可穿戴設備在譫妄管理的研究進展

程俊寧,陳香萍,勞月文,喬曉婷,莊一渝

(1.浙江中醫藥大學 護理學院,浙江 杭州 310053;2.浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院 護理部,浙江 杭州 310016)

譫妄是一種急性腦功能障礙,其特征是精神狀態改變、注意力障礙、意識水平改變或思維紊亂,好發于老年和重癥患者[1-2],且在養老院、臨終關懷等醫療機構均有發生,根據患病人群的不同,其發生率在23.0%～54.9%之間[3]。專家共識[1,4]指出譫妄與患者負性臨床結局相關,包括住院死亡率上升、住院時間延長,以及認知功能障礙等,增加家庭照顧者和醫療衛生保健體系的負擔。目前,譫妄評估工具難以實現長期監測,無法反映譫妄癥狀的波動性,且帶有評估人員的主觀性[5]。可穿戴設備借助無線通信技術及云端平臺,打破了傳統醫療的限制,為譫妄篩查及預防提供了新的思路。隨著大數據、人工智能的發展,可穿戴設備得到了飛速的發展,從理論概念轉為商業產品。目前,可穿戴設備的研究聚焦于臨床,逐步應用于譫妄領域,通過采集、分析患者的生命參數及活動軌跡,實現對患者健康狀態的動態監測,為譫妄篩查提供客觀的指標。國外已有研究[6-8]將可穿戴設備結合虛擬現實應用于譫妄的預防及治療,但國內針對可穿戴設備在譫妄領域的相關研究較少。本研究就可穿戴設備在譫妄患者中的應用現狀和展望進行綜述,以期為可穿戴設備在譫妄的預測、預防和緩解譫妄嚴重程度等方面的研究或推廣應用提供參考。

1 譫妄管理現狀

譫妄管理的重點在于早期識別處于譫妄風險的患者和譫妄患者,并及時采取干預措施。譫妄的病理生理機制尚不明確,沒有單一的干預措施或藥物能預防或治療譫妄,多項指南[4,9-10]推薦采用多元策略降低譫妄發生率或持續時間。譫妄診斷的金標準是采用《精神疾病的診斷和統計手冊》對患者進行評估,但評價人員卻僅限于精神科醫生,在應用中存在較大的局限性,一般不采用[11]。目前使用的譫妄評估工具包括4 項譫妄快速診斷測試(4AT test)[12]、護理篩查量表[13]、ICU意識模糊評估方法(CAM-ICU)[14]或重癥監護譫妄篩查量表(ICDSC)[10]等。但上述工具主要是通過臨床人員的主觀評估,且篩查頻率在1～3次/日,無法捕捉到譫妄癥狀的波動性,錯過譫妄評估的最佳時機,低估譫妄的發生。

2 可穿戴設備概述

可穿戴設備是指佩戴在身上的便攜式電子設備,通常由傳感單元、通信單元和處理單元構成,具備采集和分析人體數據功能,實現數據交互,輔助臨床決策[15],已有研究將其用于譫妄的篩查、預測及干預。可穿戴設備按傳感器的類別可主要分為生物傳感器、運動傳感器和環境傳感器。其中運動傳感器[16]又稱慣性傳感器,主要用于檢測運動軌跡或運動識別,如加速度傳感器、陀螺儀等。按照部位不同,可分為頭部、手部、下肢、軀干穿戴類。手部穿戴類設備包括腕式活動記錄儀、智能手環或智能手表等,主要應用于睡眠監測、心率監測、運動軌跡記錄等[15]。頭部穿戴類設備包括頭戴式顯示器、Google project glass、虛擬現實頭盔等,主要應用于譫妄預防等方面[17]。

3 可穿戴設備在譫妄患者中的應用

3.1 尋找特定的睡眠參數 譫妄是通過易感因素和誘發因素之間的復雜相互作用而發展起來,如高齡、認知障礙及并發癥等,其中睡眠障礙常被認為是譫妄相關的危險因素[18]。多項研究[19-20]證實了兩者之間的相關性。然而,目前還沒有一種客觀、連續地測量睡眠質量參數的完美方法。多導睡眠圖(polysomnography,PSG)、腦電圖、睡眠日記或睡眠報告在應用中存在較大局限,難以長期監測患者睡眠。若睡眠質量參數能被準確測量,尋找出與譫妄相關的特定參數,后續可將睡眠質量參數用于譫妄預測、篩查。可穿戴設備能通過客觀的數據,量化睡眠參數,在同睡眠的金標準PSG比較的研究中,可穿戴設備在睡眠與清醒判定方面具有較高的敏感性(90%以上)和準確度(80%以上),適用于長期的睡眠監測[21-23]。

荷蘭開展的一項試點研究[24]采用加速度傳感器測量老年患者的睡眠-覺醒節律,通過比較老年患者譫妄發生前后睡眠參數的變化,確定受譫妄影響的參數。結果發現,譫妄前后患者的實際睡眠時間、睡眠效率和睡眠持續時間減少,睡眠潛伏期增加。但該研究樣本量較小,后續仍需開展大樣本驗證研究。另一項使用褪黑素預防譫妄的隨機對照試驗[25],將腕戴式監測設備用于跟蹤患者睡眠情況。雖然該研究結果表明譫妄患者存在睡眠片段化,但并未確定睡眠參數是否可用于譫妄預測。Jaiswal等[26]在其基礎上,對數據進行二次分析,通過CDF曲線和混合自回歸模型評價睡眠參數在譫妄發展中的預測價值,研究發現短時睡眠(<10 min)對譫妄發生具有預測價值。這為早期識別高危個體提供了途徑,可以幫助預測患者發生譫妄的風險。

3.2 早期識別譫妄及譫妄亞型 活動改變是譫妄的主要癥狀之一[27]。譫妄的其他癥狀,如患者的認知能力和精神狀態的波動,不易用自動化方法進行量化,而患者的身體活動模式更適合用可穿戴設備來進行評估,如加速度傳感器,可用于量化患者身體活動的改變,為譫妄早期識別和區分譫妄亞型提供更客觀的標準。

活動記錄儀[28]常由加速度傳感器和數據記錄器組成,每0.1 s記錄一次活動,將收集到的數據上傳入數據記錄器,通過編寫的程序對傳感器信號進行分析,區分患者活動體態轉換 (坐、躺、站立和行走)。Leonard等[29]使用活動記錄儀對譫妄患者進行活動監測,研究發現活動記錄儀能較好區分不同譫妄亞型患者之間的動態活動變化,可用于譫妄亞型的判斷,但該研究未將譫妄亞型患者與非譫妄患者的動態活動進行比較,尚不足以用于譫妄篩查。Godfrey等[30]在Leonard等的基礎上,對活動記錄儀進行優化,采用三軸加速度傳感器,放置于大腿中外側,測量垂直加速度和中外側加速度。通過三軸傳感器監測臨終患者活動變化,并將患者24 h內的運動變化分為白天、“日落”前后和夜間三個時間段進行比較,研究發現譫妄和非譫妄的患者在活動總時間的百分比、24 h內體態變化的次數、運動持續時間等方面存在差異,加速度傳感器為譫妄篩查提供了客觀指標,能夠用來區分譫妄與非譫妄人群,其中白天體位變化次數是最有鑒別性的測量指標。Godfrey等[31]將小波變換(wavelet transform,WT)用于加速度傳感器,以區分譫妄亞型患者躺、坐和行走活動的運動信號,研究發現采用WT的加速度傳感器能在臨床環境客觀評估譫妄患者的運動狀態,并在區分譫妄亞型患者活動變化方面的準確性為92.3%。

目前以加速度計為代表的運動傳感器,通過對譫妄患者活動變化連續、客觀的監測,為譫妄篩查提供客觀指標,從而避免了譫妄評估的主觀性。未來研究需對患者活動變化的指標加以辨別,尋找出對檢測譫妄最具鑒別性的測量指標。同時,具有活動監測功能的智能手表日益普及,商業化的產品種類較多,如三星Gear智能手表、小米手環等[32],相比研究環境下的活動記錄儀更易推廣。Davoudi等[32]進行的驗證研究表明智能手表在活動識別方面與活動記錄儀沒有差異,準確率高達85%,可用于代替活動記錄儀,具有廣闊的發展空間。但此類設備在臨床譫妄篩查的使用仍需進行驗證研究。

3.3 虛擬現實預防譫妄 虛擬現實(virtual reality,VR)是利用計算機圖像技術構造虛擬三維場景,用戶通過陀螺儀、傳感器和磁力計等裝置與虛擬環境交互作用,實現視覺、聽覺及觸覺等沉浸體驗[8]。虛擬現實的實現在于可穿戴設備的發展。隨著5G時代的到來、人工智能的發展以及傳感器集成技術的突破,部分可穿戴設備已從概念化轉向商用化,如頭戴式顯示器、Google project glass、虛擬現實頭盔等產品[17],這也為虛擬現實技術的應用奠定基礎。

現有研究將虛擬現實應用于譫妄領域,以期能降低譫妄發生率和譫妄的嚴重程度。Suvajdzic等[8]學者采用虛擬現實頭盔、三軸加速度傳感器、環境傳感器、位置追蹤器開發構建了“DREAM”系統,實時監控ICU患者數據,通過提高睡眠質量、減少疼痛、降低鎮靜劑的使用和刺激認知預防譫妄的發生和譫妄持續時間。Naef等[33]通過頭戴式顯示器和降噪耳機對926例ICU患者提供虛擬現實的刺激,以期降低譫妄的發生率。但對于干預的時機、持續時間仍需進一步研究確認。Eijlers等[7]對日間兒科患者采用虛擬現實干預,VR組術前焦慮評分明顯低于對照組,鎮痛藥物的使用顯著減少,但與正常護理組對比,兩組譫妄結局無差異。這與Ryu等[6]的研究類似,在患兒術前一天采用VR引導,VR組焦慮評分顯著降低,但與對照組相比,兩者譫妄結局并未有差異。這或許與研究人群相關,ICU患者長期處于較為緊張、嘈雜的環境下,虛擬現實營造了一種舒適的場景,一定程度上為ICU患者提供了良好的療愈環境,避免監護室的沖擊感,緩解患者焦慮、緊張情緒,減少其罹患譫妄的風險。另外,同傳統傳遞信息方式相比,VR顯著降低術前焦慮,未來研究可采取多元化的行為準備,以期降低譫妄的發生率。

4 討論

4.1 完善研究設計 可穿戴設備能用數據反映患者的身體情況,相較于譫妄的評估工具,更具客觀性。多項研究利用可穿戴設備,找到與譫妄相關的特定參數,如睡眠效率、睡眠持續時間、短時睡眠、白天體位變化次數等,但并未對這些指標的預測性能進行評價,并不清楚其閾值、靈敏度及特異度。Jaiswal等[25-26]通過隨機試驗發現短時睡眠、長時睡眠、平均睡眠時間在譫妄和正常患者之間存在差異,但當對其預測性能進行評價時,發現只有短時睡眠有預測價值。若后續研究采用這些睡眠參數或活動指標篩查或預測譫妄,需要的前提是這些指標是精確且有價值的。可通過ROC曲線分析納入的指標對譫妄的預測價值,尋找出其中最具預測價值的指標。另外,部分研究[24,29-31]樣本量小,數據收集時間短,研究對象限于特定人群,并未使用譫妄的金標準評估患者,導致研究偏倚風險較高,影響結果的比較、推廣。未來需開展大樣本、多中心試驗,收集更長時間內的數據,通過譫妄的金標準評估患者,采用可穿戴設備監測患者健康數據,尋找出其中存在差異的參數或指標,并在其基礎上對數據進一步分析,評價指標的預測價值,為以后的應用提供參考。

4.2 改良可穿戴設備 同時,可穿戴設備本身存在一定的局限性,在睡眠監測這方面,此類設備能準確地記錄睡眠中斷(例如睡眠次數),但在監測睡眠持續時間/睡眠效率上,精準度欠缺,通常高估[26]。另外在ICU人群的應用存在局限,原因在于ICU患者可能受到鎮靜劑的使用、神經肌肉的無力或約束的限制,影響患者的身體活動。

一方面是優化譫妄評估算法,與醫務人員通力合作,對不同人群加以區分,完善算法的邏輯判斷,通過設置多種模式,如術后譫妄算法、老年譫妄算法,提高譫妄預測的準確性;另一方面是改良可穿戴設備,考慮對現有的傳感器集成化,如將加速度計、陀螺儀和方位傳感器集成為測量模塊。從成本效益方面,集成傳感器比單獨的傳感器更具成本優勢,而且能夠降低尺寸,滿足未來可穿戴設備的發展需求,也能避免在數據收集過程受到的干擾因素,如人體的狀態、周圍環境等因素,實現精準監測。

4.3 構建智能化數據庫 通過可穿戴設備采集患者數據,上傳并儲存至云端服務器,建立大樣本數據庫,不僅可用于譫妄領域的研究,也為其他領域的研究提供相應的數據支持。醫護人員也能通過查閱系統云端收集的數據,了解患者健康狀況的動態變化,對該疾病人群的發病特點、危險因素做出判斷,給予相應的干預措施,達到疾病預防或治療作用。推動設備智能化,以期未來可穿戴設備能做到自校準、自標定和自動補償功能,在自動采集數據、進行邏輯判斷和數據處理的同時,兼顧一定程度的存儲和信息處理功能。

4.4 優化VR干預 目前,VR干預譫妄的研究[6-7,33]較少,且結果存在差異。考慮可能是不同人群譫妄發生的影響因素不同,從單一的方面進行干預可能效果并不如意。這也從側面反映了譫妄是一類綜合征,是多因素作用的結果。未來研究可將VR作為多元策略中的一部分,結合早期運動、視聽覺輔助,降低譫妄的發生風險或嚴重程度。同時,不斷優化VR設備中存在的眩暈、技術費用高昂等問題,拓展其在譫妄領域的應用。

5 小結

可穿戴設備通過監測患者活動周期,提供一種客觀的方法衡量患者晝夜節律和身體活動模式的改變,可用于監測譫妄患者的睡眠質量或是譫妄及譫妄亞型的篩查,同時也能為未來評價譫妄的預防或治療方案的有效性提供客觀的數據,從而推動譫妄治療干預方法的改進與完善。隨著智能手表等可穿戴設備的更新換代和普及應用,患者入院前的數據信息可被采集,其活動數據可被導出,這些客觀的活動數據能夠為患者入院時提供可靠的基準。使用可穿戴設備監測譫妄患者的價值在于其非侵入性、連續長期的數據收集功能。未來仍需大樣本、高質量的研究,構建數據庫,開發出適用于可穿戴設備的譫妄算法,推動譫妄的預防或治療。