综述：女性健康生物监测技术的进展

　　本综述系统阐述了可穿戴设备与便携式诊断技术在女性健康领域的创新应用，重点覆盖乳腺癌、妇科癌症、阴道感染、生育监测、妊娠管理及绝经后骨质疏松等世界卫生组织定义的关键健康问题。文章深入分析人工智能（AI）与机器学习（ML）在提升诊断准确性中的作用，并探讨了当前技术商业化面临的保险覆盖、社会经济差异及跨性别健康包容性等挑战，为推动女性健康监测的个性化、普惠化发展提供前瞻性视角。

　　

可穿戴生物监测技术

生物工程可穿戴技术的进步实现了实时、长期的自我监测，为女性提供可靠健康数据。这类技术专注于世界卫生组织推荐的女性高发疾病监测，如生育健康、妊娠管理及骨质疏松等。此外，心血管疾病（CVD）和慢性疼痛等条件在可穿戴健康监测解决方案中仍代表性不足，主要由于缺乏针对女性的实验数据来为技术设计参数提供参考。

生育与妊娠健康生物参数监测

监测生育和孕产健康对母婴都至关重要，全球每天有810名孕产妇和6700名胎儿死亡。每年有4000万女性在妊娠期间出现长期健康状况。可穿戴设备可追踪的基础生物参数包括基础体温（BBT）、皮肤外周温度、出汗率和心率等。

BBT监测设备需能检测0.5–0.8°C的波动，这是整个月经周期的典型变化范围。雌激素在卵泡期增加，排卵时达到峰值，与血管扩张和体温降低相关；排卵后，高孕酮水平通过影响下丘脑和中枢神经系统提高体温调定点。

最常见的BBT监测可穿戴设备是腕戴式活动追踪器，但日常活动会导致温度波动，影响准确性，因此这些设备最适合在夜间身体休息时检测生物特征变化。

通过可穿戴技术进行阴道内温度跟踪为连续生殖健康评估提供了一种稳定准确的方法。阴道内记录仪一旦插入，可提供多天的自动实时温度测量，无需取出。

用于监测妊娠特异性生物特征的穿戴设备可提供妊娠轨迹的全面监测。妊娠特异性生物特征包括母体心率（可与脉搏率互换，但关注母亲而非胎儿）、母体心脏功能（传统通过心电图ECG或经胸超声心动图TTE监测）、子宫收缩、血氧饱和度和睡眠模式等。

妊娠期糖尿病（GDM）是妊娠期间常见的并发症，全球约14%的孕妇受影响，导致产后2型糖尿病风险增加10倍。GDM的特点是在妊娠第二或第三季度出现葡萄糖不耐受，生活方式是首要风险因素。影响GDM发生可能性的生活方式因素包括活动水平、体重指数（BMI）、压力水平、营养和睡眠模式。

可穿戴技术旨在持续跟踪和记录妊娠和糖尿病生物特征参数，如身体活动指标（如步数、坐站次数、活动记录、心率）、血液和组织间葡萄糖水平、肾功能和昼夜节律。

商业可穿戴追踪设备戴在臀部和手腕，可在长时间内捕获特定生物特征数据，足以进行第二和第三季度监测及GDM检测。

在研究方面，针对与疾病进展相关的生物标志物的微型电化学生物传感器或免疫传感器显示出GDM监测潜力。例如，一种结合微型电路、成本效益材料和微针样本收集的电化学可穿戴技术已被提出用于检测β-羟基丁酸和/或乳酸以及葡萄糖。

半胱氨酸C（Cys-C）是另一种在GDM存在下增加严重性的生物标志物。在一个无标记微型电化学免疫传感器可穿戴设备中，利用涂覆MXene和金纳米粒子的丝网印刷电极，在皮肤上放置30天期间监测了50-5000 ng/mL的Cys-C范围。

GDM管理的另一个重要方面是减少许多孕妇在诊断后报告的失败感、焦虑和无能为力感。通过在可访问的移动健康（mHealth）应用程序上跟踪自我报告和可穿戴监测的生物特征，孕妇可以了解自己的健康和生活方式决策。

尽管在这方面取得了显著进展，但面临的主要障碍是需要准确的数据解释来指导GDM的适当管理。目前，即使正确使用可穿戴设备和智能手机应用程序，许多妇女仍寻求医疗保健提供者的支持来理解收集的mHealth数据的重要性。这些妇女报告称，没有专业反馈，她们对做出健康决策或行为改变犹豫不决。

激素监测可穿戴设备

虽然智能手表和健身追踪器等一般生物特征可穿戴设备提供有用数据，但它们无法捕捉月经周期、激素治疗及其生理影响的复杂性。将激素生物传感器集成到现有平台中可以增强诊断能力，带来更个性化的医疗解决方案。

激素波动在月经周期中起着核心作用，影响生育窗口和排卵。除了孕酮和雌二醇，月经周期的其他关键激素包括卵泡刺激素（FSH）、雌酮-3-葡萄糖醛酸苷（E1G）、皮质醇和孕烷二醇葡萄糖醛酸苷（PdG），这些激素在整个周期中起伏。

集成到微流体可穿戴设备中的纳米生物传感器显示出非侵入性检测激素的前景。功能化到金纳米粒子-MXene（AuNP-MXene）电极上的适体能够在皮摩尔浓度下实现高灵敏度激素检测，显著提高预测准确性。

皮质醇也是骨健康降低的关键生物标志物，因为它影响钙吸收和骨代谢，导致骨质疏松。使用智能纺织品进行皮质醇的电化学检测实现了非侵入性皮质醇检测。结合改性碳纱纤维的智能纺织品，涂覆氧化铁（Fe₂O₃）基导电纳米材料，可以通过化学交联单克隆抗体在微型纳米生物传感器平台中选择性检测皮质醇。

此外，在妊娠期间，皮质醇监测至关重要，因为孕妇的皮质醇水平是非孕妇的2-4倍，这与骨丢失相关。

尽管激素变化与女性高发疾病之间存在已建立的相关性，如慢性疼痛、子宫内膜异位症、多囊卵巢综合征（PCOS）、骨关节炎、CVD和肺癌，但目前没有可穿戴技术针对这些疾病。

跨性别考虑在可穿戴设备设计中

关于女性健康可穿戴技术的文献 disproportionately 关注顺性别女性的设计参数、可用性和体验。然而，性别认同差距在医疗实践中也存在。医学文献中很少考虑跨性别者在过渡前、过渡期间和过渡后的体验。

生育是这一健康差距的另一个考虑因素，因为76%的跨性别者在过渡前考虑生育力保存，但由于有限的健康指南，只有12%成功保存了生育力。此外，几乎没有收集和报告的医疗数据用于监测跨性别健康状况，关于性别肯定激素治疗对身体的潜在影响的信息很少。

用于激素监测性别肯定治疗的可穿戴设备可以让跨性别者通过具体、可访问的数据对身体过渡感到自信。

对于跨性别女性， undergoing male-to-female transition,雌激素治疗需要将睾酮从200 ng/dL（生理男性水平）降低到75 ng/dL（生理女性水平），通过摄入雌激素促进药物，从而增加体内雌激素和孕酮水平。

在雌激素治疗之外，生活方式因素在跨性别人群中长期健康状况的发展中起着关键作用。例如，饮酒、吸烟和饮食等生活习惯影响跨性别者患乳腺癌的几率。

使用成像模式跟踪异常组织的可穿戴设备

对于各种女性高发疾病，诊断的临床金标准是成像异常组织生长或快速组织损失。对于女性组织生长的成像，乳房是一个关注的器官，因为50%的女性会发展纤维囊肿，25%的女性在一生中会发展良性肿瘤，称为纤维腺瘤。乳房X光检查和超声波是筛查和诊断患者的国际标准。

同样，女性骨质疏松与绝经后发生的低雌激素水平相关，导致缺乏与成骨细胞结合的雌激素，并增加促进破骨细胞分化的细胞因子分泌，最终导致高数量活跃破骨细胞的骨吸收过度活跃。

虽然有效，但这些金标准诊断方法在可及性上有限，依赖高度昂贵的设备和医疗保健系统。在资源和资金有限的社区和国家，可穿戴成像模式技术相比之下提供了成本效益和资源高效的替代方案。

传感天线开发是乳房成像可穿戴设备的一个有前途的组件。天线将电磁波（如微波、超声波或红外线）传输到乳房组织中，分析反射以基于硬度和密度差异区分健康组织和恶性组织（癌组织109-167 kPa vs. 正常组织10.9-12.4 kPa）。

超声波乳房贴片提供了更好的结构灵活性和与现有超声波成像技术的兼容性，因此被提出作为乳房诊断和筛查的首选替代方案。

智能纺织品通过将无线传感器融入棉、涤纶、尼龙和牛仔布等织物中，为日常乳房健康监测提供了实用解决方案。

成像和跟踪可穿戴设备也有助于骨质疏松的早期管理。骨质疏松是一种肌肉骨骼疾病，由于破骨细胞活动增强导致骨矿物质密度（BMD）损失。

通过运动传感器映射和加速度计结合血氧饱和度和心脏监测等生物特征评估步态模式，融入可穿戴设备。

测量BMD的可穿戴设备提供了比步态更直接的骨质疏松监测策略。例如，新兴的可穿戴臂带使用超声波转换测量BMD，检测股骨超声波速度（3404.46 m/s）并通过T-score测试（T-score ≤ -2.5）识别骨质疏松。

用于阴道感染的无线性可穿戴技术

阴道炎或阴道感染是女性就医的最常见原因之一，影响性和生殖健康。症状包括瘙痒、疼痛、异常分泌物和异味，常导致尴尬、焦虑和生活质量下降。三种最常见的阴道炎类型是细菌性阴道病（BV）、外阴阴道念珠菌病（VVC）和滴虫病。

BV是育龄女性中最常见的阴道感染，其特征是微生物组失衡，特别是乳酸杆菌减少和厌氧菌如加德纳菌、普雷沃菌和动弯杆菌过度生长。诊断传统上依赖基于显微镜的Nugent评分和Amsel标准，评估分泌物外观、气味和阴道pH（pH > 4.5）。

同样，VVC和滴虫病通过显微镜和体外pH评估诊断，这两种方法准确性有限。聚合酶链反应（PCR）诊断技术通过利用分子机制检测生物样本中的微生物DNA，增强了检测的特异性和敏感性。

关于可穿戴阴道感染诊断的研究仍然有限，强调需要进一步创新。几种基于pH的传感器已被开发用于BV和VVC检测。

这些生物传感器提供成本效益的实时数据，但也面临舒适性、耐久性、安全性和卫生方面的设计挑战。粘附、连接和生物流体（如经血）干扰的问题进一步复杂化了它们的采用。

除了pH传感，针对特定阴道病原体的创新生物传感器可以增强诊断准确性。例如，一种基于硫醇化适体的AuNP传感器检测白色念珠菌上的葡聚糖，在病原体检测时触发比色变化从粉红色到蓝色。

尽管在BV和VVC检测方面取得了进展，滴虫病的可穿戴诊断仍未探索。扩展生物传感器技术以包括病原体特异性标志物和多分析物检测可以促进家庭阴道健康监测，提供更准确、可及和用户友好的解决方案。

女性高发疾病的便携式诊断

便携式诊断设备具有显著优势，包括床旁检测（POC）、实时结果和最小基础设施需求，使其特别有利于女性健康。然而，研究和开发努力主要集中在阴道炎和癌症上，许多其他疾病未被探索。扩展现有POC技术可以显著提高诊断可及性和生活质量。世界卫生组织强调，POC设备应符合ASSURED标准——负担得起、敏感、特异、用户友好、快速、无需设备且可交付。

阴道感染检测的床旁技术

及时准确的阴道炎检测至关重要，特别是在妊娠期间，以预防并发症。最近的努力集中在低成本微流体、纸基和电化学POC设备上。阴道感染检测的两种最常见方法是基于酶活性和基于DNA的方法。

基于酶活性的POC设备技术。细菌酶如阴道溶素（VLY）和唾液酸酶（SLD）是BV中的关键毒力因子。SLD常见于阴道分泌物中，在从宫颈阴道粘液和上皮细胞切割唾液酸中起关键作用，促进细菌生长、生物膜形成和毒素形成。

基于LAMP的POC设备。在VVC、沙眼衣原体（CT）和淋病奈瑟菌（NG）的诊断中，当前的金标准测试包括细胞培养技术、酶联免疫吸附测定（ELISAs）、核酸扩增测试（NAATs）和基于PCR的检测。

虽然侧流分析（LFAs）常用于BV POC生物传感器，但它们缺乏NAATs的敏感性和速度。为了克服这一点，已开发出LAMP集成的侧流分析（LILFAs）用于多重检测。

噬菌体基于的生物传感技术。噬菌体基于的生物传感是一种在各种环境中检测细菌病原体的新兴工具。噬菌体选择性感染细菌，注入遗传物质进行复制，使其成为电化学和光学生物传感器中高度特异性的生物探针。

乳腺癌和妇科癌症的诊断技术

早期癌症检测通过实现及时、微创治疗显著提高生存率。然而，31%的乳腺癌和49%的宫颈癌诊断发生在晚期。

当前检测方法——超声波、计算机断层扫描和磁共振成像（MRI）——缺乏早期诊断的敏感性，成本高昂，或涉及有毒化学物质。POC诊断可以增强早期生物标志物分离和检测。

早期女性生物标志物的富集常用于免疫传感器、ELISAs和PCR，关键乳腺癌和妇科癌症生物标志物包括乳腺癌相关基因1和2（BRCA1和BRCA2）、癌症抗原125（CA-125）、人附睾蛋白4（HE-4）、间皮素、甲胎蛋白、骨桥蛋白、人表皮生长因子受体2（HER2）和人乳头瘤病毒（HPV）病毒。

癌症检测的替代生物标志物包括乳腺癌和妇科癌细胞分泌到生物流体中的分子，如细胞外囊泡（EVs）、循环肿瘤DNA（ctDNA）、微RNA（miRNA）和癌症衍生脂质或蛋白质。

尽管有前景，但生物流体中的CTC浓度极低（每百万血细胞1-100个CTC），需要分离和富集。传统方法（流式细胞术、ELISA、超速离心）耗时、昂贵且效率低下，无法检测外泌体（<200 nm）。

生化富集依赖于生物标志物与生物识别分子的相互作用。功能化癌症特异性探针的磁珠（MBs）增强液体活检中的生物标志物分离。

物理分离是一种无标记方法，通过利用过滤、惯性力、超声波和表面修饰增强分离来克服生化限制。

外泌体分离也可以通过表面电荷操纵实现。壳聚糖涂覆的微流体通道对pH变化敏感，允许负电荷外泌体在样本流动期间结合。

乳腺癌和妇科癌症的POC技术。标准癌症诊断需要训练有素的人员和医院设备，限制了可及性，特别是对医疗保健 access受限的女性。家庭POC设备，如LFAs，提供负担得起的快速筛查，满足WHO的ASSURED标准。

然而，传统LFA主要是定性或半定量的，限制了它们的敏感性 compared to ELISA-based assays，并且未能捕捉肿瘤异质性。

对于女性高发癌症的多重检测。依赖单一生物标志物进行癌症检测可能导致高假阳性率，因为一些女性癌症生物标志物与其他女性疾病相关。例如，CA-125是卵巢癌的关键生物标志物，但在子宫内膜异位症期间也会升高。

多重生物传感器通过同时检测多个癌症生物标志物增强诊断特异性。例如，miRNA profiles（miR-21, miR-106a, miR-155）在乳腺癌亚型之间 vary，需要多重检测策略。

电化学生物传感器非常适合开发灵活传感器， due to fast response, inherent miniaturization, convenient operation, portability, and integration of cost-effective electronics。

商业化、进入壁垒和未来范围

女性健康技术的最新进展——特别是在可穿戴生物传感器和POC诊断设备方面——加速了从概念化到临床试验的过渡，推动了利益相关者投资的增加和这些技术进入国际市场。

女性可穿戴技术的进入壁垒

女性健康商业空间的技术在新产品开发（NPD） pipeline中显著 advanced。例如，大多数生育可穿戴追踪设备已可供临床医生、研究人员和消费者购买和使用。

此外， Dexcom和Freestyle Libre等公司领导了商业空间中连续葡萄糖监测可穿戴设备的开发。对于高度专业化的设备，如那些针对女性高发癌症筛查和骨质疏松监测的设备，这些技术在产品开发 pipeline中不那么 advanced，许多正在进行临床试验或产品规模化的早期阶段。

这些商业设备的成功依赖于易于集成到当前现有基础设施中，设计为与当前医疗最佳实践和mHealth应用程序兼容的设备有更高的成功机会。

将女性健康技术从原型到商业化涉及多重挑战。本节重点介绍了影响市场成功的可用性、采用和政策制定方面的关键障碍。

不同女性的可用性、采用和合规性

商业化的女性健康技术在最成功时是为来自不同社会经济和文化社区的顺性别女性和跨性别者设计的。年龄在设计与绝经相关疾病的监测和诊断用户界面时也至关重要。数字知识差距可能限制老一代女性的可用性。

此外，低社会经济地位或边缘化社区的妇女采用生物监测技术的比例低于高社会经济地位妇女。原因是缺乏 access to digital health platforms and internet needed for device operation。

女性健康技术的全球政策制定

技术发展的一个挑战是缺乏女性健康的全球政策。在过去十年中，发生了向女性健康和性权利全球化的巨大积极转变。

在国际方面，联合国（UN）和WHO承认缺乏政策制定和女性性权利法律，限制了女性获得医疗保健和医疗设备的机会。

人工智能在女性健康技术中的应用

从临床角度来看，人工智能（AI）和机器学习（ML）可以显著提高预测能力，并提供动态模式识别以增强早期诊断、自动化数据收集和简化护理。

在诊断中，使用AI的新生物标志物发现可以通过提供对影响女性疾病的更全面理解来引入独特或更全面的诊断策略，从而 bridging the knowledge gap。

一些利用AI和ML的mHealth应用程序和可穿戴设备已经商业化用于女性健康应用或接近商业化。

在将AI和ML应用于临床实践时，迫切需要理解泛化数据的影响以及我们如何远离它以获得可靠输出。AI的一个未开发用途是评估影响男性和女性的疾病中未确定或未检测到的生物性别差异的可能性。

展望

本综述重点介绍了女性健康诊断和生物监测方面的关键生物工程进展。随着更多原型和体内研究的出现，该领域正在向商业化迈进，改变了对女性健康监测和诊断的经济、医疗和社会观念。

这些新兴技术的一个突出挑战是来自 underrepresented populations的有限数据为设备设计和用户界面可及性提供信息。为了确保公平的医疗解决方案，未来的生物医学设备必须具有包容性，满足来自不同背景的顺性别女性和跨性别者的需求。

随着更多女性健康可穿戴技术和检测平台的创建，将可穿戴技术与ML和AI集成不仅将提高检测准确性，还将减少用户数据解释错误。AI驱动系统可以个性化诊断，确保精确监测癌症、感染和生殖健康状况。

女性健康技术的未来正在向无线、AI集成的可穿戴设备转变，提供实时预测反馈、增强的用户界面和无缝远程监测。这些创新将通过实现个性化、主动的医疗管理来帮助女性。通过 bridging bioengineering, AI, and clinical needs，下一代可穿戴诊断将将女性健康监测转变为更可及、数据驱动和以患者为中心的范式。