可穿戴技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展①

張文豪，李建軍，高峰，楊德剛，郭韻，劉長(zhǎng)彬，楊明亮，杜良杰，崔堯，李大鵬，張?chǎng)危虝?，張?/p>

可穿戴技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展①

張文豪1,2a,3,4，李建軍1,2a,3,4，高峰1,2a,3,4，楊德剛1,2a,3,4，郭韻1,2a,3,4，劉長(zhǎng)彬1,2a,3,4，楊明亮1,2a,3,4，杜良杰1,2a,3,4，崔堯1,2b,3,4，李大鵬1,2a,3,4，張?chǎng)?,2a,3,4，蔡暢1,2a,3,4，張潔1,2a,3,4

隨著科學(xué)技術(shù)和人工智能的興起和發(fā)展，可穿戴技術(shù)逐漸成為康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)?？纱┐骷夹g(shù)具有微型化、智能化和便捷化的特點(diǎn)，在神經(jīng)康復(fù)、骨科康復(fù)、脊髓損傷康復(fù)以及老年退行性疾病康復(fù)等領(lǐng)域有越來越廣泛的研究與應(yīng)用。該領(lǐng)域進(jìn)一步的研究方向可能是在保證動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)條件下的信號(hào)可靠性、可穿戴設(shè)備長(zhǎng)期使用的舒適性，以及基于個(gè)人隱私的數(shù)據(jù)安全性等。

可穿戴技術(shù)；康復(fù)；綜述

[本文著錄格式]張文豪，李建軍，高峰，等.可穿戴技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2017,23(7)：792-795.

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康復(fù)醫(yī)學(xué)也被稱為物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)(physical medicine and rehabilitation,PM&R)，是醫(yī)學(xué)的一個(gè)分支，旨在幫助功能障礙患者恢復(fù)或補(bǔ)償功能，提高生活質(zhì)量，增強(qiáng)回歸家庭和參與社會(huì)的能力[1]?？祻?fù)醫(yī)學(xué)是社會(huì)文明與進(jìn)步的產(chǎn)物，與保健醫(yī)學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)共同構(gòu)成現(xiàn)代醫(yī)學(xué)體系[2]。近年來，可穿戴技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用吸引了越來越多的關(guān)注。相對(duì)于由康復(fù)醫(yī)師和康復(fù)治療師進(jìn)行的康復(fù)與治療，利用可穿戴技術(shù)進(jìn)行的康復(fù)與治療更為精確，且不受康復(fù)師主觀因素的影響，能夠顯著提高康復(fù)治療的效果[3]。

可穿戴技術(shù)是近幾年提出的新概念。以往也存在可穿戴設(shè)備，如Holter等技術(shù)。目前國(guó)外的可穿戴技術(shù)相對(duì)完善[4]，與國(guó)外可穿戴技術(shù)的研究相比，我國(guó)起步相對(duì)較晚，但發(fā)展很快[5]。使用者可以通過可穿戴設(shè)備，全面、及時(shí)和專業(yè)地監(jiān)測(cè)和評(píng)估自身健康狀況，特別適用于一些需要長(zhǎng)期康復(fù)與治療的慢性病患者[6-7]。在康復(fù)與治療過程中，患者所有的康復(fù)數(shù)據(jù)都可以被采集，便于在線分析和離線記錄[3]。

1 可穿戴技術(shù)

20世紀(jì)60年代，美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室提出可穿戴技術(shù)，利用該技術(shù)可以把多媒體、傳感器以及無線通信等技術(shù)嵌入人們的衣著和配件中，可支持手勢(shì)和眼動(dòng)操作等多種交互方式[8]。隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能硬件的興起和發(fā)展，可穿戴技術(shù)及設(shè)備成為實(shí)驗(yàn)研究和產(chǎn)品開發(fā)的熱點(diǎn)。

可穿戴技術(shù)主要探索和創(chuàng)造能直接穿在身上或整合到用戶的衣服或配件的設(shè)備；可穿戴設(shè)備即為可以穿戴或佩戴在人身體上的設(shè)備的總稱，意為輔助人的便攜設(shè)備，是可穿戴技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式[9-10]。可穿戴設(shè)備不僅是一種硬件設(shè)備，更通過軟件支持以及數(shù)據(jù)交互、云端交互來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能，是一種介于消費(fèi)電子品和醫(yī)療器械之間、具有健康監(jiān)護(hù)功能的健康輔具。

新技術(shù)的應(yīng)用能夠提高醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。近年來，將可穿戴技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，如在醫(yī)院或家庭環(huán)境中對(duì)患者進(jìn)行健康監(jiān)護(hù)、精確給藥以及運(yùn)動(dòng)輔助等，已成為醫(yī)療創(chuàng)新的一個(gè)熱點(diǎn)方向，相關(guān)產(chǎn)品已從基礎(chǔ)研究逐漸應(yīng)用于臨床。2012年谷歌發(fā)布了一款穿戴式智能產(chǎn)品——谷歌眼鏡，引發(fā)世界高度關(guān)注，被稱作“智能可穿戴設(shè)備元年”；2013年，三星等公司紛紛推出可穿戴產(chǎn)品；2014年，蘋果公司發(fā)布了可穿戴式Apple Watch智能手表[11]。可穿戴技術(shù)不僅能為患者、運(yùn)動(dòng)員、兒童以及老年慢性病患者監(jiān)測(cè)生命體征，而且還能夠?yàn)槠h(yuǎn)地區(qū)提供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)[12-13]。可穿戴技術(shù)能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)和收集到的數(shù)據(jù)及生命體征反饋給用戶端，以有效地預(yù)防、診斷、治療和控制疾病[13]。

可穿戴技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用領(lǐng)域涉及早期診斷、功能康復(fù)、康復(fù)評(píng)定以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等，從發(fā)病早期到穩(wěn)定期、從家庭到醫(yī)院都有廣泛應(yīng)用，與康復(fù)工程結(jié)合也是近年來研究熱點(diǎn)之一[14]。雖然大量可穿戴技術(shù)目前處于基礎(chǔ)研究之中，但臨床應(yīng)用仍然相對(duì)較少[15]。

目前的康復(fù)醫(yī)療模式主要以康復(fù)醫(yī)師或治療師的手法操作為主，訓(xùn)練過程相對(duì)枯燥，效率很低且費(fèi)用昂貴；康復(fù)過程中，康復(fù)醫(yī)師或治療師的主觀意識(shí)及體力因素占據(jù)主導(dǎo)地位，不能充分調(diào)動(dòng)患者參與康復(fù)治療的主觀能動(dòng)性[16]。與傳統(tǒng)康復(fù)治療相比，可穿戴技術(shù)在主觀性和有效性等方面相對(duì)具有優(yōu)勢(shì)，它不僅可以減輕康復(fù)醫(yī)師和治療師的工作強(qiáng)度，還能夠改善康復(fù)效果；記錄的數(shù)據(jù)還可為康復(fù)評(píng)定、實(shí)時(shí)調(diào)整康復(fù)治療方案以及康復(fù)工程的深入研究提供客觀依據(jù)，從而使康復(fù)效果最大化，在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用前景[17]。

2 神經(jīng)康復(fù)

隨著中國(guó)進(jìn)入老齡化社會(huì)，心腦血管病發(fā)病率不斷上升，特別是腦卒中發(fā)病率約為84/10萬，死亡率和致殘率很高，約70%～80%患者留有不同程度的運(yùn)動(dòng)、感覺、言語(yǔ)、吞咽以及認(rèn)知功能障礙[18]。隨著醫(yī)學(xué)進(jìn)步，急性創(chuàng)傷(如顱腦損傷等)的幸存者也逐漸增多，增加了神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的數(shù)量[19]。

許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病都遺留有步態(tài)異常，有些典型異常步態(tài)對(duì)特定疾病有提示意義，步態(tài)分析有助于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷、治療和評(píng)估[20]。近年來，可穿戴式步態(tài)分析傳感器在腦卒中康復(fù)與治療領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展[21-22]?？纱┐魇讲綉B(tài)分析傳感器可以自動(dòng)識(shí)別腦卒中患者的步態(tài)參數(shù)，為康復(fù)與治療提供反饋信息；可穿戴技術(shù)也被當(dāng)作一種可靠和客觀的醫(yī)療設(shè)備，監(jiān)測(cè)獨(dú)立生存的腦卒中患者日?；顒?dòng)[23]。作為一種醫(yī)療工具，可穿戴式步態(tài)分析傳感器也可應(yīng)用于腦癱患者的術(shù)前治療計(jì)劃并且可以改變手術(shù)決策[24-25]。

此外，可穿戴技術(shù)還可應(yīng)用于監(jiān)測(cè)癲癇發(fā)作。斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員發(fā)明了一種可穿戴式智能手表，可以發(fā)現(xiàn)不同類型的癲癇發(fā)作，并將病情反饋給護(hù)理人員[26]。

3 骨科康復(fù)

骨科康復(fù)研究對(duì)骨科患者實(shí)施綜合性康復(fù)治療?，F(xiàn)代骨科康復(fù)學(xué)，其基本干預(yù)手段由手術(shù)治療、功能訓(xùn)練和康復(fù)輔具三者構(gòu)成，以康復(fù)為目標(biāo)，構(gòu)成內(nèi)容主要為手術(shù)性治療與非手術(shù)性治療兩方面[27]。

在臨床診斷方面，Turcot等[28]基于加速度傳感器和陀螺儀發(fā)明了一種可穿戴式步態(tài)分析傳感器，這種設(shè)備可以在無癥狀人群中區(qū)分膝內(nèi)側(cè)骨關(guān)節(jié)炎患者。

目前骨關(guān)節(jié)炎的治療方法主要為基于運(yùn)動(dòng)療法的康復(fù)治療[29]。運(yùn)動(dòng)療法可使患者減少疼痛，增強(qiáng)關(guān)節(jié)功能和生活質(zhì)量[30]。然而多數(shù)骨關(guān)節(jié)炎患者不能長(zhǎng)期遵守康復(fù)計(jì)劃，從而影響和降低運(yùn)動(dòng)療法的效果[31]。Papi等[32]開發(fā)了一種可穿戴式膝關(guān)節(jié)監(jiān)測(cè)裝置來監(jiān)測(cè)骨關(guān)節(jié)炎患者的膝關(guān)節(jié)功能狀態(tài)。

多數(shù)骨科患者有異常運(yùn)動(dòng)模式。美國(guó)猶他大學(xué)的研究者發(fā)明了一種可穿戴式智能鞋，可以顯著改善下肢骨折和髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者的異常運(yùn)動(dòng)模式[13]。

手功能康復(fù)也是骨科康復(fù)的重要部分。Cempini等[33]發(fā)明了一種可穿戴式外骨骼手，以改善患者的手功能，并且具有舒適性、耐磨性以及安全性高等特點(diǎn)。

4 脊髓損傷康復(fù)

脊髓損傷是一種高發(fā)生率、高死亡率、高致殘率以及高耗費(fèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病[34-36]，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)感覺功能以及自主神經(jīng)功能障礙[37]。脊髓損傷后神經(jīng)元的再生與修復(fù)機(jī)制極其復(fù)雜，加強(qiáng)脊髓損傷后修復(fù)與重建研究具有重要的價(jià)值和意義[38]。對(duì)于脊髓損傷目前尚無有效治愈方法，脊髓損傷的修復(fù)和神經(jīng)功能重建是困擾醫(yī)學(xué)界的核心問題[39]。

大多數(shù)脊髓損傷患者存在下肢功能障礙，輪椅對(duì)于下肢功能障礙的脊髓損傷患者是一種必需的移乘工具[40]；但地形和空間障礙常限制輪椅的實(shí)用性，往往需要患者自主步行運(yùn)動(dòng)[41]。針對(duì)脊髓損傷患者下肢功能障礙，Sale等[42]發(fā)明了一種可穿戴式外骨骼機(jī)器人，步態(tài)分析和臨床評(píng)估顯示，這種設(shè)備可以改善患者下肢功能，可以讓脊髓損傷患者站起來，在定義模式下行走，甚至在被動(dòng)關(guān)節(jié)活動(dòng)度的基礎(chǔ)上爬樓梯[43-44]。

雖然輪椅對(duì)于下肢功能障礙的脊髓損傷患者是一種必需的移乘工具，但是久坐輪椅和長(zhǎng)期臥床會(huì)引發(fā)一些并發(fā)癥，如壓瘡等。壓瘡久治不愈可并發(fā)骨髓炎、敗血癥和低蛋白血癥等并發(fā)癥[45]，給患者帶來嚴(yán)重身心危害。研究人員根據(jù)身體不同部位所需的血流量、氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不同，制作出可穿戴式智能服裝，這種服裝配備一組電極，能夠溫和沖擊身體的特定部位，以增加血流量，極大減少壓瘡風(fēng)險(xiǎn)[13]。

5 老年退行性疾病康復(fù)

目前我國(guó)60歲以上老齡人口已超過1.26億，據(jù)世界衛(wèi)生組織預(yù)測(cè)，到2020年我國(guó)老齡人口將達(dá)到2.5億以上，我國(guó)正加速進(jìn)入老齡化社會(huì)。老齡人口易罹患阿爾茨海默病、帕金森病等退行性疾病。越來越多的學(xué)者開始關(guān)注可穿戴技術(shù)在家庭和社區(qū)中老年退行性疾病患者中的應(yīng)用[14]。此類產(chǎn)品大多集中在測(cè)量心電圖、心率、呼吸以及血壓等生理參數(shù)，并對(duì)睡眠、跌倒以及安全定位等不良因素進(jìn)行報(bào)警。

阿爾茨海默病是一種起病隱匿、漸進(jìn)性進(jìn)展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，臨床以記憶障礙、失認(rèn)、失語(yǔ)、失用、執(zhí)行功能障礙以及人格和行為改變等全面性癡呆表現(xiàn)為主要特征[46]。美國(guó)GTX與Aetrex制鞋公司聯(lián)合研發(fā)了一種定位鞋子，內(nèi)嵌GPS芯片，特別適合阿爾茨海默病患者使用，以防其走失[47]。

帕金森病是另一種常見的老年退行性疾病，患病率在發(fā)達(dá)國(guó)家約占人口的0.3%，在超過60歲的人群中約占1%，目前臨床尚無系統(tǒng)有效的治療措施[48]。帕金森病通常表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)障礙，如靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)緩慢、步態(tài)困難以及肢體僵硬等，步態(tài)分析被證實(shí)是診斷這種疾病的最可靠方法[49]，運(yùn)用可穿戴式步態(tài)分析傳感器可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)帕金森病患者的步態(tài)[50]，有助于康復(fù)與治療。凍結(jié)步態(tài)是帕金森病患者經(jīng)常出現(xiàn)的突然性行走邁步障礙。以色列人設(shè)計(jì)的Gait-Assist通過置于腳踝上的加速度傳感器，自動(dòng)檢測(cè)患者是否存在凍結(jié)步態(tài)，進(jìn)而幫助患者糾正和克服凍結(jié)步態(tài)[9]。

此外，可穿戴技術(shù)應(yīng)用于助聽器[51]、心臟康復(fù)[13]、肺康復(fù)[7]等領(lǐng)域。近年來，雖然關(guān)于可穿戴技術(shù)的大多數(shù)研究致力于疾病的康復(fù)與治療，基于預(yù)防和早期診斷的可穿戴技術(shù)也正變得越來越活躍。

6 總結(jié)及展望

可穿戴技術(shù)具有微型化、智能化和便捷化的特點(diǎn)，為康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步提供新思路、新方法與新技術(shù)，在康復(fù)醫(yī)學(xué)的神經(jīng)康復(fù)、骨科康復(fù)、脊髓損傷康復(fù)以及老年退行性疾病康復(fù)等領(lǐng)域有越來越廣泛地研究與應(yīng)用。

迄今為止，可穿戴技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用報(bào)道仍相對(duì)有限。作為一種新型技術(shù)，可穿戴技術(shù)尚有一些不足之處需要解決，如可穿戴技術(shù)的大眾化、便于應(yīng)用且不干預(yù)日常生活[13,52-53]。該領(lǐng)域進(jìn)一步的研究方向可能是如何保證動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)條件下的信號(hào)可靠性、可穿戴設(shè)備長(zhǎng)期使用的舒適性以及基于個(gè)人隱私的數(shù)據(jù)安全性等[9]。

隨著新型傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)和低功耗芯片技術(shù)等創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，將可穿戴技術(shù)與傳統(tǒng)的康復(fù)理念和康復(fù)工程相結(jié)合，家庭康復(fù)和社區(qū)康復(fù)將更加有效[54]。我們相信可穿戴技術(shù)在未來會(huì)成為康復(fù)醫(yī)學(xué)的重要支撐，廣泛應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)療實(shí)踐中，進(jìn)而影響康復(fù)醫(yī)療模式，從而促進(jìn)康復(fù)醫(yī)學(xué)事業(yè)發(fā)展。

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Progress of Wearable Technology in Rehabilitation Medicine(review)

ZHANG Wen-hao1,2a,3,4,LI Jian-jun1,2a,3,4,GAO Feng1,2a,3,4,YANG De-gang1,2a,3,4,GUO Yun1,2a,3,4,LIU Chang-bin1,2a,3,4, YANG Ming-liang1,2a,3,4,DU Liang-jie1,2a,3,4,CUI Yao1,2b,3,4,LI Da-peng1,2a,3,4,ZHANG Xin1,2a,3,4,CAI Chang1,2a,3,4,ZHANG Jie1,2a,3,4
1.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine,Beijing 100068,China;2.a.Department of Spinal and Neural Function Reconstruction;b.Hydrotherapy Room,China Rehabilitation Research Center,Beijing Bo'ai Hospital,Beijing 100068,China;3.Center of Neural Injury and Repair,Beijing Institute for Brain Disorders,Beijing 100068,China;4.Beijing Key Laboratory of Neural Injury and Rehabilitation,Beijing 100068,China

LI Jian-jun.E-mail：crrc100@163.com

With the development of science and technology,and the emergence of artificial intelligence,wearable technology is becoming a hot topic in the field of rehabilitation medicine.Wearable technology is characterized by miniaturization,intelligency and convenience, and has been widely researched and applied in many fields,such as neurological rehabilitation,orthopaedic rehabilitation,spinal cord injury rehabilitation and rehabilitation for senile degenerative diseases.The further research may focus on the reliability of signals under dynamic monitoring,the comfortable feeling during long-term use of wearable devices,the data security based on personal privacy,and so on.

wearable technology;rehabilitation;review

R496

A

1006-9771(2017)07-0792-04

2017-01-20

2017-03-10)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.07.011

1.國(guó)家養(yǎng)老服務(wù)體系建設(shè)應(yīng)用型科研項(xiàng)目(No.FYZL-2011-21)；2.中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(No.2015CZ-6)。

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市100068；2.中國(guó)康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院，a.脊柱脊髓神經(jīng)功能重建科；b.理療科水療室，北京市100068；3.北京腦重大疾病研究院神經(jīng)損傷與修復(fù)研究所，北京市100068；4.北京市神經(jīng)損傷與康復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市100068。作者簡(jiǎn)介：張文豪(1991-)，男，漢族，河南柘城縣人，碩士研究生，主要研究方向：康復(fù)醫(yī)學(xué)、脊柱脊髓損傷的康復(fù)與治療。通訊作者：李建軍，男，漢族，教授，主任醫(yī)師，博士生、博士后導(dǎo)師，主要研究方向：康復(fù)醫(yī)學(xué)、康復(fù)教育、骨科及脊柱脊髓損傷的康復(fù)與治療。E-mail：crrc100@163. com。