物聯網醫學在哮喘管理中應用的研究進展

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(1復旦大學附屬中山醫院呼吸科-上海市呼吸病研究所 上海 200032; 2青島大學附屬醫院呼吸科 青島 266000;3復旦大學附屬中山醫院青浦分院呼吸科 上海 201700)

物聯網(internet of things,IOT)是全球信息產業領域繼計算機、互聯網及移動通信網之后的第4次技術革命[1],它將射頻識別RFID裝置、紅外感應器、全球定位系統等各種信息傳感設備通過互聯網進行連接,從而形成一個巨大網絡。這些物理裝置連接互聯網后,用戶端可延伸和擴展到任何物與物之間進行信息交換和通信,實現對網絡中的各裝置進行識別、定位、追蹤、監控并觸發相應事件。現實生活中,物聯網用途極為廣泛,遍及智能家居、智能物流、精細農牧業、國防軍事等諸多領域[1]。物聯網在醫學領域中的應用幾乎遍及各個環節,包括藥品管理、遠程監護、門診住院系統的移動醫療、手術跟蹤監控、患者管理等諸多方面。

復旦大學附屬中山醫院呼吸科白春學教授團隊提出了“物聯網醫學”概念[2],指出這種全新的診療模式可使患者由被動治療轉變成及早預警、主動治療,大大降低診治工作的成本,特別是可以緩解發達地區因人口眾多引發的看病難、住院難,以及欠發達地區醫療資源稀缺的問題。中國工程院俞夢孫院士提出了“健康物聯網”概念[2],指出今后醫療發展的主流方向是能對人類健康(包括疾病)進行網絡式管理的新型物聯網健康管理模式。

支氣管哮喘(簡稱哮喘)是一種氣道慢性炎癥疾病[3],也是最常見的呼吸道疾病之一,嚴重影響個人健康。在許多國家和地區哮喘患病率呈逐年上升趨勢,而對哮喘患者進行和個性化治療和管理存在許多問題。2004年起一項涉及29個國家的全球性哮喘控制水平調查研究結果顯示,僅有5%的哮喘患者經規范化治療后病情能達到完全控制[4]。2003年GINA公布的數據顯示哮喘病死率為1.6～36.7/10萬[5],死因多與長期控制不佳[6]及最后一次發作時未及時獲得醫療救援有關。2013年我國哮喘聯盟牽頭的全國性流調數據顯示,哮喘在我國的患病率高達1.2%,北京、上海等一線城市患病率呈高速增長趨勢,且哮喘在我國的知曉率和控制率均不佳,日益成為我國沉重的社會及經濟負擔[7]。

傳統的醫學模式特點是間斷化和片段化,患者主動前往醫院就診,醫師據此進行診治。隨著醫療水平的提高和生活水平的改善,人們對健康保障的要求也越來越高。因此,傳統的“到醫院看病、門診隨訪”的醫療模式越來越難以滿足人們的要求,而且無法有效地做到對哮喘發作的即刻預警、及時治療和避免突然死亡。物聯網醫學技術的特點使其可廣泛應用于哮喘的診斷與管理中。

物聯網醫學有助于哮喘患者進行自我管理

宣教哮喘知識 依靠物聯網技術可以將各類視頻音頻材料傳送到互聯網,患者在手機端就可以了解和學習相關知識,深入了解自身病情變化。Chan團隊應用Asthma Health作為哮喘患兒的病程記錄監測軟件[8],幫助患者學習吸入器的使用技巧及哮喘相關知識。該研究最終證明使用相關App能夠有效降低哮喘患兒哮喘發作的次數。2011年騰訊公司推出微信(Wechat)軟件,可快速發送文字、圖片、音頻、視頻,并支持多人在線同步通訊。該軟件還可支持建立官方公眾號,發布支氣管哮喘相關的科普知識,增加哮喘患者對自身疾病的認識,并指導用藥。這種方便快捷的交流方式逐步成為患者獲取醫學規范指導的有效途徑。

避免哮喘誘因 哮喘發作的誘發因素眾多[9],兒童常常由運動誘發哮喘發作。D-Shirt[10]是配備移動穿戴設備的服裝,能對患兒的運動量進行監測。此運動服裝內嵌入了無線傳感器,可實時追蹤哮喘患兒的運動量,通過藍牙收發器將收集到的數據傳到智能手機當中。當患兒運動量超標時會發出提醒,以協助家長管理,避免患兒哮喘發作。北卡羅來納州大學的科學家開發了健康環境追蹤系統[11],通過佩戴的運動腕帶監測周邊環境,比如空氣中揮發性有機化合物、臭氧、濕度、溫度和空氣中的病菌等[12]。當哮喘患者身處可能病發的環境中時,系統就會發出警報。Chan團隊[8]所使用的Asthma Health病程記錄監測軟件能檢測患者所在地的空氣質量和環境變化,將結果及時反饋給患者可避免惡劣環境而引起的哮喘發作。

目前,王政[10]新推出了一款防霧霾智能口罩,此口罩裝有無線傳感器,通過藍牙連接至智能手機微信端,由微信定位獲取患者所在地空氣質量等級,提醒用戶何時需佩戴,該口罩還附帶主動吸氣排氣風扇及紫外線自動消毒程序。但此類產品在臨床的實用性仍有待考究。

提高患者依從性 據研究報道,70%的患兒會因吸藥動作不規范和藥物劑量不準確而影響治療效果[13]。Chan團隊[8]所使用的Asthma Health病程記錄監測軟件可以記錄患者的服藥時間,并按時提醒患者服用藥物,避免漏服;同時還能記錄哮喘發病情況,對哮喘患者予以更好的生活指導。智能微網霧化器是一款能夠記錄患者用藥情況的物聯網智能設備,如果患者忘記用藥,該霧化器會發出警報并傳至手機App,手機發出聲光提醒患者按時用藥[14]。“舒保”是葛蘭素公司推出的安置在“舒利迭準納器”上的智能用藥管理裝置,能及時提醒患者按時使用藥物,精確計量吸入藥物[13]。

物聯網醫學有助于醫師對哮喘患者進行隨訪管理物聯網醫學可以在患者足不出戶時實現對病情連貫性的監測。醫師可以將哮喘患者的相關癥狀輸入到終端設備(如手機和平板電腦等)的App中,通過互聯網上傳到哮喘管理系統,由系統對病情自動進行評估、分期、分級,并將評估結果反饋回終端設備,使哮喘的分期、分級更加簡單便捷、快速、準確。

為了評估哮喘控制情況,需要患者配合完成哮喘控制水平分級表和ACT問卷等。當患者在回答相關問卷時,可能會出現有傾向性的回答。為了避免這種主觀性,Thompson等[15]報導在沙丁胺醇氣霧劑上安裝傳感器,可客觀詳細地記錄患者每次使用短效支氣管擴張劑的具體時間及位置。傳感器將相關數據上傳至互聯網,醫師在云端即可獲取患者的全部用藥信息,據此精確判斷哮喘患者的誘發因素,以幫助患者避免特定的哮喘誘發因素,制定更加有針對性的治療方案,幫助患者在病情變化時更及時地控制哮喘病情。

復旦大學附屬中山醫院宋元林團隊建立了基于物聯網的社區患者綜合管理模式,并在上海古美社區進行了實踐,當患者出現異常數據并上傳到終端時,醫師可實現遠程實時質控。若醫師判斷該異常數據真實,患者病情急性發作時,醫師立即遠程指導進行應急處理,同時開通后續系列應急程序,可及時干預病情進展[16]。復旦大學附屬中山醫院青浦分院吳波等在白春學教授物聯網思想的指導下,采用前瞻性隨機對照研究,經過48周隨訪,發現物聯網管理組患者在改善癥狀和肺功能等方面明顯優于對照組,且物聯網管理組患者的急性發作次數明顯降低。物聯網管理可以降低哮喘急性發作風險,改善哮喘控制水平(該數據尚未發表)。

物聯網醫學優化三級診療并實現精準醫療復旦大學附屬中山醫院白春學教授提出物聯網醫學五步法,使哮喘管理的分級診療變得簡易可行。五部法包括5個步驟:(1)詢問(1A: Ask);(2)測定(2A: Assessment);(3)建議(3A: Advice);(4)安排(4A: Arrangement);(5)輔助(5A: Assistant)。這一新型的醫療模式通過物聯網構建了三級聯動醫學分級診療平臺,達到了“頂層設計,學術引領,科技創新,智能惠眾”的效果[4]。

詢問(1A:Ask) 醫師掃描二維碼,可獲取就診者相關的各種信息,替代了傳統的面對面問診。詢問的內容包括誘因、癥狀及可能的合并癥等。哮喘最初的確診依賴于典型的呼吸系統癥狀,這些特征性的臨床表現經過治療后會很快緩解,有時甚至可以自發緩解。緩解后的臨床表現可能不典型,造成診斷困難。因此,患者發病初期的表現應該詳細記錄。缺乏醫學背景的患者事后回憶發病初期的癥狀或誘因可能出現偏差,而通過物聯網醫學,相關數據可以得到及時和全面客觀的保存,并為日后進一步的診療提供可靠信息。

在評估哮喘控制情況時,患者的終端設備可以智能整合哮喘控制水平分級表和ACT問卷,由患者回答相關問題,將答卷上傳至互聯網,醫師據此及時有效地評估患者疾病的控制情況,實現優化管理。利用這些設備可以連續監測患者的疾病相關數據,并將可能的警戒數據反饋給患者或者傳遞給醫師。

評估(2A:Assessment) 通過對前述診療相關數據的收集,提出進一步檢查建議,如肺功能和變應原檢測等,以進一步評估患者病情,為診斷、鑒別診斷、評估和治療提供參考意見。對于哮喘患者,空氣檢測儀、跑步機、肺活量檢測儀和平板電腦等都是簡便有效的用戶端[17]。Ram等[18]通過試驗證明,在可穿戴設備的幫助下,哮喘患者通過特定的App可以檢測早上和晚上的呼氣流量峰值。智能預警儀可自動記錄峰流速,對近30天的呼氣流量峰值進行統計分析并保存,使這些數值與波形的變化可視化,以方便醫師和患者閱讀。通過這樣的方式,居住偏遠的哮喘患者也可以向醫師或健康服務人員傳送詳細的高清數據。哮喘患者呼出氣一氧化氮(fractional exhaled nitric oxide,FeNO)升高可作為哮喘的生物學標記[19]。在哮喘診療過程中,呼出氣NO檢測費用昂貴、儀器笨重,患者必須至醫院進行檢測,為監測該數據患者需多次往返醫院就診,過程繁瑣。小型化的基于半導體的NO傳感器(如碳納米管傳感器[20])成為一種不錯的選擇。德國博世公司(BOSCH)推出了一款手持設備可以檢測FeNO,操作簡便,患者可以隨時在家自行檢測FeNO,無需專門至醫院排隊就診[20]。同時,智能手機檢測呼出氣體后可將檢測結果直接呈現到手機上,并通過互聯網傳遞給醫師,實時動態評估哮喘患者的病情變化,及時有效地調整診療方案,制定個體化的哮喘管理策略。

復旦大學附屬中山醫院白春學教授主導設計了世界首個PM2.5肺功能儀,輔助人類智能監測大氣污染對健康的影響并及時解決問題。該設備是全球首款集肺功能檢測、PM2.5檢測及呼吸康復訓練于一體的物聯網醫療設備。通過呼氣測定可以檢測人體內及外周環境中的PM2.5數值,并生成分析報告;監測的數據可以實時上傳云端進行智能診斷及遠程追蹤管理。目前已經研發出第三代設備。這些智能可穿戴設備通過傳感器持續不間斷地監測、記錄并儲存人體的各項生理病理數據,醫師在云端即可獲取相關信息,并據此提出相應的改善建議。

建議(3A:Advice) 醫師可根據前述兩個步驟所收集的信息和檢查結果,提出診斷、鑒別診斷和進一步處理意見。社區醫師判斷患者病情疑難,無法明確診斷,或病情危重、合并癥多、治療棘手時,可及時轉給二級或三級醫院等上級醫療機構,以便及早明確診斷,同時啟動三級聯動的物聯網醫學管理和雙向轉診治療,高效精準地實現對疑難病患的診斷和治療。

安排(4A:Arrangement) 明確診斷、評估病情之后,由醫師提出專業的治療意見,實現個體化的宣教、治療、隨訪。病情穩定的患者可以轉回合作的下級醫療機構繼續治療、康復。患者在基層醫院機構就診期間,三級醫院專家可通過物聯網技術,實現實時隨訪管理,達到精準治療,也可通過醫院聯網會診指導下級醫院醫師管理患者。二級醫院醫師對于病情相對簡單的患者可以獨立進行哮喘的相關診療工作,在遇到疑難、危重患者時可以及時聯系三級醫院專家,通過雙向轉診方式與專家合作,研究合適的診療方案。哮喘患者用藥分為控制藥物、緩解藥物及重癥哮喘其他療法。初始控制性藥物的選擇要參考評估結果和患者對藥物的反應性來進行回顧性確定。在臨床實踐中,藥物、吸入裝置和劑量應根據癥狀控制的評估、風險因素及患者的依從性來選擇。嚴重的哮喘發作是威脅生命的醫療急救事件,各項措施同時進行才可迅速改善哮喘癥狀。

輔助(5A:Assistant) 物聯網醫學技術實現了頂層醫學專家與基層醫院機構醫師之間方便快捷的溝通交流,全面輔助分級診療流程和質控,確保安全和療效。物聯網醫學輔助功能還包括提問答疑、幫助掛號、直面名家、診斷分期、提供治療方案、協助轉診、全時空照護和雙向轉診等等。

物聯網醫學可以實現哮喘患者相關信息數據的實時傳遞,進行長期數據追蹤,全程監控患者的病理生理狀態,提高醫療資源利用率,降低患者的治療成本,提升患者的依從性和自我管理能力,實現哮喘的主動管理。在做好頂層設計的前提下,應用五步法App實現云端管理[21],通過三級聯動實現對疾病全程跟蹤、緊急預警、靈活提醒、專業指導的目的。通過物聯網醫學平臺,哮喘患者可在大醫院確診、評估和制定診療方案,由社區醫師和三級醫院專家共同管理診療[22]。物聯網醫學還可緩解我國地區之間醫療衛生資源嚴重分配不均的情況,彌補社區醫療發展的不完善,實現哮喘患者治療的延續性和整體性,讓偏遠地區患者也能得到大醫院專家的診治,使優質醫療資源走進基層。

由于醫療技術的高度專業性以及互聯網存在的安全隱患,部分患者也表現出對于互聯網健康服務的不信任。使用互聯網作為管理哮喘患者健康的有效工具的同時,必須考慮患者對于互聯網技術的認識水平。醫療數據泄露造成患者的隱私曝光也是需要考慮的重要問題。互聯網服務平臺要防止不法分子竊取患者數據信息。登錄管理此平臺的工作人員也應遵守制度約束,避免信息外泄。物聯網醫學的應用和實施效果與設備及相關人員的認知有關,三級(基層醫師,專家和患者)聯動的每個環節均應該保持通暢和配合默契,才能取得最佳效果。為實現該目標,需要制定平臺操作規程和工作細則,如專家、社區醫師和技術人員的職責,患者知情同意與信息安全規則,故障處理流程等,并根據最新指南及循證醫學證據不斷更新,在實踐中逐步改善。

結語物聯網醫學可以通過無處不在的互聯網以及便捷的智能移動端,在患者和醫師之間構架一條方便快捷的紐帶,突破時間、地域的限制,增強患者在哮喘自我管理中的主觀能動性,有利于醫師更全面地了解患者病程中的細節,實現哮喘的個體化管理。通過物聯網醫學建立三級聯動,有助于分級診療,節約醫療資源,提高醫療質量。最后達到“三個連接(感知、傳輸和智能處理)全時空,融合三眾(醫院、醫師和患者)在其中,教育防保與診療,全新模式惠眾生”的效果[22]。物聯網技術在醫療領域的應用一直備受國內外的廣泛關注,隨著相關規章制度和技術水平的完善,相信在不久的未來,物聯網醫學技術在哮喘管理以及其他慢性疾病管理中將發揮越來越重要的作用。