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可穿戴设备在老年人健康管理中的应用现状与展望

汶希 汤鹏 代小丽 张目全 杨秦川 陈永志 左甲
  
医学前沿
2023年4期
1.西安工业大学 陕西西安市 710021 2.商洛市卫生健康委员会 陕西商洛 726099 3.商洛市中医医院 726099 陕西商洛 726099

摘要:近年来,可穿戴设备逐渐渗透到了人们的日常生活中,其具有功能齐全、携带方便、信息传输快速、操作简单等优点,在应对当前复杂多样的医疗卫生问题方面起到了显著的作用,同时也为老年人群的健康管理提供了新的思路。下文通过计算机检索中英文文献数据库中与老年人、可穿戴设备、健康管理相关的文献,对文献进行筛选并提取数据,着重对智能可穿戴设备的概念研究现状、可穿戴设备在老年人健康管理中疾病康复、运动监测等方面的应用进行了详细的分析。并在此基础上,探讨其未来应用前景,从而促进可穿戴设备的研究健康、迅速发展,为老年患者的管理、治疗和护理提供便利。

关键词:老年人健康管理;可穿戴设备;应用现状

可穿戴式产品在近几年得到了迅速的发展。在健康领域,可穿戴设备是指一种能够在医疗及生活中被直接佩戴的、能够感知、记录、分析、管理健康数据,并通过相应的软件来进行疾病的诊断和治疗[1]。在个性化健康理念的日益普及和移动互联网技术日益成熟的背景下,可穿戴式设备在疾病监测、健康管理、居家护理等方面得到了广泛的应用[2]。本研究拟从可穿戴式设备的角度,探讨其在老年人群中的应用,以期提升可佩戴式医疗器械在老年群体中的使用水平,促进其在互联网背景下的健康管理。

1 可穿戴设备的概念

关于“可佩戴式装置”的概念,当前国内外还没有一个公认的标准。麻省理工学院 Media Laboratory将可穿戴式装置(Multimedia Technology Laboratory)界定为:将可穿戴式装置(如手工配饰,眼镜,服装等)与人体局域网相连接,实现对佩戴者特定状态的监测[3]。中国电子科技大学的陈东义教授对可穿戴装置的定义是:将可穿戴装置作为一个载体,通过可穿戴装置,可以与人体实现交互。通过与人类中心计算(HCC)、社会感知计算、信息物理融合(CPS)等技术的融合的产物[4]。在此基础上,智能可穿戴设备是指能够穿在身上或靠近身体,具有采集、处理、交互等功能的便携电子设备,通过传感器、 GPS等装置,可以通过与移动互联网的连接,在任何时间、任何地点,实现人与物之间的信息交换。

2 可穿戴设备在老年人健康管理中的应用现状

2.1 疾病康复

近年来,可穿戴式设备在老年人疾病康复方面受到越来越多的重视。国内有大量研究将传统康复疗法与新型可穿戴设备对膝关节置换术后的老年患者、失智老年患者的康复效果进行了比较,研究结果表明,这3种新型可穿戴设备都可以帮助医生制定个体化的康复方案,并督促患者在系统的帮助下,在训练过程中,实时测量、记录膝关节活动度等康复数据,帮助医生更好地了解患者的康复训练状况,进而有针对性地制定并调整康复训练计划,使患者的康复训练效果得到明显提升,因此,可穿戴设备具有很强的临床价值。同时,已有学者提出了一种基于可穿戴式传感器的单侧膝关节置换手术病人的惯性步态参数,用以评估患者的康复状况,可以明确患者运动方式和康复状况之间的内在关系。国外也有科研小组研制出可穿戴式的膝关节骨性关节炎(KOA)治疗与护理装置,该装置可利用人机互动来加速病人的康复,并深化病人对运动疗法的认识,从而推动病人进行持续的运动,从而有效地提升病人的主观能动性[5]。

2.2 运动监测

可穿戴式的运动监测装置,包括计步器、陀螺仪、传感器、加速度计等,可以对患者的步数、步态、姿势、动作以及能量消耗等进行实时的测量,进而对患者的久坐行为、体力活动强度以及步数进行全面地了解。有学者利用运动监测设备,连续4天对终末期膝关节炎老年患者和健康的老年患者日常身体活动进行了检测,结果显示,与健康人相比,终末期膝关节炎老年患者的步行次数和步数更少,体位变换和坐姿时间长,步行时间短,节奏慢。有研究者在对膝关节炎患者将可穿戴设备佩戴在其右大腿外侧的研究中,对活动类型、次数、时长、速度、久坐行为进行了监测[6]。结果表明,老年膝关节炎患者在醒来时,大多都是处于久坐行为状态(61%),每天大约有4~5次,会有4~5次,出现了超过30分钟的久坐行为状态[7]。与骑车和爬楼梯等活动相比,患者更倾向于选择水平行走。可穿戴式的运动监控装置可以收集人体活动的时间、活动类型、频率、强度等多维数据,具有便携式、便捷等优点,在老年人群的身体活动监控与评价中具有巨大的优势。也有学者利用三维加速度传感器,在无人照料的家庭环境中,对老年人进行日常活动的可行性进行了监控,并能将其分为行走、站立、坐姿和躺卧4种运动状态[8]。可佩戴的智能装置可以帮助高龄智障患者迅速就诊,最大限度地减少住院时间。与患者建立关系,并及时进行处理[9]。

2.3 症状监测和管理

在传统的医疗中,主要是根据患者在就医时的主诉和症状来做出诊断,但是对于病情的评估和疗效的评价方面缺乏一定的精确度和全面性。随着可穿戴设备的不断更新,便携式、非侵入性可穿戴式医疗设备能够实现对患者病情的实时监控与管理,从而有效地弥补了传统医学模式的缺陷[10]。有研究者利用可穿戴式的监控系统,对存在腰部慢性疼痛的老年患者进行监控,并通过该系统提供连续和时间相关的个体化信息指导,来引导患者主动调节自己的活动方式,从而提高患者对自己的运动规律的认识,并促使患者及时地改变自己的不良运动习惯,从而减轻其腰痛症状。

还有一些研究表明,在老年性痴呆的早期诊断方面,可穿戴式设备也得到了越广泛的应用。有研究显示,睡眠质量与痴呆的发生之间存在着一定的联系,这是因为在夜晚会反复地出现呼吸暂停,从而导致了低氧血症和高碳酸血症,低氧血症所导致的复杂认知损害具有不可逆转的特点。在国内,有学者开发出了一套远程监测系统,利用红外传感器、床压传感器等,可以对睡眠的质量、持续时间、节律等进行监测,通过纳入180例早期痴呆老年患者的睡眠模式进行分析,从而判断出他们的认知损伤程度。最后发现,与正常对照组相比,轻度痴呆的老年患者睡眠质量评分更低。已有研究表明,视觉模拟评估法(VAS)对轻度认知功能损害及轻微阿尔茨海默病均有较高的敏感性及特异度,并能在不需要翻译及改变的情况下,方便地用于多语种人群。也有学者采用了一套简易的传感器监测系统,设计了一套标准化的计算机游戏,以此监控了一组老年受试者在整个游戏过程中的自然行为。他们还利用鼠标装置的运动数据来对人的思维过程进行模型化,从而可以找到受试者认知变化趋势,从而可以将其应用于老年痴呆症的早期诊断。

2.4活动促进

随着年龄的增长、患病等因素的影响,老年人的行动、自理等生活能力会有不同程度的损伤和下降,可穿戴设备可以帮助患者及早进行康复锻炼,从而提升他们的身体活动水平。国内已有研究小组利用可穿戴的腰椎运动康复仪,通过视频游戏的方式,对慢性、非特异性的腰椎疼痛老年患者进行了治疗训练,效果显著。也有学者利用可穿戴式设备对老年膝关节炎患者进行了为期12周的干预治疗,结果显示, 患者的运动能力得到了明显的提升,病情也得到了明显的改善。另外,通过对91名 老年类风湿关节炎患者进行21周的跟踪观察,发现患者的运动能力显著增强,周平均步数,疲劳程度,身体功能等指标均得到了显著的改善,而且患者的运动依从性较佩戴设备前显著升高。

2.5 功能辅助

可穿戴式设备的辅助功能可以使老年人更好地完成日常胡哦哦东,减少并发症,提高其的生活自理能力。比如,有研究人员将气动外骨骼设备用于膝关节置换术后的老年患者,该设备可以为患者提供助力,帮助患者更好地完成行走、爬楼等简单动作,具有良好的可控性与安全性,对患者的伤口影响较小,具有很强的稳定性,适合在临床上推广使用。

还有研究团队设计了一款电机驱动的穿戴式下肢外骨骼机器人,股外和股内侧肌的肌电信号采集结果均显示下肢外骨骼机器人能够为使用者提供行走助力。 新加坡国家精神卫生保健机构有学者开发的“S3APP”可实时追踪药物使用剂量、 服药情况和记录服用抗凝药物的国际标准化比值,提供服药指南。Proteous是一种内置传感器的口服药丸搭配外贴式的接收器的智能设备,可以用来记录和发送患者在服用药物后的身体状态变化,并将数据上传到数据库。 通过该设备,患者可进行自我健康管理,医生可以以此作为诊断和调整药物的依据。

另有研究团队设计了一款由电机驱动的可穿戴式下肢外骨骼机器人,通过对股外侧和股内侧肌肉的肌电信号的采集,可以为用户提供步行的帮助。新加坡国立心理健康中心的一些研究人员发明了一种名为“S3APP”的系统,它可以对依从性差的老年患者用药过程进行实时跟踪,并根据患者的用药情况,对患者的用药情况进行统计,同时还可以有效对患者的用药情况进行国际标准的抗凝剂比例统计,为患者提供科学的用药指导与提醒,结果发现显著提升了患者的用药依从性。

国内有相关领域研究人员,自主设计并开发了一款腕带生命体征监测报警装置,主要功能包括:体温监测,脉搏监测,通讯报警等模块。通讯模块主要是为佩戴者提供其地理位置,并向其家属传递佩戴者的相关信息,在佩戴者发生事故的时候,家属可以根据佩戴者的心跳、体温等情况,进行精确的定位,并在第一时间向其家属发出响亮的求救信号。另外,另一些研究者则开发出了一种“physiodroid”,它通过可穿戴的监测设备和安卓的程序来实现对生理信息的采集、存储和处理。该系统能够实时、实时地监测患者的心电图、心率、呼吸速率、体温、肢体动作等,并能将患者的生命体征数据传送至其家属的手机中,方便患者对老人的病情进行实时监测。

5 总结与展望

随着健康监测技术的不断发展,可穿戴式智能医疗装置已成为未来健康管理的一个重要方向。在此方面,国外学者对此领域的研究更早,发展也更迅速,并从多个角度、多个层面对其进行了积极的探讨,其中大多数已经进入了市场。近年来,我国在该领域也取得了一定的进展。可穿戴设备在老年人的健康管理中的应用,可以促进病人的疾病康复,可以帮助医护人员对老年患者的症状监测和管理、运动监测、活动促进等方面提供帮助,还可以帮助患者恢复肢体功能,减轻医护人员的工作负担。在提倡科技创新的大环境下,可穿戴设备的发展将会迎来国家政策支持、科技助力等机遇,但同时也面临着许多挑战。所以,迫切需要一个以医疗人员为主体的多学科团队协作,坚持科学循证的态度和人文关怀的精神,注重老年人健康管理中风险因素的研究,借助新兴科技,开发出更具有临床应用价值并能提高用户体验的可穿戴设备,从而促进可穿戴设备与老年人健康管理的深度融合与发展。

基金资助:2022年陕西省体育局常规项目:人工智能赋能体医融合下社区养老产业发展——可穿戴设备的示范研究(编号:2022239)

参考文献:

[1]王刚,莫凌飞.基于多传感器融合的低功耗人体活动识别方法[J].传感器与微系统,2023,42(03):132-135.

[2]张璐璐,张帆.可穿戴电子设备通信终端自适应负载均衡系统设计[J].电子设计工程,2023,31(05):163-167.

[3]Talan Jamie. A Robotic Wearable Device Assists Shoulder Movement in ALS[J]. Neurology Today,2023,23(5).

[4]赵健,李杰,孟德军.基于可穿戴设备自组网络的主从间同步节点发现算法研究[J].现代电子技术,2023,46(05):78-84.

[5]李丹.可穿戴设备在脑卒中运动功能康复训练中的应用进展[J].全科护理,2023,21(06):786-790.

[6]楚俊昆,赵倩,门莉,周欣荣,李晓梅,陈清杰,宋宁,梁存禹,杨毅宁.基于可穿戴心电设备的互联网+医联体诊疗新模式在心血管疾病中的应用[J].中国心血管病研究,2023,21(02):160-165.

[7]朱云泽.智慧养老背景下老年人可穿戴设备应用现状分析[J].科技创新与应用,2023,13(05):151-155.

[8].可穿戴式诊断设备的设计挑战与发展机遇[J].单片机与嵌入式系统应用,2023,23(02):92.

[9]王辉.基于可穿戴式设备的大学生体质健康监测系统设计[J].自动化与仪器仪表,2023(01):146-151.

[10]刘燕华,何莹,黄文霞.可穿戴设备在疾病监测预警中的应用与进展[J].护士进修杂志,2023,38(02):132-137.

作者简介:汶希,女,博士研究生,副教授。主要研究方向:特殊人群的康复和健康管理。E-mail: wenxi2018@163.com

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