开发可穿戴技术以推进对精准环境健康理解的研究：研讨会简报（2023年）

开发可穿戴技术对精密技术的先行理解环境卫生：某会议的论文集研讨会概览（2023年） 详情 12页 | 8.5 x 11英寸 | PDF ISBN 978-0-309-70743-5| DOI 10.17226/27178 贡献者 Natalie Armstrong, Carol Berkower, 和 Lyly Luhachack，报告员；环境健康决策中使用新兴科学的常设委员会；环境研究与毒理学委员会；人-系统一体化委员会；生命科学委员会；行为与社会科学及教育处；地球与生命科学研究处；国家科学院、工程与医学研究院建议引用 国家科学院、工程与医学院。2023年。开发可穿戴技术以提升对精准环境健康理解的研讨会——简介华盛顿特区：美国国家科学院出版社。https://doi.org/10.17226/27178. 访问国家科学院出版社网站 nap.edu，登录或注册以获取： - 免费下载数千份出版物的权限- 打印出版物的价格享有10%的折扣- 通过电子邮件或社交媒体通知您感兴趣的新书- 特别优惠和折扣 所有可下载的全国科学院标题均可供个人及/或非商业性学术用途使用。用户还可以在此网站上自由发布到我们标题的链接；非商业性学术用户被鼓励链接至本网站上的版本，而不是分发下载的PDF版本，以确保所有用户都能访问到工作最权威的最新版本。所有其他用途均需书面许可。（请求许可） 本PDF受版权保护，归美国国家科学院所有；除非另有说明，美国国家科学院保留本PDF中所有材料的版权，并保留所有权利。 研讨会会议纪要——简述 开发可穿戴技术以推进对精准环境健康的理解 研讨会会议纪要——简述 可穿戴设备迅速普及，这些设备能够收集有关身体活动和生理数据，已成为社会各领域的常态。同时，能够检测多种化合物的先进可穿戴设备和传感器的开发，为监测环境暴露风险提供了新的机遇。此外，可穿戴技术在疾病预测、检测和管理方面也显示出巨大潜力，从而为环境卫生和生物医学这一跨学科领域带来了潜在进步。 国家科学院环境健康决策（ESEHD）1本委员会旨在探索前沿科学进展，使科学家和决策者的工作“更准确、精确、可行，并对人类健康产生最大影响”，正如ESEHD共同主席Kristen Malecki（伊利诺伊大学芝加哥分校）所述。尽管可穿戴技术在日常生活中发展迅速，但其跨学科研究和健康领域的潜在应用正开始被探索。 本次研讨会的另一个主要目标是联系环境健康科学家与更广泛的生物医学界代表。“通过跨学科合作并拥抱可穿戴设备的潜力，我相信我们能够彻底改变我们对不同环境暴露如何影响人类健康和福祉的理解，”国家环境健康科学研究所的Rick Woychik在开幕致辞中提出。可穿戴设备提供的广泛实时环境和生理数据可以开启研究和新健康监测领域的新可能性，尤其是在人工智能（AI）和机器学习（ML）的创新下。 为了深入了解这个日益发展的领域，2023年6月1日和2日，美国国家科学院、工程院和医学研究所组织了一场为期两天的虚拟研讨会，主题为“发展可穿戴技术以推进对精准环境健康的理解”。来自政府、工业和学术界的研究人员齐聚一堂，讨论可穿戴技术的最新应用和进展。研讨会旨在探讨可穿戴技术捕捉、监测和预测环境暴露和风险，以提供精准环境健康信息的潜力。 版权所有 国家科学院。保留所有权利。 在研讨会期间，演讲者和讨论组成员强调了利用可穿戴技术弥合环境卫生与生物医学研究之间差距的跨学科合作的重要性。多位参与者强调了不同领域专家之间合作的重要性，包括环境卫生、传染病和非传染性疾病以及生物医学，以加强研究和应对个体及累积暴露。讨论围绕能够促进这些合作的多元利益相关者和专业知识展开，同时也探讨了阻碍有效合作的障碍。研讨会还探索了加强协作努力的机会，以有效应对当前和新兴的健康威胁。 在一个试点研究中，戴维斯解释了如何区分由呼出气冷凝物（EBC）采样器捕获的由青少年中的良好控制哮喘患者呼出的小气溶胶与健康的对照组。3,4,5 EBC样品器有可能揭示个别患者对特定药物的反应，从而为个性化药物治疗方案提供信息。 该组织还在开发一种捕获从皮肤或呼吸中释放出的挥发性有机化合物（VOCs）的技术。戴维斯及其同事使用了一种便携式采样器，该采样器收集呼出VOCs，以区分COVID-19感染患者与未感染对照者。6,7在环境科学方面，她的团队正在开发能够捕捉人们在日常生活中累积的环境暴露的设备，并将实时化学传感器与监测生理状态的可穿戴设备相结合，如体温、活动量和血氧饱和度。8戴维斯的环保传感器，能检测到达到100亿分之一范围的VOCs，已被部署在无人机上，以监测森林大火期间的空气质量。9她建议，在未来的社区基础上参与的参与式研究（CBPR）中，可以使用环境和挥发性有机化合物（VOC）传感器来衡量他们在日常生活中及灾害期间自身暴露于挥发性毒素的情况。 这则会议记录简报提供了对研讨会讨论的高层次摘要。更多详细信息可在网络上的材料和视频中找到。2研讨会参与者的陈述不应被视为共识结论或国家学院的推荐。本会议记录中包含的观点是个人研讨会参与者的观点，并不一定代表所有研讨会参与者、规划委员会或国家学院的观点。 穿戴技术的整合展示了集体努力解决医疗保健和环境科学中挑战的实例，对于精确环境健康具有重要意义。 监控环境暴露和健康 可穿戴设备，如化学采样器和传感器的进步，彻底改变了环境监测领域，使得对有害暴露及其对人类健康的影响进行精确检测和分析成为可能。在主题演讲中，克里斯蒂娜·E·戴维斯（加州大学戴维斯分校）——化学采样器和传感器的开发者，解释了它们的广泛应用。一个采样器能够检测从呼出气体中散发出来的化合物。这种呼气产生了一种气溶胶，其中含有来自肺内衬的数千个分子，这些分子与循环的毛细血管床处于平衡状态，因此“模仿你在血液中看到的化合物，但浓度较低”，戴维斯说。 旨在加强数据驱动的决策过程，并促进对人类健康与环境的复杂相互作用有更深入的理解。 时间穿戴技术在监测和及时检测即时暴露方面。 《健康之选：办公设计如何影响员工健康》 在室内度过约90%的人们的时光，10并且在这段时间内，有很大一部分被花在办公楼内，“我们正在逐渐变成室内物种”，Najafi说道。“楼宇如果也能提升居住者的健康、幸福感和表现，才能称为真正的高性能建筑。”11然而，由于健康指标之间的相互关联，建筑设计与健康结果之间的关系可能难以分析。例如，工作中的高压力与随后低强度的体力活动相关，这可能导致睡眠质量差和次日压力增加。12,13为解决这些复杂的相互关系，Najafi 及其跨学科合作团队使用传感器捕捉广泛的环境和生理数据。14在该研究中，四座联邦大楼配备了可穿戴传感器，用于监测办公室工作人员的压力、姿势、身体活动和睡眠。 捕捉、监测和预测环境暴露、危害和健康风险 以下演讲者描述了他们使用多种工具和技术来检测和预测环境暴露和健康风险，以提供精确环境健康的信息。Sameer Halai（Wehealth）、Bijan Najafi（贝勒医学院）和Natalie Johnson（德克萨斯A&M大学）强调了在实时模型中纳入多种技术的必要性，以考虑环境因素。 全球范围内具有隐私保护的接触者追踪 在当今互联的世界中，智能手机作为可穿戴追踪设备的潜力日益凸显，为监控和追踪人们日常生活的各个方面提供了前所未有的能力。Wehealth应用在2020年开发，旨在为COVID-19暴露提供接触追踪。Halaí表示，底层技术也被Google和Apple采用，并全球范围内提供。Halaí描述了匿名接触追踪，其中手机广播并检测与附近参与手机之间随机交换的编码通信，称为密钥。如果手机用户检测结果呈阳性，他们可以选择将过去两周内的密钥分享到公共服务器，通知其他手机存在暴露风险，而不透露来源。Wehealth现在通过添加小型传感器、可穿戴设备和固定蓝牙信标来扩展其协议，以更快速、更有效地传达感染风险，同时仍保护隐私。 该研究发现，在开放式办公平面图工作的个人在办公室的物理活动量显著更高，压力更小，并且下班后比在格子间或私人办公室工作的人参与更多的身体活动。15此外，在相对狭窄的舒适区外湿度水平工作的人，在办公室体验到更大的生理压力，并在家中睡眠质量更差。16 Najafi 强调了传感器如何使他的团队能够精确测量。 Haali指出，微医能够适应其用于监测一系列环境暴露风险的协议，并能针对需要减轻的特殊区域或个人。该应用可以实时更新，并采用结合AI和人工审核的体系，将所有信息翻译成多种语言。Haali和Najafi都阐述了利用尖端、真正…… 版权所有 国家科学院。保留所有权利。 指标用于人类暴露评估，并在平等正义社区和环境灾害响应中具有潜在应用价值。 影响广泛暴露对工人压力、身体活动和生活质量的影响，这与约翰逊关于利用硅质手环检测此类环境暴露的讨论相呼应，详情见下文。 使用可穿戴设备推进动态实时环境暴露研究的进展 硅胶手镯作为个人被动采样器 研究人员正在利用可穿戴技术的功能来捕捉、监测和预测实时环境暴露、危害和风险，从而为精准健康计划提供信息。演讲者包括Ana Rappold（美国环境保护署 [EPA]）、Kevin Lanza（休斯顿UTHealth公共卫生学院）以及David Noren和Sara Mariani（飞利浦）。22探讨了可穿戴技术在检测和监测实时环境暴露方面的变革能力。 空气污染是导致疾病和死亡的主要环境原因。17在人类生命周期中存在不同的易受伤害窗口，包括新生儿和非常年幼的儿童，约翰逊表示。平均而言，孕妇对细颗粒物的暴露增加与新生儿体重减少20克相关。18尽管个别研究差异很大。此外，低出生体重与母亲接触多环芳烃（PAH）的关系比与PM的关系更密切。19这突出了2.5 空气中有机化学物质的个人暴露量化的重要性，作为个人剂量计 以追踪接触多环芳烃的暴露情况。20约翰逊在里奥格兰德山谷的麦艾伦-埃丁堡-米逊地区招募了17名处于孕期的健康女性，该地区早产和儿童哮喘的发病率较高。每位女性携带一个配备两个活性空气采样器、一个GPS设备和一块硅胶手环的背包，在3个非连续的日子里连续佩戴24小时。21与Najafi类似，Johnson提到了人们长时间待在室内的偏好，指出在室内和室外环境中监控都很重要。 烟感识别：利用手机应用程序和可穿戴设备来鼓励防护行为 Rappold提出了可穿戴技术受欢迎的原因在于它们能够以个人相关规模测量环境条件的即时变化。“当我们从个人角度观察环境变化时，”她说，“我们开始构建行为改变的理由。”然而，在没有明确行为指导的情况下，人们往往不会改变自己的行为，即使这可能会带来更高的健康风险。 美国环保署（EPA）的SmokeSense项目始于2017年，旨在开发能够影响人们在暴露于野火烟雾时采取健康保护行动的沟通策略。23 The SmokeSense app provides real-time information on wildfire smoke, such as reported physical and behavioral responses to smoke and the reported location of wildfires, with more than 50,000 users. Rappold explained during the initial studyphase, participants perceived smoke as a greater health risk toothers than to themselves, resulting in delayed behavior change. To address this, a new phase called SmokeSense Level Up is being prepared to provide Johnson强调了在评估长期吸入暴露中硅制腕带的有用性，因为这些腕带价格低廉、易于使用，并且