可穿戴式生命體征監(jiān)測設備的圍手術(shù)期應用

孫 琛，裴麗堅，車 璐，張越倫，黃宇光

中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 北京協(xié)和醫(yī)院麻醉科，北京 100730

患者圍手術(shù)期死亡問題一直備受關(guān)注，術(shù)后30 d內(nèi)死亡率一直居高不下。研究表明，美國大手術(shù)后30 d內(nèi)死亡率高達1%，比術(shù)中高1000倍，其中年齡≥45歲的住院患者占2%，初次住院患者占50%[1]。2006年美國疾病預防與控制中心年度死亡表中前3位死亡原因為心臟疾病、惡性腫瘤和腦血管疾病[1]。而Semel等[2]發(fā)現(xiàn)，同年美國外科手術(shù)患者中有189 690例術(shù)后30 d內(nèi)死亡。圍手術(shù)期死亡已超過腦血管疾病死亡，成為第三大死亡原因[3]。圍手術(shù)期連續(xù)生命體征的動態(tài)監(jiān)測有助于幫助醫(yī)護人員早期發(fā)現(xiàn)病情變化并及時干預，對降低圍手術(shù)期死亡率至關(guān)重要。隨著技術(shù)的發(fā)展，可穿戴式設備有望實現(xiàn)這一愿景。本文對圍手術(shù)期生命體征監(jiān)測現(xiàn)狀及可穿戴式生命體征監(jiān)測設備在圍手術(shù)期的應用進行綜述。

1 加強外科術(shù)后患者生命體征監(jiān)測迫在眉睫

絕大多數(shù)術(shù)后死亡與術(shù)后出血、心腦血管并發(fā)癥、呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥、術(shù)后感染等相關(guān)[4]，而低血壓、高血壓、低氧血癥、發(fā)熱等術(shù)后常見的臨床表現(xiàn)往往是上述并發(fā)癥的早期征象[5]。然而，由于缺乏對脈搏、血壓、呼吸頻率、核心體溫、意識水平等足夠的監(jiān)測與重視，這些生命體征傳遞出的信息往往被忽視，以致未能及時發(fā)現(xiàn)病情的惡化[6]。2019年一項針對312例腹部大手術(shù)的前瞻性隊列研究結(jié)果顯示，24%的患者術(shù)后平均動脈壓(mean arterial pressure,MAP)≤70 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)，持續(xù)至少30 min；47%的患者術(shù)后出現(xiàn)MAP≤65 mm Hg且持續(xù)至少15 min，其中近50%在常規(guī)術(shù)后無創(chuàng)動脈血壓監(jiān)測中(每4小時監(jiān)測一次)被忽視；7%的患者出現(xiàn)MAP>130 mm Hg且持續(xù)至少30 min，其中96%在常規(guī)監(jiān)測中被忽視[7]。Sun等[8]的研究則發(fā)現(xiàn)，超過30%的患者非心臟手術(shù)后出現(xiàn)血氧飽和度<90%且持續(xù)1 h以上，其中90%在常規(guī)術(shù)后血氧飽和度監(jiān)測中被忽視。

過去幾十年中，疾病診治取得了重大進展，外科手術(shù)患者也發(fā)生了明顯變化。一方面，日間手術(shù)的飛速發(fā)展使得越來越多“相對健康”的患者不再需要住院治療；另一方面，隨著醫(yī)療技術(shù)提高以及人口老齡化的加重，越來越多的老年患者或病情危重、合并多種基礎疾病的患者有機會接受手術(shù)治療。然而，醫(yī)護人員對于患者生命體征的監(jiān)測強度相對不足，特別是近期接受手術(shù)以及從重癥監(jiān)護病房轉(zhuǎn)回普通病房的患者。從重癥監(jiān)護病房一對一，到普通病房一對多，再到出院后幾乎完全失去護理與監(jiān)測，患者的護理強度和監(jiān)測頻率逐漸下降。病房護士必須優(yōu)先照顧病情更重的患者，在大多數(shù)病房，由于受到護士人數(shù)和經(jīng)費的嚴重限制[9]，1名護士輪班(每8 h一次)只進行一次生命體征測量。

此外，隨著醫(yī)療水平的提高，特別是加速康復外科(enhanced recovery after surgery,ERAS)理念的普及，患者可更早康復出院，但術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率并未減少。Rollins等[10]在一項納入了23項研究、2099例行擇期腹部大手術(shù)患者的Meta分析中指出，包含目標導向液體治療在內(nèi)的ERAS管理與縮短住院時間、加速術(shù)后胃腸功能恢復呈正相關(guān)，但術(shù)后死亡率、腸梗阻發(fā)生率等與對照組比較差異無統(tǒng)計學意義。北京協(xié)和醫(yī)院胰腺外科團隊[11]比較了胰十二指腸切除術(shù)后ERAS組與對照組患者的康復情況發(fā)現(xiàn)了相似結(jié)果，ERAS組的術(shù)后胃管拔除時間、恢復流食時間及住院時間均明顯縮短，胃排空障礙明顯少于對照組，但總并發(fā)癥發(fā)生率、胰瘺、膽瘺、出血、感染(包括腹腔感染、肺部感染、膽道感染、泌尿系感染、肝膿腫、切口感染)、二次入院、二次手術(shù)及死亡率等兩組間并無統(tǒng)計學差異。雖然早期康復可能與更好的預后相關(guān)，但患者更早出院也意味著許多術(shù)后并發(fā)癥將在缺乏實時監(jiān)測、無法及時干預的家庭環(huán)境中出現(xiàn)。

2 外科術(shù)后生命體征連續(xù)動態(tài)監(jiān)測的可行性

加強對生命體征的監(jiān)測，識別病房或家庭環(huán)境中患者生命體征的動態(tài)變化，早期發(fā)現(xiàn)病情惡化并及時干預，實現(xiàn)早診斷、早治療，對于預防術(shù)后并發(fā)癥所致的死亡和殘疾至關(guān)重要。目前可穿戴式生命體征監(jiān)測設備已實現(xiàn)無論在病房還是家中，均可對患者血壓、脈搏、呼吸、核心體溫等進行實時監(jiān)測[12-13]。隨著生物技術(shù)和計算機技術(shù)等的發(fā)展，還會有更便捷、精確、可監(jiān)測更多指標的連續(xù)監(jiān)測設備問世[14]。

下文以醫(yī)療相關(guān)感染(health care-associated infection,HAI)為例分析術(shù)后連續(xù)生命體征監(jiān)測的預警作用及可行性。

HAI是外科大手術(shù)后常見且嚴重的并發(fā)癥，是指由某種感染性物質(zhì)或其產(chǎn)生的毒素介導的局部或全身感染狀態(tài)，在治療前無感染證據(jù)[15]，可導致住院時間延長、二次入院、二次手術(shù)等，且可能造成永久性殘疾甚至死亡[16]。根據(jù)感染累及部位不同，HAI可分為多種類型，以手術(shù)部位感染(surgical site infection，SSI)、中心靜脈導管相關(guān)性血流感染(central line-associated bloodstream infection，CLABSI)、尿管相關(guān)尿路感染(catheter-associated urinary tract infection，CAUTI)、難辨梭菌感染和肺炎(pheumonia,PNEU)(包括院內(nèi)獲得性肺炎、醫(yī)療相關(guān)性肺炎或呼吸機相關(guān)性肺炎)最為常見，約占其總量的85%[17]。對北京協(xié)和醫(yī)院320例腹盆腔大手術(shù)患者術(shù)后HAI發(fā)生率的前期調(diào)查結(jié)果顯示(待發(fā)表)，共58例患者出現(xiàn)HAI，總體發(fā)生率為18.13%，其中SSI 46%、PNEU 19%、CAUTI 5%、CLABSI 2%、難辨梭菌感染2%、多重感染26%，部分患者因SSI導致二次手術(shù)、發(fā)生遠期不良預后甚至死亡，與現(xiàn)有研究結(jié)果一致。

目前國內(nèi)外針對HAI預防的研究主要集中在手衛(wèi)生綜合預防措施與HAI高危人群術(shù)前識別靜態(tài)模型的建立。然而，一方面，實施手衛(wèi)生綜合預防措施并不能顯著降低HAI的發(fā)生率[18]；另一方面，現(xiàn)有的預測模型，例如美國國家外科質(zhì)量改進項目風險計算器、澳大利亞臨床風險指數(shù)、美國國家醫(yī)院感染監(jiān)測風險指數(shù)等，是根據(jù)術(shù)前合并癥、實驗室檢測等進行術(shù)后HAI風險預測，此類模型利于識別卻很難干預，而且忽視了手術(shù)麻醉本身對HAI的影響，亦難以提出改進措施[19-22]。

外科手術(shù)后發(fā)熱十分普遍，且患者術(shù)后前幾天體溫通常高于38 ℃。多數(shù)術(shù)后早期發(fā)熱雖為術(shù)后炎癥刺激所致，但也可能是HAI的預警。連續(xù)動態(tài)體溫監(jiān)測可反映患者發(fā)熱全貌，有助于對發(fā)熱原因進行判斷[23-24]。Drewry等[24]研究表明，連續(xù)核心體溫曲線顯示出的異常體溫曲線圖可對ICU患者是否出現(xiàn)Sepsis作出預判。Yilmaz等[25]研究則表明，最低術(shù)后MAP與感染之間呈顯著負相關(guān)。

近年來，機器學習相繼在各大領(lǐng)域興起，已廣泛應用于自然語言處理、視頻圖像處理、語音信號處理等領(lǐng)域，并在臨床醫(yī)學領(lǐng)域也有了初步應用。相比傳統(tǒng)醫(yī)學統(tǒng)計學方法，機器學習能夠更好地模擬和檢測隨時間動態(tài)變化的時序型數(shù)據(jù)的長期依賴關(guān)系，更加適用于圍手術(shù)期連續(xù)動態(tài)變化的生命體征監(jiān)測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過可穿戴式連續(xù)監(jiān)測設備上傳至中繼站，繼而傳輸至醫(yī)院服務器，再通過醫(yī)院服務器反饋至病房中央監(jiān)測站和/或移動監(jiān)測設備，供醫(yī)護人員進行處理與整合(圖1)。這為我們提供了新的思路，即利用可穿戴式生命體征監(jiān)測裝置，結(jié)合機器學習數(shù)據(jù)處理方法，將患者圍手術(shù)期的連續(xù)生命體征數(shù)據(jù)(脈搏、血壓、呼吸頻率、核心體溫、意識水平)以及臨床資料(如傷口視覺評估、進行性呼吸急促)、實驗室檢測(如血氣分析)、影像學檢查(如CT)等多種數(shù)據(jù)整合、分析，尋找其關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建術(shù)后并發(fā)癥或其他風險預測模型，從而實現(xiàn)疾病的早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療，提高患者的生存率。

圖1 圍手術(shù)期連續(xù)動態(tài)生命體征數(shù)據(jù)流解決方案

3 無線可穿戴式生命體征監(jiān)測設備

目前，大多數(shù)可穿戴式傳感器設備主要面向日常生活和運動，獲取的生命體征相關(guān)數(shù)據(jù)不能作為診療依據(jù)。也有少數(shù)公司生產(chǎn)醫(yī)用可穿戴式移動監(jiān)測設備或系統(tǒng)(例如ViSi移動監(jiān)測系統(tǒng)，http://www.soterawireless.com/why-visi)，用于測量和無線傳輸生命體征，如血壓、脈搏、呼吸頻率和體溫，以提高患者安全性，及早發(fā)現(xiàn)患者病情惡化。但目前這些公司均未為護理人員提供用戶端，部分設備也難以在家庭環(huán)境中實現(xiàn)對患者生命體征的遠程監(jiān)測；此外，大多數(shù)終端數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)仍使用傳統(tǒng)的用戶可選報警“閾值”設定功能，無法智能地解釋各種信號以避免重復觸發(fā)錯誤報警，且不能整合到現(xiàn)有醫(yī)療記錄系統(tǒng)中?，F(xiàn)階段，越來越多的公司開始將研發(fā)重心轉(zhuǎn)移至連續(xù)生命體征監(jiān)測設備，隨著生物科學技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，上述問題也將被逐步解決。應用無線可穿戴式生命體征監(jiān)測設備對患者進行連續(xù)監(jiān)測與管理，盡早發(fā)現(xiàn)病情變化的跡象，實現(xiàn)早診斷、早干預，將是現(xiàn)代醫(yī)學未來發(fā)展的趨勢，或?qū)⒊蔀樾碌尼t(yī)療常規(guī)。

例如在體溫監(jiān)測方面，iThermonitor作為一種可穿戴式核心體溫監(jiān)測裝置，可以準確、高效、快捷地實時監(jiān)測人體核心體溫，其測量精度已被驗證，適于臨床應用[26](圖2)。將該裝置貼于患者腋下，通過藍牙與手機體溫管理APP連接，獲取的連續(xù)核心體溫數(shù)據(jù)通過中繼站傳輸至醫(yī)院服務器，再通過醫(yī)院服務器反饋至病房中央監(jiān)測站和/或移動監(jiān)測設備。生成的核心體溫曲線圖不僅可用于術(shù)后HAI的預測，還可用于篩選有效的退熱藥，評價外科引流、抗生素療效，判斷停止引流、停用抗生素的時機等。

圖2 可穿戴式iThermonitor腋窩溫度計A.iThermonitor腋窩溫度計，尺寸52 mm×32 mm×6.5 mm，含電池重量約7 g；B.iThermonitor腋窩溫度計粘貼于腋窩部位；C.估算核心體溫顯示于蘋果手機界面

4 展望

隨著技術(shù)的發(fā)展，未來有望建立無線可穿戴式連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，用于圍手術(shù)期高風險患者及出院回家后患者的急性醫(yī)療問題監(jiān)測，以期實現(xiàn)：(1)從高級別轉(zhuǎn)至低級別的護理狀態(tài)時，為患者的疾病狀況和持續(xù)康復提供保證；(2)基于對相關(guān)危險因素的分析，向醫(yī)護人員傳達高風險患者的有關(guān)信息，確保在遇到急性起病或病情變化時對其進行監(jiān)控，早期發(fā)現(xiàn)病情惡化，及時治療，以改善預后；(3)與機器學習、人工智能相結(jié)合，分析、整合多種臨床數(shù)據(jù)，建立相應的診斷與預測模型。

利益沖突：無