可穿戴設(shè)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(yī)藥大學(xué) 護理學(xué)院,浙江 杭州 310053;2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)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(tài)改變、注意力障礙、意識水平改變或思維紊亂,好發(fā)于老年和重癥患者[1-2],且在養(yǎng)老院、臨終關(guān)懷等醫(yī)療機構(gòu)均有發(fā)生,根據(jù)患病人群的不同,其發(fā)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(jié)局相關(guān),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(yī)療衛(wèi)生保健體系的負擔(dān)。目前,譫妄評估工具難以實現(xiàn)長期監(jiān)測,無法反映譫妄癥狀的波動性,且?guī)в性u估人員的主觀性[5]?？纱┐髟O(shè)備借助無線通信技術(shù)及云端平臺,打破了傳統(tǒng)醫(yī)療的限制,為譫妄篩查及預(yù)防提供了新的思路。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能的發(fā)展,可穿戴設(shè)備得到了飛速的發(fā)展,從理論概念轉(zhuǎn)為商業(yè)產(chǎn)品。目前,可穿戴設(shè)備的研究聚焦于臨床,逐步應(yīng)用于譫妄領(lǐng)域,通過采集、分析患者的生命參數(shù)及活動軌跡,實現(xiàn)對患者健康狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測,為譫妄篩查提供客觀的指標(biāo)。國外已有研究[6-8]將可穿戴設(shè)備結(jié)合虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于譫妄的預(yù)防及治療,但國內(nèi)針對可穿戴設(shè)備在譫妄領(lǐng)域的相關(guān)研究較少。本研究就可穿戴設(shè)備在譫妄患者中的應(yīng)用現(xiàn)狀和展望進行綜述,以期為可穿戴設(shè)備在譫妄的預(yù)測、預(yù)防和緩解譫妄嚴重程度等方面的研究或推廣應(yīng)用提供參考。

1 譫妄管理現(xiàn)狀

譫妄管理的重點在于早期識別處于譫妄風(fēng)險的患者和譫妄患者,并及時采取干預(yù)措施。譫妄的病理生理機制尚不明確,沒有單一的干預(yù)措施或藥物能預(yù)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(fā)生率或持續(xù)時間。譫妄診斷的金標(biāo)準(zhǔn)是采用《精神疾病的診斷和統(tǒng)計手冊》對患者進行評估,但評價人員卻僅限于精神科醫(yī)生,在應(yīng)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(jiān)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(fā)生。

2 可穿戴設(shè)備概述

可穿戴設(shè)備是指佩戴在身上的便攜式電子設(shè)備,通常由傳感單元、通信單元和處理單元構(gòu)成,具備采集和分析人體數(shù)據(jù)功能,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,輔助臨床決策[15],已有研究將其用于譫妄的篩查、預(yù)測及干預(yù)。可穿戴設(shè)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(huán)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(shè)備包括腕式活動記錄儀、智能手環(huán)或智能手表等,主要應(yīng)用于睡眠監(jiān)測、心率監(jiān)測、運動軌跡記錄等[15]。頭部穿戴類設(shè)備包括頭戴式顯示器、Google project glass、虛擬現(xiàn)實頭盔等,主要應(yīng)用于譫妄預(yù)防等方面[17]。

3 可穿戴設(shè)備在譫妄患者中的應(yīng)用

3.1 尋找特定的睡眠參數(shù) 譫妄是通過易感因素和誘發(fā)因素之間的復(fù)雜相互作用而發(fā)展起來,如高齡、認知障礙及并發(fā)癥等,其中睡眠障礙常被認為是譫妄相關(guān)的危險因素[18]。多項研究[19-20]證實了兩者之間的相關(guān)性。然而,目前還沒有一種客觀、連續(xù)地測量睡眠質(zhì)量參數(shù)的完美方法。多導(dǎo)睡眠圖(polysomnography,PSG)、腦電圖、睡眠日記或睡眠報告在應(yīng)用中存在較大局限,難以長期監(jiān)測患者睡眠。若睡眠質(zhì)量參數(shù)能被準(zhǔn)確測量,尋找出與譫妄相關(guān)的特定參數(shù),后續(xù)可將睡眠質(zhì)量參數(shù)用于譫妄預(yù)測、篩查?？纱┐髟O(shè)備能通過客觀的數(shù)據(jù),量化睡眠參數(shù),在同睡眠的金標(biāo)準(zhǔn)PSG比較的研究中,可穿戴設(shè)備在睡眠與清醒判定方面具有較高的敏感性(90%以上)和準(zhǔn)確度(80%以上),適用于長期的睡眠監(jiān)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(jié)律,通過比較老年患者譫妄發(fā)生前后睡眠參數(shù)的變化,確定受譫妄影響的參數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),譫妄前后患者的實際睡眠時間、睡眠效率和睡眠持續(xù)時間減少,睡眠潛伏期增加。但該研究樣本量較小,后續(xù)仍需開展大樣本驗證研究。另一項使用褪黑素預(yù)防譫妄的隨機對照試驗[25],將腕戴式監(jiān)測設(shè)備用于跟蹤患者睡眠情況。雖然該研究結(jié)果表明譫妄患者存在睡眠片段化,但并未確定睡眠參數(shù)是否可用于譫妄預(yù)測。Jaiswal等[26]在其基礎(chǔ)上,對數(shù)據(jù)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(shù)在譫妄發(fā)展中的預(yù)測價值,研究發(fā)現(xiàn)短時睡眠(<10 min)對譫妄發(fā)生具有預(yù)測價值。這為早期識別高危個體提供了途徑,可以幫助預(yù)測患者發(fā)生譫妄的風(fēng)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(tài)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(shè)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(qū)分譫妄亞型提供更客觀的標(biāo)準(zhǔn)。

活動記錄儀[28]常由加速度傳感器和數(shù)據(jù)記錄器組成,每0.1 s記錄一次活動,將收集到的數(shù)據(jù)上傳入數(shù)據(jù)記錄器,通過編寫的程序?qū)鞲衅餍盘栠M行分析,區(qū)分患者活動體態(tài)轉(zhuǎn)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(jiān)測,研究發(fā)現(xiàn)活動記錄儀能較好區(qū)分不同譫妄亞型患者之間的動態(tài)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(tài)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(chǔ)上,對活動記錄儀進行優(yōu)化,采用三軸加速度傳感器,放置于大腿中外側(cè),測量垂直加速度和中外側(cè)加速度。通過三軸傳感器監(jiān)測臨終患者活動變化,并將患者24 h內(nèi)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(fā)現(xiàn)譫妄和非譫妄的患者在活動總時間的百分比、24 h內(nèi)體態(tài)變化的次數(shù)、運動持續(xù)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(biāo),能夠用來區(qū)分譫妄與非譫妄人群,其中白天體位變化次數(shù)是最有鑒別性的測量指標(biāo)。Godfrey等[31]將小波變換(wavelet transform,WT)用于加速度傳感器,以區(qū)分譫妄亞型患者躺、坐和行走活動的運動信號,研究發(fā)現(xiàn)采用WT的加速度傳感器能在臨床環(huán)境客觀評估譫妄患者的運動狀態(tài),并在區(qū)分譫妄亞型患者活動變化方面的準(zhǔn)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(xù)、客觀的監(jiān)測,為譫妄篩查提供客觀指標(biāo),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(biāo)加以辨別,尋找出對檢測譫妄最具鑒別性的測量指標(biāo)。同時,具有活動監(jiān)測功能的智能手表日益普及,商業(yè)化的產(chǎn)品種類較多,如三星Gear智能手表、小米手環(huán)等[32],相比研究環(huán)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(zhǔn)確率高達85%,可用于代替活動記錄儀,具有廣闊的發(fā)展空間。但此類設(shè)備在臨床譫妄篩查的使用仍需進行驗證研究。

3.3 虛擬現(xiàn)實預(yù)防譫妄 虛擬現(xiàn)實(virtual reality,VR)是利用計算機圖像技術(shù)構(gòu)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(huán)境交互作用,實現(xiàn)視覺、聽覺及觸覺等沉浸體驗[8]。虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)在于可穿戴設(shè)備的發(fā)展。隨著5G時代的到來、人工智能的發(fā)展以及傳感器集成技術(shù)的突破,部分可穿戴設(shè)備已從概念化轉(zhuǎn)向商用化,如頭戴式顯示器、Google project glass、虛擬現(xiàn)實頭盔等產(chǎn)品[17],這也為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

現(xiàn)有研究將虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于譫妄領(lǐng)域,以期能降低譫妄發(fā)生率和譫妄的嚴重程度。Suvajdzic等[8]學(xué)者采用虛擬現(xiàn)實頭盔、三軸加速度傳感器、環(huán)境傳感器、位置追蹤器開發(fā)構(gòu)建了“DREAM”系統(tǒng),實時監(jiān)控ICU患者數(shù)據(jù),通過提高睡眠質(zhì)量、減少疼痛、降低鎮(zhèn)靜劑的使用和刺激認知預(yù)防譫妄的發(fā)生和譫妄持續(xù)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(xiàn)實的刺激,以期降低譫妄的發(fā)生率。但對于干預(yù)的時機、持續(xù)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(xiàn)實干預(yù),VR組術(shù)前焦慮評分明顯低于對照組,鎮(zhèn)痛藥物的使用顯著減少,但與正常護理組對比,兩組譫妄結(jié)局無差異。這與Ryu等[6]的研究類似,在患兒術(shù)前一天采用VR引導(dǎo),VR組焦慮評分顯著降低,但與對照組相比,兩者譫妄結(jié)局并未有差異。這或許與研究人群相關(guān),ICU患者長期處于較為緊張、嘈雜的環(huán)境下,虛擬現(xiàn)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(huán)境,避免監(jiān)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(fēng)險。另外,同傳統(tǒng)傳遞信息方式相比,VR顯著降低術(shù)前焦慮,未來研究可采取多元化的行為準(zhǔn)備,以期降低譫妄的發(fā)生率。

4 討論

4.1 完善研究設(shè)計 可穿戴設(shè)備能用數(shù)據(jù)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(shè)備,找到與譫妄相關(guān)的特定參數(shù),如睡眠效率、睡眠持續(xù)時間、短時睡眠、白天體位變化次數(shù)等,但并未對這些指標(biāo)的預(yù)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(fā)現(xiàn)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(dāng)對其預(yù)測性能進行評價時,發(fā)現(xiàn)只有短時睡眠有預(yù)測價值。若后續(xù)研究采用這些睡眠參數(shù)或活動指標(biāo)篩查或預(yù)測譫妄,需要的前提是這些指標(biāo)是精確且有價值的?？赏ㄟ^ROC曲線分析納入的指標(biāo)對譫妄的預(yù)測價值,尋找出其中最具預(yù)測價值的指標(biāo)。另外,部分研究[24,29-31]樣本量小,數(shù)據(jù)收集時間短,研究對象限于特定人群,并未使用譫妄的金標(biāo)準(zhǔn)評估患者,導(dǎo)致研究偏倚風(fēng)險較高,影響結(jié)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(nèi)的數(shù)據(jù),通過譫妄的金標(biāo)準(zhǔn)評估患者,采用可穿戴設(shè)備監(jiān)測患者健康數(shù)據(jù),尋找出其中存在差異的參數(shù)或指標(biāo),并在其基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)進一步分析,評價指標(biāo)的預(yù)測價值,為以后的應(yīng)用提供參考。

4.2 改良可穿戴設(shè)備 同時,可穿戴設(shè)備本身存在一定的局限性,在睡眠監(jiān)測這方面,此類設(shè)備能準(zhǔn)確地記錄睡眠中斷(例如睡眠次數(shù)),但在監(jiān)測睡眠持續(xù)時間/睡眠效率上,精準(zhǔn)度欠缺,通常高估[26]。另外在ICU人群的應(yīng)用存在局限,原因在于ICU患者可能受到鎮(zhèn)靜劑的使用、神經(jīng)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(yōu)化譫妄評估算法,與醫(yī)務(wù)人員通力合作,對不同人群加以區(qū)分,完善算法的邏輯判斷,通過設(shè)置多種模式,如術(shù)后譫妄算法、老年譫妄算法,提高譫妄預(yù)測的準(zhǔn)確性;另一方面是改良可穿戴設(shè)備,考慮對現(xiàn)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(yōu)勢,而且能夠降低尺寸,滿足未來可穿戴設(shè)備的發(fā)展需求,也能避免在數(shù)據(jù)收集過程受到的干擾因素,如人體的狀態(tài)、周圍環(huán)境等因素,實現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)測。

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

4.4 優(yōu)化VR干預(yù) 目前,VR干預(yù)譫妄的研究[6-7,33]較少,且結(jié)果存在差異?？紤]可能是不同人群譫妄發(fā)生的影響因素不同,從單一的方面進行干預(yù)可能效果并不如意。這也從側(cè)面反映了譫妄是一類綜合征,是多因素作用的結(jié)果。未來研究可將VR作為多元策略中的一部分,結(jié)合早期運動、視聽覺輔助,降低譫妄的發(fā)生風(fēng)險或嚴重程度。同時,不斷優(yōu)化VR設(shè)備中存在的眩暈、技術(shù)費用高昂等問題,拓展其在譫妄領(lǐng)域的應(yīng)用。

5 小結(jié)

可穿戴設(shè)備通過監(jiān)測患者活動周期,提供一種客觀的方法衡量患者晝夜節(jié)律和身體活動模式的改變,可用于監(jiān)測譫妄患者的睡眠質(zhì)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(yù)防或治療方案的有效性提供客觀的數(shù)據(jù),從而推動譫妄治療干預(yù)方法的改進與完善。隨著智能手表等可穿戴設(shè)備的更新?lián)Q代和普及應(yīng)用,患者入院前的數(shù)據(jù)信息可被采集,其活動數(shù)據(jù)可被導(dǎo)出,這些客觀的活動數(shù)據(jù)能夠為患者入院時提供可靠的基準(zhǔn)。使用可穿戴設(shè)備監(jiān)測譫妄患者的價值在于其非侵入性、連續(xù)長期的數(shù)據(jù)收集功能。未來仍需大樣本、高質(zhì)量的研究,構(gòu)建數(shù)據(jù)庫,開發(fā)出適用于可穿戴設(shè)備的譫妄算法,推動譫妄的預(yù)防或治療。