可穿戴設備在慢性非傳染性疾病中的研究進展

鄭敏，邵文亮，徐巖，李揮(通信作者)

1 河北省藥品醫療器械檢驗研究院 (河北石家莊 050299)；2 河北醫科大學公共衛生學院 (河北石家莊 050017)

慢性非傳染性疾病是對一類病因隱匿復雜、病程長且病情遷延不愈疾病的總稱，常見的有糖尿病、心腦血管疾病(主要包含高血壓、腦卒中和冠心病)、癌癥、慢性呼吸系統疾病(主要包含慢性阻塞性肺疾病、哮喘)。該類疾病對人體損傷極大，易造成傷殘，影響患者的勞動能力和生活質量，且昂貴的治療費用給患者及其家庭帶來了沉重的經濟負擔，漫長的病程且病情遷延不愈加重了患者的心理負擔，因此，針對慢性非傳染性疾病的防治尤為重要，對該類疾病的早期診斷和治療后的長期監管也是臨床面臨的一大挑戰。近年來，互聯網、大數據技術占據了智能化發展的主流，改變了人們的生活方式，其中智能手表、智能手環、谷歌眼鏡等已被廣泛應用于日常生活中。醫學上已開始采用智能化的可穿戴設備對慢性非傳染性疾病患者進行監測，特別是針對患有糖尿病、心腦血管疾病的患者。因此，本研究基于可穿戴設備在慢性非傳染性疾病中的研究進展作要概述。

1 可穿戴設備在常見慢性非傳染性疾病中的研究

1.1 糖尿病

糖尿病是一種以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，由多種病因引起，主要表現為胰島素分泌不足或利用缺陷。長期碳水化合物、蛋白質和脂肪組織代謝紊亂可引起多系統損傷，糖尿病患者病情嚴重時會導致感染性疾病、慢性并發癥、糖尿病足、動脈粥樣硬化性心腦血管疾病等多種并發癥。在我國，糖尿病是導致非創傷性截肢、成人失明、終末期腎臟病的主要原因，據WHO公布，糖尿病是2016年世界第七大主要死亡原因[1]。因此，為了有效、便利地監測血糖水平，開發和應用可穿戴的血糖監測設備尤為重要。

目前，可穿戴的血糖監測設備有侵入性、微創性和無創性3種[2]。雖然測定靜脈血漿中的葡萄糖濃度是監測血糖水平的金標準，但頻繁的采血不僅增加了患者的痛苦，還加重了患者的心理負擔，降低了患者的依從性，不利于實時監測。微創性是基于細胞間質液的檢測方法，主要有透皮式抽取技術和皮下植入式技術兩種方式，相較于侵入性可穿戴設備，損傷小且可實現實時監測，但價格昂貴且存在疾病感染的風險。無創性檢測具有較高的患者依從性和積極性；有研究表明，可穿戴的微型傳感器可實現無創血糖監測；汗液、淚液和唾液中的葡萄糖濃度與血液中的葡萄糖濃度相關[3]。已有研究表明，基于汗液的智能手表傳感器、基于淚液的智能隱形眼鏡傳感器和基于唾液的智能牙線傳感器可用于血液中葡萄糖濃度的檢測[4-7]。

為防止針對糖尿病的管理治療不完善，對其并發癥的預防與監測亦至關重要。糖尿病患者一生中發生足潰瘍的風險約為15%[8]，1年復發的風險約為40%[9]，Novice等[10]通過一項匿名、自愿的調查，評估高危糖尿病患者是否愿意推進可穿戴技術預防糖尿病足潰瘍的形成，研究表明，建議醫療保健專業人員將可穿戴技術應用于高風險患者中，且應提高利用率。有研究證明，智能鞋、襪和鞋墊可起到降低糖尿病足患者復發風險的作用[11-12]。Basatneh等[13]探討了醫療物聯網(Internet of medical things，IoMT)在糖尿病足潰瘍患者中的應用，通過對可穿戴傳感器、智能家居設備和IoMT的聯合研究，實現對糖尿病并發癥的預防。Huchegowda等[14]開發了一種專為糖尿病神經病變患者設計的壓力傳感器鞋墊，該模型通過壓力傳感器在足部指定位置測量足底壓力值，并與移動應用設備相連接，同時根據控制器發出的信號，在一定時間間隔內對足部穴位進行刺激以減輕疼痛。

1.2 心腦血管疾病

1.2.1高血壓

高血壓是由遺傳、環境、生活及飲食習慣等因素共同作用導致的慢性非傳染性疾病，是導致心腦血管疾病的危險因素之一，由其導致的死亡人數占全球總死亡人數的14%[15]，因此，針對高血壓的監管勢在必行，市場上也出現越來越多的可穿戴設備被用于高血壓的監測。臂帶式可穿戴設備是利用光電容積脈搏波信號通過光電傳感器記錄血管吸收或反射的光量，可用于監測脈搏波形、血氧飽和度、脈搏波傳導速度等，間接反映血壓水平，是目前常用的無袖帶血壓技術[16]。Zheng等[17]利用無袖帶血壓技術準確地監測到了夜間高血壓患者。此外，指套式的可穿戴設備在測試中也取得了令人滿意的結果，相較于臂帶式可穿戴設備更小巧、方便。

董壯壯等[18]探索了基于脈搏波速法的智能手環在高血壓患者中的應用情況，針對選取的高血壓患者，以水銀血壓計和智能手環兩種方式對血壓進行測量，結果表明，智能手環的檢測不僅在準確率上與水銀血壓計檢測結果的差異不顯著，還節省了時間成本，提高了效率。此外，智能手環具有即時、便捷的特點，患者可隨時隨地進行監測，獲取準確的實時數據，實現了更好的自我管理，減輕了醫務人員的工作壓力。

1.2.2腦卒中

腦卒中是世界范圍內造成患者殘疾的主要原因之一。患者伴有長期的運動和日常生活活動功能障礙，給其本人及家庭和社會帶來了極大的負擔。可穿戴設備可客觀地評估和監測患者在臨床內外的環境，更詳細地評估損傷。用于腦卒中研究的可穿戴傳感器主要有慣性測量單元、表面肌電描記術、電位器/編碼器和柔性傳感器4種，其具有的便于攜帶和可獲得有效結果的優勢進一步支持這些傳感器作為恢復階段長期訓練的一種選擇[19]。Salazar等[20]利用慣性傳感器通過監測患者簡單活動中上肢的加速度數據，來檢驗活動的質量，用于協助康復治療師進行臨床康復訓練。梁嘉欣等[21]通過智能足底壓力視覺反饋可穿戴技術，對15例恢復期腦卒中患者進行平衡功能訓練，30 min/次，經過20次訓練后，與對照組15例進行比較，Berg平衡量表、“起立-行走”計時測試和睜眼-閉眼靜態平衡率與訓練前的差異更大，結果表明，應用可穿戴智能足底壓力視覺反饋設備進行平衡功能訓練可以改善腦卒中患者的平衡功能。可穿戴設備主要用于收集在患者康復治療過程中的運動、肢體活動情況，相較于傳統的康復治療技術，可穿戴技術在數據記錄與收集、遠程指導與操控方面均展現出明顯的優勢[22]。

1.3 癌癥

癌癥是起源于上皮細胞的惡性腫瘤，具有生長迅速、侵襲性強和可遷移的特點，可對人體造成嚴重的危害。其發生過程復雜，可由化學、物理、生物、遺傳等因素共同導致，目前能徹底治愈的極少。乳腺癌居女性惡性腫瘤發病率首位，發病人數約占女性腫瘤發病人數的1/3，且呈上升趨勢[23]。乳腺癌的早期篩查及合適的臨床檢測、治療對控制由其引起的患者預后差乃至死亡極其重要。

裴靜等[24]應用可穿戴手術導航系統對20例早期乳腺癌患者進行前哨淋巴結活檢，與對照組20例使用明德系統檢測的患者比較，完成時間與前哨淋巴結檢出數量的差異顯著，前哨淋巴結檢出率、準確度和靈敏度無顯著差異，結果表明，可穿戴手術導航系統的檢出率、準確度和靈敏度與明德系統相當，且所需時間更短，手術效率更高。Millstine等[25]的研究表明，對于新診斷的乳腺癌患者，可穿戴腦電圖冥想裝置可成為減輕其術前壓力的一種有效工具，可緩解患者疲勞，改善生命質量。Rahman等[26]設計了一種可穿戴、生物可降解的天線型文胸用于未來早期乳腺癌的檢測，天線的材料為5-(4-全氟己基)苯基噻吩-2-甲醛化合物，彎曲條件下的機械柔韌性和電磁性能表明，該天線可以很容易地被放置在文胸內，且成本低、易于安裝、重量輕，具有一定的發展潛力。

1.4 慢性呼吸系統疾病

WHO定義慢性呼吸系統疾病是以慢性阻塞性肺疾病為代表的一系列疾病。其主要病種包括慢性阻塞性肺疾病、慢性肺源性心臟病、支氣管哮喘、支氣管擴張、肺癌、間質性肺病、睡眠呼吸障礙，其中以慢性阻塞性肺疾病、哮喘最為常見。研究表明，我國40歲以上人群慢性呼吸系統疾病的患病率達到了13.7%，20歲以上人群的患病率約為8.6%[27]。我國慢性阻塞性肺疾病的發病率及患病率均處于較高水平，據一項研究顯示，我國約有1億患慢性阻塞性肺疾病患者，且該病是世界第四大死亡原因[28]。WHO預計，到2030年，慢性阻塞性肺疾病將成為世界第三大死亡原因[29]。哮喘是一個全球性的公共衛生問題，我國哮喘患者已超過3 000萬，全球每年死于哮喘的患者達38萬[30-31]。

冼綺云等[32]的研究將監控型智能吸氧設備和人工調節吸氧裝置吸氧設備應用于慢性阻塞性肺疾病患者中，通過比較干預后兩組肺功能指標的檢查結果和運動耐力的評定結果，確定監控型智能吸氧設備的應用價值，結果表明，監控型智能吸氧設備可準確監控慢性阻塞性肺疾病患者吸氧時的氧流量，有效改善患者的肺通氣功能。楊妍等[33]的研究表明，應用哮喘智能管理APP進行個體化管理，對控制支氣管哮喘有積極作用。

2 總結

隨著科技的發展、進步，可穿戴設備不斷更新換代，多種類和多功能的傳感器被研發并應用于醫學實踐，且越來越小巧、輕便、省電、實用、美觀，通過數據信息整合模塊，以多種方式與手機相連接來收集、傳輸、處理和儲存數據，從而實現對疾病的輔助診斷、監測和治療。基于可穿戴設備聯合智能終端(智能手機、智能手環等)，移動互聯網的發展將使遠程醫療在醫療領域發揮巨大的潛力，可實現對慢性非傳染性疾病的遠程監控與管理，避免不必要的住院治療，緩解緊張的住院條件，減輕醫務人員繁重的工作，消除患者沉重的心理壓力，同時，患者每個階段的監測數據均可保留，利于醫療機構的追本溯源、更好的治療與指導用藥。

3 不足與展望

可穿戴設備開發困難，其高昂的價格使很多人望而卻步，尤其是需要長期治療的慢性非傳染性疾病患者，如何在保證產品質量的前提下降低成本是行業產業亟需思考的問題。智能產品的應用讓我們的生活越來越精彩，然而電池的續航時間需要引起關注，如何更好地節能及延長續航時間是未來的發展趨勢。此外，大數據時代導致了個人信息的泄露，若可穿戴設備的數據信息被妄加利用，將會直接危害用戶的隱私安全，如何做到信息安全亦是可穿戴設備發展過程中不可回避的關鍵點。