可穿戴設備在脊髓損傷康復中的應用及發展現狀

脊髓損傷(Spinal Cord Injury,SCI)是由于各種原因導致椎管內神經結構及功能的損害，患者出現SCI水平及其以下脊髓功能(包括運動、感覺和自主神經功能)障礙

。近年來，SCI的發生率升高，全球每年約有13萬人新發SCI，其中將近50%患者損傷平面達到C6或以上

。流行病學調查顯示，我國SCI年患病率為37/百萬人口

，致殘疾總人數超過100萬

。SCI患者可能存在不同并發癥，如自主神經功能障礙，壓瘡等。王洋等

指出廣東省SCI殘疾人的社區融合問卷(Community Integration Questionnaire,CIQ)調查均數以及各亞項目家庭融合(Family Integration,FI)、社會融合(Social Integration,SI)、生產活動參與(Productive Activity,PA)等維度均低于Callaway于2016年發布的CIQ常模

。同時,SCI患者的預后情況、家庭支持及其所在環境條件均影響患者進行日常生活活動及社會融合。作為一種嚴重致殘性疾病，臨床上對于SCI的診斷、評估及治療主要依靠影像學檢查及量表評估，以康復醫生及康復治療師的經驗為治療基礎進行干預。當前，SCI尚無特異性治療方法，臨床上仍以早期積極規范救治、盡早全面康復介入與長期持續的社區家庭康復等綜合處理為主

。因此，臨床上需要客觀定量可視化的評估及治療系統，以支持患者進行康復轉診及家庭康復。可穿戴設備通過傳感器準確采集患者生理及運動參數并進行儲存分析，患者及醫療人員可提取評估及治療參數以了解及調整康復方案，有效提高康復治療效率，降低醫療資源浪費。

教師的愛不是無原則的，而是一種理智的愛。然而不是所有的教師都能真正做到熱愛自己所從事的教育事業，熱愛自己的學生。在現實中，我們身邊就有一些教師對自己職業的操守和職責不夠清晰不夠重視，缺乏教師職業相應的道德品質。沒有責任心，更沒有樹立正確的教育觀念，背離了教書育人的核心。根據自己的喜好或者利益的驅使把學生分為不同的等級，不能面向全體學生，不能一視同仁，更不能公平公正地對待每個學生，而是偏愛某些學生。這樣的“師愛”是病態的，是不道德的，不僅會失去積極的作用，還會帶來一系列的消極影響。這一現象在教師中還是普遍存在的，歸納起來有以下幾種表現：

本文就可穿戴設備在SCI康復中的相關概念及應用進展進行綜述，分析及論述可穿戴設備的發展前景及面臨挑戰。

基于職業標準的國際商法項目課程教學模式是以“標準轉換”為基礎的教學模式，也是基于項目的“理實一體”教學模式，該模式主要有七個主要環節。

1 可穿戴設備的概念

可穿戴設備是可以佩戴或放置于人體體表或物件上，以不同傳感器收集人體參數，并通過智能傳輸及信息處理系統進行分析存儲的設備。臨床上常見傳感器包括生理傳感器、壓力傳感器跟慣性傳感單元等3種類型，配合無線傳輸模塊、控制處理單元、用戶接口及相關軟件，實現將個體功能轉化為客觀生理參數及運動數據，推動可視化康復治療方案制定及療效評估

。目前可穿戴設備逐漸實現數據交互及云端交互，推動為患者及特殊行業人群提供健康監護及安全防護服務，同時也可實現對患者家庭或社區康復的精準化遠程監測

。

伴隨著我國飛機發動機的發展，航空用高溫合金標準也在不斷壯大，如表1所示。我國在引進的基礎上也研制出了一些高溫合金材料，并相繼制定了各自的材料標準，涵蓋航空研制生產的所有高溫合金材料類型和品種。這些標準應用于航空發動機的設計、生產和使用，對高溫合金的整體發展起到了重要作用。

2 可穿戴設備應用于SCI的優勢

SCI節段不同，患者ADL能力殘存功能不同。ADL能力影響患者生活依賴程度及生活滿意度，目前ADL的評估以標準化量表評估為主，缺乏活動軌跡檢測記錄及反饋，可穿戴設備借助慣性傳感器可實現動作捕捉及分析。廖夢佳等

設計一款基于多傳感器融合的可穿戴上肢動作識別系統，選取Fugl-Meyer量表(Fugl-Meyer motor assessment,FMA)要求測試者執行3個上肢動作，使用放置于手腕背面、肱骨外上髁及肱骨中上三分之一點外側的3個小型傳感器，收集上肢運動的加速度信號，實現上肢動作的自動識別及完成質量評估記錄，其識別準確率高達97.99%。Lemmens等

將多傳感器固定于患者患側手背、腕關節、上臂及胸部，在標準環境下評估患者喝水、使用刀叉進食及梳頭發等ADL執行情況，結果顯示可穿戴設備可記錄ADL中上臂及手的活動及完成活動的數量及質量。

可穿戴設備被運用于康復醫學領域，針對SCI患者的評估及訓練領域逐漸擴展，包括運動功能和ADL能力等功能評定、醫療機構康復治療及遠程康復、并發癥監測等方面，實現了從醫療機構康復期到家庭康復期長時間高質量的精準數據采集及反饋。

20世紀60年代，美國麻省理工學院Claude Shannon和Edward Thorp將多媒體、傳感器及無線通信等技術整合，設計出可穿戴在身上或嵌入鞋子用以預測輪盤賭局結果的設備

。近年來標準化軟硬件及互聯網的發展，推動可穿戴設備在醫學領域功能多樣化，如為患者提供生命體征監測

、精準給藥及動作捕捉

等，成為當下實驗研究及產品開發的熱點方向，部分產品已從基礎研究應用于臨床。隨著傳感技術、云計算技術的研究進展，微型、智能、便攜的慣性傳感器逐漸被運用于康復醫學領域，覆蓋疾病診斷、康復評定、治療方案制定及運動監測等多方面，推動實用安全的可穿戴式設備在醫療機構、社區、家庭康復領域發展

，與康復工程或康復輔具結合的可穿戴設備成為研究熱點之一

。目前，大量可穿戴設備處于實驗室基礎研究階段，臨床應用較少

，針對SCI的可穿戴設備仍然缺乏系統完善的評估及治療方案指導

。

3 可穿戴設備在SCI的臨床應用

針對SCI患者評估及治療，可穿戴設備可實現：①提供客觀數據：實現客觀數據化評估及訓練反饋，提高康復精準性及有效性。可穿戴設備的運用可降低醫生及治療師主觀判斷對患者情況的影響，以精準的數據評估記錄患者相關數據。②共享康復方案：實現社區及家庭遠程康復監測，實現不同機構數據交互及云端交互；以安全有效的方式共享云端平臺數據，不同治療團隊可以實時掌握患者的康復進程，實現患者在不同機構間的治療方案保持共同的康復方向，進一步提高患者康復療效；③加強家庭康復療效：專業治療團隊以線上方式指導患者進行家庭康復，確保患者在家庭及社區環境下康復的有效性及安全性。④減輕家庭負擔：調查指出，我國創傷性SCI患者康復治療總住院費用平均為252309.1元/人，人均住院時間平均數為181d，其中醫療保險患者為34.9%

。可穿戴設備可實現將長期依賴于醫療機構康復的SCI患者康復重心逐漸轉移為家庭及社區康復，降低患者及其家屬經濟負擔。賈萌萌等

及Sutton等

的研究指出回歸社區康復的SCI患者身體功能與社會功能均有效提高，家庭與社會參與程度提升。⑤緩解醫療壓力：減少患者訓練輪候時間，降低長期高負荷高患者輪轉率的醫療機構患者排隊量，讓患者在疾病穩定期開展系統全面的康復，降低疾病及其并發癥對患者的不良影響等。

下肢感覺及運動功能障礙的SCI患者可能合并存在平衡或步態異常問題。研究人員通過放置于人體表面的小體積可穿戴慣性傳感器，收集患者足底壓力分布情況、步行周期及運動軌跡數據，實現患者精確的平衡功能及步態分析，預防意外摔倒情況

。霍洪峰等

使用意大利BTS公司生產的FREEEMG300無線表面肌電采集與分析系統，選取用于穩定踝關節的小腿肌群(包括脛骨前肌、腓骨長肌、趾長伸肌、腓腸肌外側頭及內側頭)及足底8個壓強較大的位置(包括足跟內側、足跟外側、第一跖骨、第二跖骨、第三跖骨、第四跖骨、第五跖骨、第一趾骨)，收集保持4km/h步行速度測試者的5個完整步幅支撐期及擺動期的足底壓力及肌肉激活程度數據，用以分析測試者足部的力學結構、步行穩定效率等，預防患者出現關節磨損、疼痛或跌倒等癥狀。

SCI是一種嚴重致殘、高致死率、高耗費的神經系統疾病，患者出現損傷水平及其以下運動及(或)感覺、自主神經功能障礙，同時可能存在神經病理性疼痛、泌尿系感染、痙攣、下肢靜脈血栓及壓瘡等并發癥。目前，針對SCI患者的醫學干預主要為發展殘存肌肉運動功能，降低并發癥發生率，包括藥物治療

、運動訓練

、物理因子治療

、輔助器具及手術治療等

。現有的康復醫療模式SCI患者評估及訓練主要依賴康復醫生及治療師的主觀經驗及判斷，受限于治療師的體力、精力及康復場地選擇，影響個體康復療效

。可穿戴設備作為一項智能精準化的評估及治療工具，逐漸被設計及運用于康復醫學領域，包括運動功能和日常生活活動(Activities of Daily Living,ADL)能力等功能評定、醫療機構康復治療及遠程康復、并發癥監測等方面，實現安全有效系統的康復治療。

16S rDNA基因序列分析顯示，HS_01和HS_02的16S rDNA基因序列長度均為1 462 bp。將HS_01和HS_02測定序列提交到Genbank，獲得登錄號分別為HS_01(Genbank:HQ877765)和HS_02(Genbank:HQ877766)。

3.1 功能評定 可穿戴設備可用于SCI患者的運動能力評估。SCI患者損傷方式及程度不同，運動功能障礙情況不同，個體化精確的可穿戴設備通過運動型傳感器(陀螺儀、加速度計、壓力及磁力傳感器等傳感器)可評估記錄患者的運動參數，并及時進行反饋

。Bianchi等

將可穿戴式手部重建系統(Hand pose Reconstruction Systems,HPR)與紡織面料壓敏電阻技術(Knitted Piezoresistive Fabrics Technology,KPF)結合，選擇手部固定的5個最佳位置放置傳感器，要求測試者執行指面捏、精密夾捏、擠壓、鉤狀抓握、力性抓握、三指捏、側捏與托舉等8種抓握模式，測量其19個自由度的手部姿態準確信息，并使用3D建模系統將手部姿勢還原進行可視化處理，定性結果指出建模姿勢與原始姿勢具有一致性，實現將復雜的手部生物力學轉化為可視化精準評估及康復訓練。Salazar

研究4名佩戴可穿戴式傳感器的受試者上肢進行的夠物-按壓-返回活動，記錄患者的運動軌跡及代償方式，將患者功能性運動以定量的數據報告呈現，并實現患者初期、中期及末期的療效對比。

3.3 遠程康復 SCI患者家庭康復的需求激增，康復治療團隊人員配比不足，調查指出，目前我國康復治療師人員配比為1.03/10萬人

，醫療資源的地域分配不均，嚴重影響SCI患者的康復質量。可穿戴設備打破時間及空間界限，可實現SCI患者進行全面、系統的遠程康復指導，確保家庭康復的質量及患者安全性。Kumar等

開發了一種用于上下肢關節活動度測量的自動無線可穿戴傳感器系統，并將傳感器與中央服務器(移動智能手機、平板電腦等)進行連接，測量19名健康受試者與20名殘疾受試者的關節活動度，結果顯示該系統所測得關節活動度與傳統關節活動度測量儀所測結果高度相關，治療團隊可實現遠程檢測患者關節活動度，以設計治療方案。都天慧等

提出一種由可穿戴式傳感器設備及患者及治療團隊移動終端組成的程序化智能遠程康復系統，以監督指導患者運動功能。可穿戴式傳感器可實現準確記錄患者的運動狀態及生理參數，同時通過移動網絡將參數傳輸到治療團隊數據中心，治療師可以實時根據患者的訓練情況調整治療方案，監督患者運動訓練執行情況，但該系統仍處于試用階段，需要進行安全性及便利性探索。目前，可穿戴設備的遠程康復硬件設備及相關軟件的設計開發仍面臨巨大的挑戰，設備連接兼容性、使用安全性亟需進一步技術保障。

與虛擬現實技術(Virtual Reality Technology,VR)及可觸游戲結合的可穿戴設備逐漸被運用于臨床，以視覺、聽覺、軀體感覺等感覺反饋代替數據化重復的訓練方式，可提高患者康復訓練的主觀能動性

。陳蘭等

結合美國的情景互動式康復訓練系統Gest-Irex、傳感器手套與常規康復治療，選擇與平衡及下肢功能相關的6種游戲(空中降落傘、引力球、鯊魚誘餌、滑雪板、英式足球、上跨臺階)，訓練時間為30min/d，5d/周，一共持續2周，指出治療后實驗組20例患者Fugl-Meyer下肢運動功能(Fugl-Meyer motor assessment of lower limb, FMA-L)、Berg平衡量表(Berg Balance Scale，BBS)、計時起立-步行測試(time up and go test，TUGT)及改良Barthel指數(modified Barthel index,MBI)均提升。Lipovsky等

提出了一種由功能性電刺激(Functional Electrical Stimulation，FES)、傳感器手套及基于智能手機的虛擬3D手部環境顯示應用軟件的手腕及手指康復系統，通過由一個9軸慣性測試單元及8個肌電圖傳感器組成的Myo臂環，將健康測試者的運動的空間數據及手勢數據復制到患者的運動軌跡中，以游戲的形式可增強患者參與動機，驅動神經可塑性的變化。

針對存在轉移困難的患者，日本Cyberdyne公司的可穿戴下肢外骨骼機器人Hybrid Assistive Limb(HAL)具有生物意識控制系統及自主控制系統

，通過肌電傳感器、角度/加速度傳感器、地面反作用力傳感器等集患者生物電信號，判斷患者運動動機，記憶及存儲患者運動模式，形成患者的日常運動軌跡。Yukiyo等

選擇4名慢性SCI患者(其中完全性SCI 3例，不完全性SCI 1例)，將髖關節和膝關節屈伸的HAL電極分別放置于下肢，及其對應的上肢前后肌群，分別為前三角肌、后三角肌、肱二頭肌及肱三頭肌，進行10次上肢聯動的HAL干預，每次持續60～90min，記錄標記物的運動軌跡提取患者步行周期內的擺動相位及站立相位，結果指出HAL干預后患者的步行距離增長，表面肌電圖檢測到闊筋膜張肌及股四頭肌的活躍收縮。同時，患者的髖關節外展，膝關節伸展，踝關節背屈肌群的肌張力均降低，HAL可以提高SCI患者的站立及步行轉移能力。具有獨立電動機控制及便攜式計算機控制系統的ReWalk通過體感技術及腕部傳感技術，收集患者下肢運動狀態，可對患者的步幅、步速等運動成分進行協調

。可選擇康復醫師輔助訓練模式、穿戴者自主定義模式和自感應肢體運動觸發模式的Ekso

可針對性運用于SCI患者下肢運動功能訓練和日常轉移，減輕照顧者壓力，但地面機器人輔助步態康復訓練Ekso GT需要患者具備較高的認知及良好的心血管能力

。

文華學院餐飲服務成績顯著，關鍵在于專業化“作戰”。據了解，文華學院文景園食堂等相關餐飲工作主要由武漢華工后勤管理有限公司負責，為適應新形勢和新要求，武漢華工后勤管理有限公司以專業人做專業事為目標，深入鉆研和探索，形成了一支專業化、規范化、標準化的高效管理團隊，用科學的管理模式保障校園食品安全，推動文華學院食品服務質量的提升。

3.2 康復治療 可穿戴設備通過微型傳感器收集患者運動信息，并及時為患者提供反饋

，提高SCI患者的康復訓練有效性。Olivares等

指出由三軸加速度計、陀螺儀和磁強計組成的無線慣性測量單元Wagyromag可以對膝關節進行三維運動軌跡評估記錄，實時提供視頻反饋，并開發VisIMU軟件用以讀取、顯示和存儲通過無線電發送的來自人體的數據，如身體部位的傾斜角度、移動速度及軌跡等，其加速度傳感器測量范圍為±3倍重力加速度。同時，治療團隊可對訓練強度、時間、頻率及訓練項目等運動處方進行調整，優化患者訓練方案。Radder等

發現可穿戴機械式軟手套ironHand(iH)可以有效改善患者日常活動中的手部抓握及手指力量，提高ADL獨立性。

3.4 并發癥監測 流行病學調查指出，我國SCI患者頸段損傷比例為47.2%，胸段43.3%，腰段及以下9.5%。患者SCI節段及嚴重程度與康復質量密切相關，高節段SCI較低節段SCI更易出現嚴重并發癥，頸段SCI患者較胸段及以下SCI患者更常見出現全身炎癥反應、交感神經過度激活的繼發性肺功能損傷及呼吸肌功能障礙等

。可穿戴設備可實現對SCI患者生理功能的監測，并自動實時反饋患者身體信息，輔助醫療人員早期有效預防并發癥。Guber等

收集測試者通過傳統指尖脈搏血氧儀與腕戴式脈搏血氧儀Oxitone-1000測試的血氧水平及脈搏率值，指出腕戴式脈搏血氧儀Oxitone-1000可持續準確有效監測心率及血氧水平，精度為2.28472%，具有更高的舒適性，在必要時期可自動觸發緊急醫療救助提醒。Leaf Healthcare體位檢測儀可監測患者在床上或輪椅上的移動情況，分析患者需要移動的時間，并將數據傳輸到中心監測站或移動設備，康復團隊或照顧者可以實時獲得患者數據，定時為患者進行體位轉移，防止患者出現壓瘡

。

電子織物技術是將可穿戴技術集成于紡織品中

，在不影響人體正常活動及生活的情況下持續對人體的生理參數及運動參數進行測量及記錄。該技術的衣物材質輕便、可長期續航及重復洗滌，被運用于個體活動或生理狀態監測，家庭及社區康復訓練與反饋，跌倒風險評估及移動輔助等

。目前，電子織物技術的研究主要包括2個方向：運動感知及肌肉活動的測量或提供肌肉刺激。在運動感知方面，電子紡織品主要用于實現測量個體出現的運動與對比個體是否達到了預定的運動模式；而電子織物用于測量肌肉活動及提供功能性電刺激的研究目前較少。美國Sensatex公司使用嵌入式傳感器導電纖維與棉纖維織成可穿式智慧型運動T恤，實時監測心率、體溫、呼吸及熱量消耗，將信息同步于電子設備實現實時記錄，并及時發送警報記錄

。部分可穿戴智能服裝可以通過對身體特定部位提供機械推力，以提高局部血流量，減少壓瘡發生率

。該技術現主要用于運動感知功能，其實用性研究依舊處于基礎研究階段。

4 可穿戴設備的挑戰及發展趨勢

可穿戴設備具有便攜化、智能化、微型化的特點，回顧性研究指出，實驗研究型可穿戴設備數據精準度更高，而商用型可穿戴設備舒適性及經濟適用性高

。作為一項新型技術，可穿戴設備臨床使用性問題亟需針對性的解決方案，提高使用安全性及實用性。可穿戴設備存在問題主要為：①設備精準性欠佳。包括可穿戴傳感器敏感性、不同平臺軟件兼容性、數據傳輸可信度、電池續航時長等，個體通過可穿戴設備所收集的資料需準確還原個體真實情況；②數據安全性待提升。軟件中患者個人及醫療相關信息安全性需要得到嚴密的保護，防止泄露患者信息，確保操作平臺的數據保密；③操作實用性欠規范。可穿戴設備的數據收集依賴于準確的身體定位及設備操作，患者使用可穿戴設備的社區及家庭康復需要詳細全面的培訓；同時，可穿戴設備適用環境、價格等需要規范化的處理。④數據讀取欠標準。可穿戴設備讀取的生理或運動參數讀取需要統一的標準，方便專業人員進行患者情況管理及儲存，提高數據的專業性；⑤臨床實用性研究不足。目前，大量可穿戴設備處于實驗室研究階段，缺乏高質量的實用研究指導臨床使用。

隨著信息產業的發展，可穿戴設備與新型傳感技術、無線通信技術、數據分析技術及低能耗芯片技術領域互相融合推進，與現代康復理念技術及康復工程相結合，實現推進醫療康復及家庭康復的進程

。同時，快速發展的醫療行業也對可穿戴設備提出要求：①設備智能化

。將多傳感器融合于同一芯片中，通過小體積可穿戴設備收集患者的多種生理參數及運動參數，監控患者運動負荷過大的不適情況

；同時，通過可視化設備實時根據患者情況給予患者視頻反饋及語音提醒，設置語音控制系統，治療團隊或患者可直接通過語音操作儀器。②數據穩定性及可信度

。提高數據的信度及效度，設置讀取數據的標準，加強專業人員的培訓，控制不同環境因素對數據的干擾。③數據云端管理

。可穿戴設備實時將患者評估及訓練數據上傳到云端，后臺可以通過安保讀取患者信息，實現醫院-社區-家庭康復管理，提高患者家庭康復質量，減少醫療壓力，減輕患者及其家庭經濟負擔。

5 小結

SCI患者身體結構及功能上的損傷，影響其運動及(或)感覺功能，并可能合并神經病理性疼痛、泌尿系感染、痙攣、下肢靜脈血栓及壓瘡等并發癥，影響患者進行必要的生活、生產及娛樂活動。同時，疾病的突發性與后遺癥帶來的不良情緒體驗及自我效能感下降，限制患者的家庭及社區融合。便攜智能化的可穿戴設備突破治療場地及時間的限制，降低醫療人員主觀性對評估及治療的干擾，將患者的生理參數及運動軌跡等轉化為直觀的數據，為SCI患者提供運動及ADL能力評估、系統全面的康復治療、遠程康復指導與并發癥監測。目前，精準的評估及治療用可穿戴設備逐漸被醫療機構引進，并運用于臨床實踐中，以提高SCI患者的功能。隨著智能系統的開發，搭載于智能平臺的安全方便實用的可穿戴設備將進入康復醫療領域，為SCI患者提供個體精準化服務。

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