传感器，该传感器重量轻、体积小，且能够记录超过24小时的数据。Josie Hughes博士团队开发了一种由炭黑和碳纤维导电颗粒在非导电硅锥基体上合成的软应变传感器，它的柔性特性为长期监测提供了有利条件。每套系统都有各自的优缺点，但在增强某一优点的同时，不得不牺牲一些其他性能。例如，若增加传感器的数量以获得更详细的测量结果，则会增加电力的消耗。
这些智能鞋垫的传感器类型非常相似，主要的区别在于传感器的融合和分析数据的算法。比如，Gu-Min Jeong团队采用支持向量机算法来区分三种行走类型，Hyunil Kim教授等人使用深度卷积神经网络 (DCNN) 对类似的七种步态类型进行了分类，达到了90%以上的准确率。
基于对上述技术的分析回顾，本文给出了四个研发智能鞋垫需要注意的问题和思考：传感器的选择；采集信号的最佳频率或速率；在数据分析方面，来自多个传感器的信息可以相互组合或融合，以执行更复杂的分析；更加合理的数据反馈。
综上所述，作者总结了十个目前对于智能鞋垫研究上的挑战：
(1) 传感器的放置，如图2所示；
(2) 系统的集成；
(3) 信号的误差及校准；
(4) 信号的同步问题；
(5) 系统的兼容性；
(6) 用户的舒适性；
(7) 系统与鞋子的兼容性；
(8) 在不同环境下的适用性；
(9) 设备的一致性；
(10) 数据和隐私安全。
图2. 测量各种参数的传感器在基于鞋垫的监测系统中的位置建议。
一个理想的鞋垫系统应该包含所有期望的功能，包括穿着舒适、接受信号完整、数据准确以及具有高能源效率和长电池寿命。此外，当前的挑战还必须考虑增加设计一个高性能和高效的基于鞋垫的传感器系统。基于上述讨论，作者描述了关于智能鞋垫的四个未来展望：多传感器检测相结合、智能反馈系统、使用智能纺织品、 跨学科协作。
研究总结
本文提出了基于鞋垫的下肢健康监测系统的最新研究进展。这种系统的主要目的是在不影响人们日常活动的情况下，对下肢健康进行持续且不引人注目的监测。
通过开发一种能够测量足底压力分布、惯性运动、足部温度和心率的设备，从而方便地测量如足跖压力、体温、脉搏频率和步态等参数，进而达到远程监测下肢健康的目的，使用户和医疗保健提供者可以获得反映个人日常健康状况的信息。这种系统与计算和机器学习技术相结合，可以发现早期疾病或其他异常，对个人的健康和生活方式具有深远的影响。目前，还需要进一步的研究和技术开发来解决现有的一些挑战，比如确定传感器的最佳数量和位置，确保用户的舒适度和易用性、电力效率、数据隐私和安全性等。
阅读英文原文
Subramaniam, S.; Majumder, S.; Faisal, A.I.; Deen, M.J. Insole-Based Systems for Health Monitoring: Current Solutions and Research Challenges. Sensors. 2022, 22, 438.
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