可穿戴傳感器在老年人功能狀態(tài)評估中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

梁 燕，梁 鴻

（1.復(fù)旦大學(xué)護(hù)理學(xué)院,上海 200032；2.復(fù)旦大學(xué)社會發(fā)展與公共政策學(xué)院）

隨著人口結(jié)構(gòu)變化，老年人口增多，健康老齡化成為重要的社會目標(biāo)之一。老齡化帶來的功能下降會導(dǎo)致老年人身體和精神功能喪失，而早期識別老年人功能狀態(tài)改變有利于護(hù)理人員采取有效干預(yù)手段，降低老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)，幫助老年人維持生活自理能力。在“在地老化（aging in place）”理念日益盛行的背景下，如何精準(zhǔn)、高效地對社區(qū)居家老年人功能狀態(tài)進(jìn)行評估，成為亟待解決的問題。傳統(tǒng)依靠人力進(jìn)行的功能狀態(tài)評估的方法耗費(fèi)時間較長，人力資源需求較大且客觀性不足，隨著信息技術(shù)發(fā)展，國外老年人功能狀態(tài)評估開始借助技術(shù)以達(dá)到擴(kuò)展評估維度，增加評估頻次，實(shí)現(xiàn)長期、持續(xù)監(jiān)測的目的。本研究圍繞可穿戴傳感器在老年人功能狀態(tài)評估中的應(yīng)用及研究進(jìn)行綜述，以期為臨床護(hù)理實(shí)踐和科學(xué)研究提供參考和借鑒。

1 老年人功能狀態(tài)評估的現(xiàn)狀和問題

老年人功能狀態(tài)評估是一個廣義概念，包括老年評估、老年人日常生活活動能力和工具性日常生活活動能力評估等。其中，老年評估（geriatric assessment）指利用設(shè)計(jì)良好的工具，明確與功能和認(rèn)知下降相關(guān)的早期改變。其按照評估內(nèi)容通常包括對老年人功能能力、身體健康狀況、認(rèn)知和心理健康、社會環(huán)境的評估[1-2]；按照評估目的通常包括老年綜合評估[3]和老年人失能等級評估[4]，前者旨在確定老年人在醫(yī)學(xué)、精神心理、社會行為、環(huán)境及其功能狀態(tài)方面所具有的能力和存在的問題，進(jìn)而為老年人制定一個綜合協(xié)調(diào)的、短期或長期的診療、康復(fù)和照護(hù)計(jì)劃，后者更注重給出評定等級。

1.1 老年綜合評估 多數(shù)老年綜合評估發(fā)生在醫(yī)院等醫(yī)療專業(yè)場所。但理想狀態(tài)下，評估應(yīng)該發(fā)生在老年人家里甚至在日常生活中進(jìn)行。這是由于醫(yī)護(hù)人員采取評估行動能力的標(biāo)準(zhǔn)化醫(yī)學(xué)測試時（如計(jì)時起立行走、30 s 椅子站立測試、4 階段平衡測試等），評估對象可能在醫(yī)護(hù)人員面前加倍努力，從而顯示出人為的夸張表現(xiàn)；也可能因測試焦慮或其他因素顯示出不如平時的表現(xiàn)[5]。其原理可依據(jù)海森堡不確定原則（the Heisenberg uncertainty principle）予以解釋，該理論認(rèn)為系統(tǒng)的測量在不影響系統(tǒng)本身的情況下是無法做到的，用其來解釋老年人行動能力評估，則提示在實(shí)驗(yàn)室或臨床環(huán)境下做出的測試無法完全反應(yīng)日?，F(xiàn)實(shí)。

1.2 老年人失能等級評估 老年人失能等級評估正成為國內(nèi)學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。2016 年6 月，國家人力資源和社會保障部下發(fā)《關(guān)于開展長期護(hù)理保險(xiǎn)制度試點(diǎn)的指導(dǎo)意見》，探索建立社會保障五險(xiǎn)之外的“第六大獨(dú)立險(xiǎn)種”——長期護(hù)理保險(xiǎn)。長期護(hù)理失能等級評估工具作為該制度設(shè)計(jì)的第一步[6-8]，不僅關(guān)系到長期護(hù)理保險(xiǎn)受益人群的認(rèn)定[9]，也關(guān)系到護(hù)理服務(wù)內(nèi)容制定、基金財(cái)務(wù)規(guī)模及制度的長遠(yuǎn)運(yùn)行[10]。但就目前而言，對失能老年人的精準(zhǔn)評估還是制約我國制度發(fā)展的重要瓶頸[4,7]，長期護(hù)理保險(xiǎn)評估或失能老年人評估均包括了對老年人日常生活活動能力（ADL）的評估，尤其在國內(nèi)長期護(hù)理保險(xiǎn)試點(diǎn)城市，廣泛采用日常生活活動能力評估量表或巴氏量表（Barthel Index，BI）來評定失能老年人功能狀態(tài)[8]。這些量表雖然簡易成熟，但在操作過程中主觀性較強(qiáng)[7-8]，且受道德風(fēng)險(xiǎn)、社會文化因素和系統(tǒng)偏差影響，評估中一些基于詢問或提問的條目，如日常生活活動能力量表和巴氏量表中“您能否自己吃飯？能否自己穿衣？”等條目可能因?yàn)樵u估對象期望享受長期護(hù)理險(xiǎn)待遇而產(chǎn)生道德風(fēng)險(xiǎn)。此外，受社會文化因素影響，一些老年人不愿意承認(rèn)自己做不到，尤其在面臨“您大小便能否自己控制？”等問題時不能如實(shí)回答，也可能影響評估結(jié)果的客觀性，無法滿足老年人失能等級評估的質(zhì)量要求。

2 可穿戴傳感器在老年人功能狀態(tài)評估中的具體應(yīng)用

可穿戴設(shè)備為實(shí)現(xiàn)老年人居家及日常環(huán)境中的身體活動持續(xù)監(jiān)測提供了可能，監(jiān)測數(shù)據(jù)為老年精準(zhǔn)評估提供了輔助信息。

2.1 評估身體衰弱情況 Zhong 等[11]選取50 名50 歲以上社區(qū)老年人，事先經(jīng)過評估將其分為未衰弱組和衰弱前組，通過為其佩戴智能手環(huán)，研究者分析了兩組老年人步態(tài)參數(shù)差異。Lee 等[12]借助手環(huán)對醫(yī)院臥床病人進(jìn)行20 s 手肘快速伸展測試，提出自動鑒別病人衰弱亞型的算法。Zhou 等[13]借助計(jì)算機(jī)任務(wù)追蹤平臺，讓不同衰弱類型的受試者踝關(guān)節(jié)佩戴傳感器后在電腦屏幕前站立，并通過旋轉(zhuǎn)踝關(guān)節(jié)完成電腦上的虛擬任務(wù)，其在進(jìn)一步分析監(jiān)測數(shù)據(jù)后實(shí)現(xiàn)了衰弱亞型的自動辨別。

2.2 評估行動/移動情況 老年人的生活質(zhì)量與其行動/移動（mobility）密切相關(guān)。在行動能力方面，評估者常采用計(jì)時起立行走（time up and go，TUG）和簡易體能狀況表現(xiàn)量表（Short Physical Performance Battery，SPPB）進(jìn)行評估，這2 個測試涉及的內(nèi)容與跌倒風(fēng)險(xiǎn)、未來的失能、護(hù)理院入院、認(rèn)知癥以及其他重要的健康結(jié)局相關(guān)。但研究對象的受試表現(xiàn)也會受到主觀因素影響，因此無法完全反映真實(shí)的日常生活活動能力。而借助傳感器監(jiān)測，可以提高老年人行動狀態(tài)評估的準(zhǔn)確性，并能與傳統(tǒng)評估量表之間建立聯(lián)系，方便在不同場景下選擇不同工具，并對結(jié)果進(jìn)行比較。如Iluz 等[14]持續(xù)3 d 監(jiān)測3 類人群（年輕人、普通老年人以及有跌倒史的老年人）在日常生活中“坐-走”“走-坐”轉(zhuǎn)換情況，對實(shí)時數(shù)據(jù)特征進(jìn)行分析，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法評估、區(qū)分3 類人群后，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確率高于傳統(tǒng)試驗(yàn)室評估。Reiter 等[15]報(bào)道了借助傳感器和錄像對醫(yī)院重癥監(jiān)護(hù)室臥床病人活動分析的結(jié)果，建立了傳感器數(shù)據(jù)和ICU 活動量表之間的聯(lián)系。Zhang 等[16]報(bào)道了通過傳感器數(shù)據(jù)分析椅子上升運(yùn)動（chair rise）峰值功率和臨床測試結(jié)果之間的相關(guān)性。Regterschot等[17]調(diào)查基于傳感器的“坐到站（sit-to-stand，STS）”數(shù)據(jù)，分析了其與老年人臨床功能狀態(tài)測試結(jié)果之間的相關(guān)性。這些探索性研究為后續(xù)自動監(jiān)測和評估，節(jié)約人力、提升效率帶來可能。

2.3 評估跌倒風(fēng)險(xiǎn)和跌倒行為 Aicha 等[18]利用老年人傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)庫信息，比較了3 種深度學(xué)習(xí)模型[卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（convolutional neural network，CNN）、長短期記憶（long short-term memory，LSTM）以及這兩種混合模型（ConvLSTM）]同基準(zhǔn)模型的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：深度學(xué)習(xí)模型，尤其是多任務(wù)學(xué)習(xí)，能有效地基于傳感器信息評估跌倒風(fēng)險(xiǎn)。Lee 等[19]對傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度信息熵分析（the multiscale entropy，MSE），對身體平衡狀態(tài)進(jìn)行定量評價，并將評價結(jié)果同現(xiàn)有臨床評價方法進(jìn)行比較，為利用監(jiān)測數(shù)據(jù)自動判定跌倒行為提供了參考。Greene 等[20]將傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)和臨床測試結(jié)果相結(jié)合，使跌倒風(fēng)險(xiǎn)分類準(zhǔn)確率由單獨(dú)依靠傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)或臨床測試時的73.6%和68.8%上升為76.0%。Sun 等[21]利用傳感器技術(shù)對老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)評估，結(jié)果顯示：傳感器技術(shù)可以提供準(zhǔn)確、價格低廉、易操作的跌倒風(fēng)險(xiǎn)評估。但由于測量參數(shù)、評估工具、傳感器位置、移動任務(wù)以及模型技術(shù)的差異，在預(yù)測未來跌倒能力方面還需進(jìn)一步研究。

2.4 評估日常生活活動情況 老年人日常生活活動測量的常用方法是利用老年身體活動量表（Physical Activity Scale for the Elderly，PASE）、國際身體活動問卷（the International Physical Activity Questionnaire，IPAQ）[22]進(jìn)行自我報(bào)告，這種方法常因回憶偏差或社會期望而出現(xiàn)偏差。為此，有研究者使用項(xiàng)鏈?zhǔn)降膫鞲衅鞅O(jiān)測衰弱和非衰弱老年人的日常身體活動情況，通過讓被試者執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化動作方案以及自由活動，比較了基于腿部活動時間（time-on-legs，TOL）和基于狀態(tài)分類時間（包括躺、坐、站、走）2 種算法在判斷衰弱和非衰弱老年人時的敏感度、具體性和一致率[23]，結(jié)果顯示：項(xiàng)鏈傳感器和基于腿部活動時間的算法，在判斷衰弱和非衰弱老年人的居家身體活動時是可接受的、有效的評估工具；而基于狀態(tài)分類對步態(tài)和姿勢的評估需要進(jìn)一步研究。Ayachi 等[24]開發(fā)了基于傳感器信息和具體時間點(diǎn)事件的算法，針對日常生活活動相關(guān)任務(wù)進(jìn)行自動分段，為進(jìn)一步判斷老年人行動類型亞型奠定了基礎(chǔ)。

2.5 評估具體疾病中的行動情況 Ma 等[25]借助傳感器信息建立分類算法后發(fā)現(xiàn)：可穿戴傳感器對青光眼病人步態(tài)特征的分辨準(zhǔn)確率高于10 m 步行測試。Ojeda 等[26]將傳感器放置在脊髓損傷病人上肢、手腕和輪椅底部不同位置，評估使用輪椅的人群上肢移動情況后認(rèn)為，借助傳感器監(jiān)測病人上肢對輪椅的推力，可以為監(jiān)測輪椅使用者上肢疼痛和預(yù)防受傷提供參考。

3 傳感器監(jiān)測、判斷老年人運(yùn)動狀態(tài)的信效度

傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)可以用來判斷老年人身體姿勢（如躺、坐或站）、姿勢轉(zhuǎn)換（例如從坐到站）以及其他有目的的活動（如移動或步行）狀態(tài)。為檢驗(yàn)應(yīng)用傳感器監(jiān)測、判斷不同活動狀態(tài)的效度，研究者通常將基于傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)與觀察[27-28]、錄像[29]、其他傳感器數(shù)據(jù)[30]或研究對象的自我報(bào)告[17]進(jìn)行比較，也有研究通過重復(fù)測量重癥病人的記步數(shù)來檢驗(yàn)傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)的信度[31]。

3.1 身體姿勢或姿勢轉(zhuǎn)換 研究顯示：在老年人或腦卒中病人大腿部位放置傳感器，基于傳感器數(shù)據(jù)判斷佩戴者靜坐（躺或坐）或站立的時間，同錄像中得出的結(jié)果一致[32]。當(dāng)放置組合傳感器時，可以區(qū)別躺和坐[32]，其準(zhǔn)確率分別為98.3%（區(qū)間為90.81%～100.00%）和96.9%（區(qū)間為95.28%～98.61%）[33]。而在大腿和胸骨部位同時放置傳感器，可以區(qū)分從躺到坐、從坐到站的姿勢轉(zhuǎn)換[33]。

3.2 活動強(qiáng)度 有研究者采用手環(huán)監(jiān)測數(shù)據(jù)評價3種活動強(qiáng)度測量模式[過零檢測模式（zero crossing mode，ZCM）、時間閾值模式（time above threshold mode，TATM）、數(shù)字積分模式（proportional integrated mode，PIM）]之間是否存在差異，結(jié)果顯示：3 種模式在評價有認(rèn)知癥的老年人的活動強(qiáng)度方面沒有差異；ZCM 和TATM 模式在評價腹部大手術(shù)后病人的活動強(qiáng)度時，跟病人自我報(bào)告結(jié)果的一致性為80%（標(biāo)準(zhǔn)差為12%）；PIM、ZCM 或TATM 模式在監(jiān)測重癥監(jiān)護(hù)室病人的活動頻率和持續(xù)時間時，與觀察得到的結(jié)果的一致性分別為76%（區(qū)間為40%～100%）和66%（區(qū)間為40%～80%）[34]。有研究者認(rèn)為：基于單一傳感器監(jiān)測到的活動強(qiáng)度數(shù)據(jù)判斷重癥監(jiān)護(hù)室病人是否發(fā)生某項(xiàng)具體活動（如起床）存在困難，其主要原因是重癥監(jiān)護(hù)室病人活動受限，被動的肢體運(yùn)動和翻身較多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)收集受限[35]。

3.3 計(jì)步 有研究者將商用傳感器，如Actigraph GT3X+，StepWatch 3.0 和AMP 331 佩戴在老年住院病人的踝關(guān)節(jié)處，通過與觀察得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)傳感器在計(jì)步方面有很好的效果[28]。

4 小結(jié)

信息技術(shù)的發(fā)展為老年人功能狀態(tài)評估提供了新方法和手段。具體應(yīng)用包括借助可穿戴傳感器評估身體衰弱情況、評估行動/移動情況、評估跌倒風(fēng)險(xiǎn)和跌倒行為、評估日常生活活動情況、評估具體疾病中的行動情況等；且其在身體姿勢或姿勢轉(zhuǎn)換、活動強(qiáng)度、計(jì)步等方面的監(jiān)測、判斷信效度較好。而如何針對不同老年群體特點(diǎn)，在具體場景中開展可靠、有效的評估，形成評估算法體系以及如何將老年人功能狀態(tài)評估與后續(xù)護(hù)理服務(wù)相結(jié)合，是以后研究需要重點(diǎn)突破的地方。