可穿戴設備在壓力性損傷預防中的研究進展

林淑潔,張立秀,陳香萍,朱明月,金磊,王淑嬋,柯歡,韓赟

(1.湖州師范學院 護理學院,浙江 湖州 313000;2.浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院 護理部,浙江 杭州 310000)

壓力性損傷(pressure injures,PI)是護理質量和患者安全的關鍵監(jiān)測指標,也被列為傷害患者的五大常見因素之一,其防治受到全球關注[1]。2019版PI預防與實踐指南[2]指出,體位變換是預防PI的重要組成部分,然而在繁忙護理實踐中實施定期體位變換具有挑戰(zhàn)性,且體位變換質量不高[3-4]。近年來,隨著云計算和人工智能等前沿技術的發(fā)展[5],可穿戴設備應運而生,為PI預防提供了新思路。本文將可穿戴設備在PI預防中的應用現(xiàn)狀進行綜述,以期為智能時代的PI預防提供參考。

1 可穿戴設備概述

可穿戴設備是指穿戴在身體或整合到其他可穿戴物品上的便捷式設備,可在相關軟件支持下對數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和傳輸,廣泛應用于疾病監(jiān)測、康復護理等領域[6]。常見的穿戴方式有接觸式、外接式和植入式[7],前兩者因其便捷、無創(chuàng)的特點目前被應用于PI預防實踐。接觸式通過傳感器貼片直接接觸人體皮膚,具有較高的靈敏度。外接式本身無法穿戴,通過外接到衣服、襪子等可穿戴物品上實現(xiàn)可穿戴功能,具有較高的舒適度。根據(jù)傳感方式分為化學傳感器、光學傳感器和機電傳感器。PI預防多以機電傳感器為主,主要通過檢測身體表面電阻、電容或者導電性等信號以監(jiān)測人體健康狀況?？纱┐鳈C電傳感器常見的類型有壓力傳感器、應變式傳感器等[7],其中壓力傳感器可測量局部壓力;應變式傳感器可測量局部皮膚溫度以及患者運動變化等。根據(jù)臨床實踐應用的PI預防可穿戴設備監(jiān)測參數(shù)可分為基于單參數(shù)監(jiān)測的可穿戴設備和基于多參數(shù)監(jiān)測的可穿戴設備兩種類型,而多參數(shù)監(jiān)測又分為基礎參數(shù)監(jiān)測和位置參數(shù)監(jiān)測。

2 可穿戴設備在壓力性損傷預防中的應用現(xiàn)狀

2.1 基于單參數(shù)監(jiān)測的PI預防可穿戴設備 壓力是PI發(fā)生發(fā)展的始動因素[2],可作為PI預防可穿戴設備的主要監(jiān)測參數(shù)。Kim等[8]開發(fā)出無線可穿戴足跟壓力監(jiān)測系統(tǒng),將傳感設備連接在襪子上,通過無線通信技術連續(xù)監(jiān)測壓力信號,測量躺下時施加到足跟和腳踝的壓力,預防長期臥床或佩戴假肢時發(fā)生的PI,但該設備尚處于研發(fā)階段,其臨床效果值得進一步驗證。Hickle等[9]開發(fā)了無線壓力傳感器貼片,持續(xù)監(jiān)測壓力和時間數(shù)據(jù)并無線傳輸至基站或智能手機,當壓力持續(xù)時間過長引發(fā)組織傷害時,立即發(fā)出警報以提醒護理人員進行PI干預,但該設備僅進行了動物試驗,在人體中的安全性和有效性尚未驗證。Chung等[10]開發(fā)的基于可拆卸、一次性織物的壓力傳感器陣列,通過放置于PI高風險區(qū)域便可快速獲取壓力數(shù)據(jù)并通過藍牙傳輸至電子設備,但該設備存在不防水、硬件過大、無數(shù)據(jù)儲存功能等問題,需進一步完善。以上單參數(shù)監(jiān)測僅獲取壓力數(shù)據(jù),并不能獲取局部溫度數(shù)據(jù)以及患者的體位變換角度、組織減壓時間等,因此不能全面評估患者的體位變換需求。

2.2 基于多參數(shù)監(jiān)測的PI預防可穿戴設備

2.2.1 基礎參數(shù)監(jiān)測 隨著對PI形成機制研究的不斷深入,發(fā)現(xiàn)PI的發(fā)生與皮膚組織缺血性損傷、微循環(huán)及代謝障礙、再灌注損傷等機制密切相關[11]。因此,基于多參數(shù)可穿戴設備應運而生,通過對PI各危險因素(如皮膚溫濕度、皮膚阻抗、壓力等基礎參數(shù))的持續(xù)監(jiān)測,以多角度、多維度分析PI發(fā)生風險,為PI預警提供有效支持。McNeill等[12]研發(fā)的可穿戴式柔性傳感器貼片系統(tǒng),該系統(tǒng)將壓力傳感器、溫濕度傳感器固定于柔性基板上,具有電氣性能穩(wěn)定、高機械性能和高生物相容性等特點,可貼附在局部皮膚上感知皮膚溫濕度、承受壓力,經(jīng)過算法處理監(jiān)測數(shù)據(jù),當算法檢測皮膚局部發(fā)生PI的可能性超過某個預先設定閾值的概率時,基站將警報無線傳輸?shù)揭苿佣嗽O備,如電腦或智能手機上,由此來提醒患者或醫(yī)護人員及時采取干預措施,如體位變換預防PI的發(fā)生。Sen等[13]開發(fā)了無線、自主定位的多功能傳感器貼片系統(tǒng),可將多個傳感器貼片放置在患者PI風險區(qū)域,監(jiān)測局部皮膚承受壓力、溫度、相對濕度等參數(shù),數(shù)據(jù)經(jīng)過機器學習算法處理后通過低功耗藍牙傳輸至終端設備(如智能手機),由此提醒護理人員及時實施預防PI的干預措施。Kim等[14]開發(fā)了無線多功能織物傳感器,這種集成在簡單棉織物上的可穿戴傳感器質地柔軟、輕薄,可直接貼附在皮膚上,測量局部皮膚抗阻、溫度、壓力等參數(shù)。研究將該系統(tǒng)用于PI的小鼠動物模型,結果表明該系統(tǒng)可檢測早期PI的關鍵時間,且PI的發(fā)生與局部皮膚抗阻、溫度和壓力具有相關性。林堅等[15]開發(fā)一種基于壓電彈性體的PI監(jiān)測傳感模塊,將其放置于身體經(jīng)常受壓部位(如枕骨、肩胛骨、手肘、骶骨和足跟處)進行壓力、溫濕度參數(shù)采集,通過Wifi將數(shù)據(jù)上傳云平臺,并在QT開發(fā)框架開發(fā)的軟件中進行實時顯示和保存,醫(yī)護人員和患者及其家屬就可實時了解患者受壓部位的狀況,可降低PI發(fā)生率和減輕護理人員工作量。以上研究大多監(jiān)測的是PI發(fā)生的基礎參數(shù),能夠從多方面檢測PI發(fā)生的危險因素,從而提高PI預測能力,但尚未大規(guī)模應用于臨床,其預警效果值得進一步驗證。

2.2.2 位置參數(shù)監(jiān)測 位置參數(shù)主要通過監(jiān)測患者體位變換過程(如體位變換角度、方向、時間等參數(shù))以此來制訂個性化體位變換策略。美國LEAF醫(yī)療公司開發(fā)了可穿戴式位置監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)貼附于患者的胸骨區(qū)域,可評估患者在三維空間內的相對位置并提供視覺反饋以促進最佳體位變換策略[3]。該系統(tǒng)設定3項位置參數(shù):有效體位變換為角度達20°以上、至少有15 min組織減壓時間以及保持每2 h體位頻率。當傳感器記錄到翻身角度達20°并保持1 min以上即被歸于已完成翻身,否則為無效體位變換。當傳感器記錄到無效體位變換時可將位置數(shù)據(jù)無線傳送至手機、電腦等終端,通過顯示患者實時位置和時長信息來提醒護士為患者進行體位變換。Pickham等[3]在重癥監(jiān)護室開展的一項隨機對照研究(n=1312),干預組和對照組均佩戴LEAF穿戴式三維位置監(jiān)測系統(tǒng)并接受標準PI預防護理,對照組記錄位置數(shù)據(jù)但不進行數(shù)據(jù)反饋,干預組則將數(shù)據(jù)反饋至醫(yī)護人員電腦;研究結果顯示,干預組PI發(fā)生明顯減少,并且兩組的體位變換依從性總時間具有明顯差異。同樣采用LEAF穿戴式位置監(jiān)測系統(tǒng),Turmell等[16]對54名有PI發(fā)生風險的重癥監(jiān)護室患者(Braden量表評分≤18)開展了為期3個月的連續(xù)性前后對照研究,結果顯示,相比于護士不明確研究過程且不給予數(shù)據(jù)反饋和視覺提示的對照組,干預組體位變換依從率明顯增加,且平均體位變換時間間隔明顯縮短;同時調查顯示干預組的團隊合作能力有所改善,這表明可穿戴設備提供的視覺反饋可提高工作效率及團隊合作意識。

Bayram等[17]設計了一款3D打印外殼內置加速度傳感器和陀螺儀的可穿戴位置監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可穿戴在身體不同解剖區(qū)域(如胸骨、左右肩峰、距骨上方、髕骨下方),相比于僅穿戴在胸骨部位的位置監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)使用體位不限,監(jiān)測范圍廣泛,并且經(jīng)濟成本較低。但該研究僅對仿真模擬人進行試驗,臨床應用效果有待驗證?？纱┐骰颊呶恢帽O(jiān)測系統(tǒng)大多為接觸式可穿戴設備,對于材料的選擇有著極高的要求,且有皮膚過敏和增加PI發(fā)生的風險,為增加患者舒適度和減少醫(yī)療成本,Minteer等[18]研制了可重復使用的、低成本的外接式可穿戴患者三維位置監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可附在專用病員服上,減少與皮膚直接接觸從而增加舒適度,并能與臨床電子病歷相關聯(lián),自動、客觀監(jiān)測患者實時體位,從而提示護理人員為患者提供最佳體位變換。該系統(tǒng)由微處理器和多種傳感器構成,包括加速度計傳感器、陀螺儀、磁力計、光傳感器等,可用于測量患者加速度、角度、方向等位置參數(shù)。該研究對10名活動受限的受試者進行5個月的臨床試驗,在受試者病房放置攝像機,以捕獲實際體位變換情況,并與外接式可穿戴位置監(jiān)測系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)進行對比。研究表明,該系統(tǒng)能成功捕獲患者體位變換情況,檢測準確率高。但該研究為小樣本臨床試驗,設備性能需進行進一步完善。因此,監(jiān)測位置參數(shù)可以直觀反映患者體位變化情況,有助于保證體位變換質量,提高體位變換依從性,縮短體位變換間隔時間,促進PI預防,從而降低PI發(fā)生風險。但是位置參數(shù)易受醫(yī)療操作、患者活動等影響,其監(jiān)測準確性有待提高。

3 局限性與研發(fā)展望

3.1 優(yōu)化可穿戴設備產(chǎn)品設計 可穿戴設備日新月異,但在臨床應用過程中存在局限性,其監(jiān)測數(shù)據(jù)精準度、佩戴舒適度需要進一步優(yōu)化和完善。首先,采用運動傳感器監(jiān)測的可穿戴設備在轉運過程中或頻繁進行護理操作時容易受到干擾,應根據(jù)患者不同狀態(tài)改進信號識別和算法的設計,自動識別干擾,以提高監(jiān)測的準確性。其次,可穿戴設備通過與皮膚直接接觸來提高傳感信噪比[14],材料設計及選擇應具有機械和化學穩(wěn)定性,避免對人體造成危害甚至增加PI發(fā)生風險。目前,具有親膚、透氣、適應人體結構與形態(tài)變化特點的織物傳感器在可穿戴設備領域顯示出獨特優(yōu)勢[19],相較于傳統(tǒng)剛性傳感器更適用PI,未來研究可考慮研發(fā)柔性電子集成傷口敷料,使得PI預防可穿戴設備不僅能夠實時監(jiān)測、早期警示,還可發(fā)揮治療作用。

3.2 集成化PI預防可穿戴設備 受限于佩戴方式和位置,目前商售或已研發(fā)的可穿戴設備僅能獲取某一種或幾種信號,然而PI的發(fā)生機制復雜,需考慮多方面因素,未來研究可設計功能集成化的可穿戴設備,能夠同時獲取壓力、溫濕度、體位變換角度、組織減壓時間等多維度客觀數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)和圖像信息的識別,為有PI風險患者的預防護理實踐提供更為精準的信息[20],以利于制訂個性化體位變換策略。

3.3 構建基于可穿戴設備的智能化數(shù)據(jù)庫 可穿戴設備的數(shù)據(jù)采集、分析、反饋模式能夠顯著降低潛在疾病發(fā)生。未來研究可構建基于可穿戴設備的智能化數(shù)據(jù)庫,將可穿戴設備采集的多維度數(shù)據(jù)與電子病歷中的信息對接融合,通過機器學習技術來建立PI風險預測模型,提高預測效能,推動PI管理由“制度管理”向“數(shù)據(jù)管理”轉變[21]。此外,將可穿戴設備獲取的包括PI預防參數(shù)在內的各種健康數(shù)據(jù)上傳至大數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)各數(shù)據(jù)互通共享。從醫(yī)療用戶角度,可實現(xiàn)個人的健康實時監(jiān)控與提示,可提高患者依從性及健康管理積極性;從醫(yī)療機構角度,可動態(tài)監(jiān)護住院患者病情,減輕醫(yī)護人員工作負擔,實現(xiàn)醫(yī)療資源合理配置,推進優(yōu)質醫(yī)療服務。

4 小結

可穿戴設備能夠多維度、多參數(shù)預警PI,為護理人員體位變換實踐提供更為客觀的數(shù)據(jù)支撐,同時也可助力遠程醫(yī)療,推進互聯(lián)網(wǎng)+護理服務,從而減少PI的發(fā)生,有助于實現(xiàn)優(yōu)質化護理。但PI預防可穿戴設備作為新興技術,未來需要更多大樣本、多中心研究,可穿戴設備是否可應用于多種臨床環(huán)境(如醫(yī)院、養(yǎng)老機構、社區(qū)),以及在應用過程中如何提高數(shù)據(jù)準確性、減少人為因素造成的偏倚是今后研究的方向。