智能可穿戴设备在加速康复外科中的应用综述

麻玉梅，马黎娜，郭海云，劳 宁，聂 煌*

（1.空军军医大学第一附属医院麻醉与围术期医学科，西安 710032；2.西安电力中心医院麻醉科，西安 710043）

0 引言

智能可穿戴设备是指可以连接到衣服上或作为配件佩戴的便携式传感设备，通过跟踪健康或医疗信息改善医疗保健结果，其特点主要有微型、无线传输、不影响用户活动，主要用于健康和安全监护、慢性病管理、疾病诊断治疗及康复[1-2]。近年来，智能可穿戴设备逐步进入了临床诊疗领域，其市场规模快速增长，预计从2022 年到2030 年的复合年增长率为28.1%[3]。相比于普通用户仅需测量一两个参数实现自我健康监护，医疗场景中使用的可穿戴设备则能监测更多针对医疗需求的生理参数指标，通常由信息采集组件、信号处理组件、数据通信组件等构成，采用生物医学传感器配合处理器芯片及通信组件采集人体相关数据后进行分析、处理及传输，以四肢、躯干穿戴类多见[4-5]。伴随着加速康复外科（enhanced recovery after surgery，ERAS）理念的兴起和推广，智能可穿戴设备进入外科病房，应用于手术患者的术前及术后阶段，在提高围术期患者安全、减少术后并发症等方面展现出极为重要的应用前景。以下将综述智能可穿戴设备应用于ERAS 的现状和前景。

1 智能可穿戴设备在ERAS 中的应用

围术期医疗安全与质量一直是麻醉科医师和外科医师共同关注和探讨的重点，更是ERAS 理念中的关键环节。智能可穿戴设备可连续监测患者活动及生命体征，且因无线、微型等优点不影响患者活动与治疗，在外科患者中有着较高的依从性和实用性，在ERAS 措施执行中也显示出重要的应用价值，如用于术前风险评估及活动指导、术后生命体征连续监护、术后功能评估及动员激励等。

1.1 术前风险评估及活动指导

术前对患者的心肺功能、活动状态等进行准确的风险评估，有助于评估最佳手术时机，促进以患者个性化决策为中心的围术期照护。临床中存在多种围术期风险评估指标，术前活动水平也是其中的一种[6]。ERAS 临床路径中建议术前评估患者的活动耐量，以便于制订术前锻炼计划，提高患者功能储备[7]。智能可穿戴设备的活动追踪功能多采用三轴加速计实现，所以其评估能力足够客观准确[8]，可应用于患者术前风险评估及活动指导。

既往有研究表明，术前对体能较差的患者给予预康复治疗是促进患者术后身心恢复的重要手段[9-10]。而术前利用可穿戴设备的活动监测功能客观评估患者活动水平，一方面可为术后康复训练提供基线目标，另一方面有助于识别出基础活动较差的患者，以便提前进行预康复干预，预防深静脉血栓等术后并发症[11-12]。Richards 等[13]将Garmin vívofit®3 计步器[如图1（a）所示[14]]用于结直肠手术患者进行术前14 d 持续步数监测，客观衡量患者的基础活动水平以预测手术风险，结果提示术前活动步数较少可能增加老年患者结直肠手术后严重并发症发病率及术后住院时间，这一研究验证了可穿戴设备用于术前风险评估的可行性，为将可穿戴设备纳入术前风险评估实践提供了依据。Steffens 等[15]的关于腹部大手术患者的试验则验证了在患者术前2～6 周应用Fitbit Charge加速计[如图1（b）所示[16]]监督锻炼的可行性和依从性。Feeney 等[12]使用RT3 加速计对食管癌患者进行术前4 d 连续步数监测以评估其术前活动水平，结果发现患者在术前针对性增加体育锻炼可减少术后肺部并发症。在Billé 等[17]的一项研究中，对拟行肺叶切除术的患者使用3D TriSport 计步器[如图1（c）所示[18]]在术前14 d 进行活动水平连续监测，并将患者按术前活动水平分为4 个等级，分析患者术前活动水平与术后并发症间的关系，结果提示术前较高的活动水平是术后并发症的独立保护因素，表明术前使用计步工具评估活动水平可帮助医生对术后并发症风险进行分层，以预测术后死亡风险较高的患者并进行早干预和治疗。在Richards 等[13]的多中心随机对照试验中，结直肠癌患者在可穿戴设备的活动监测及指导下进行术前预康复锻炼，结果显示术前多模式预康复训练可能增强患者功能恢复能力并减少术后并发症，这也提示了智能可穿戴设备在外科患者术前预康复训练指导方面具有应用价值，是实现ERAS 目标的得力工具。

图1 几种用于术前风险评估及活动指导的智能可穿戴设备

1.2 术后生命体征无线连续

很多手术患者在术后都会发生不良事件，而术后早期识别并处理患者病情异常情况有利于术后转归[19-20]。尽管早期预警评分系统基于易得的生命体征和简单便捷的计算规则能及时识别出病情恶化的高危风险患者，促进早期干预从而改善临床结果[21]，但是普通外科病房通常以间歇监测模式为主[22-23]，较低的时间分辨力使得早期预警系统2 次测量之间的急剧恶化很容易被忽略[24]。Sun 等[25]的研究纳入了833名术后连续监测12 h 以上血氧饱和度（SpO2）的非心脏手术患者，发现在低氧血症持续1 h 的时间里常规护理间歇监测漏记了90%的低血氧事件。另外，包括荟萃分析在内的研究也有相同的结论，即连续监测比标准化间歇监测更易监测到生命体征的异常变化，使普通病房里的医护人员也能更早发现术后患者的临床病情恶化，以尽早干预治疗，甚至可以缩短患者的住院时间[26-28]。因此，对患者进行术后生命体征连续监测是早期识别和处理病情变化的必要及可行手段，尤其对于术后镇痛以及高龄、肥胖等高危患者。

传统的患者术后监测模式以床旁有线监测居多，在这种监测模式下的连续监测意味着患者被传输电缆“拴”在床上而无法早期下床活动，而术后早期下床活动却是ERAS 的重要临床措施。要同时实现术后连续监护与早期下床活动监测，监护仪则需具备微型、便携的传感器和信号无线传输技术。荷兰一项对食管癌术后病房医护人员的调查结果显示，大多数护士都希望使用无线传输技术对术后患者实施持续监测，以期提早发现术后并发症征兆[29]。2004年，首个多参数一体式腕戴远程医疗监护仪AMON的出现使患者移动监护成为现实[30]。之后，国内外相继研发的智能可穿戴设备层出不穷并逐步应用于术后患者，无线连续监测患者的术后心率、呼吸频率、SpO2等重要生命体征，在及时发现术后不良事件方面了发挥重要作用[31]。因无线、轻便等优势，智能可穿戴设备不妨碍患者正常活动和睡眠，具有较强的临床实用性和应用前景，深受患者和医护人员的欢迎。Cheng 等[32]在妇科手术患者中开展了一项前瞻性队列研究，患者术后自控镇痛期间使用Aingeal 无线监护仪[如图2（a）所示]监测呼吸频率等生命体征，结果显示Aingeal 监护与标准间歇监护一致性令人满意，用户体验良好。Posthuma 等[33]进行的一项前瞻性队列研究利用SensiumVitals 无线监护系统[如图2（b）所示[34]]在外科病房对术后患者的呼吸频率进行了连续4 d 监测，结果证明术后采用该无线监护系统实现连续生命体征监测可行，不仅解除了传统监护仪线路对患者的束缚和睡眠干扰，而且弥补了常规间歇监测方式对呼吸抑制事件的遗漏。另外，该无线监护贴片的患者耐受度在Leenen 等[35]的队列研究中也表现良好。Downey 等[36]将SensiumVitals 无线监护系统与早期预警评分系统进行了一项随机对照研究，结果表明相比于传统间歇监测，对外科病房患者行术后持续监测有助于病情恶化信号的早期识别，以帮助脓毒症患者更快接受抗生素治疗，患者住院时间更短且30 d 再入院率更低。陈宏如等[37]将ViSi Mobile无线监护仪[如图2（c）所示[38]]应用于高龄髋部骨折患者术后监测，研究结果表明无线可穿戴设备用于术后连续生命体征监测可有效减少术后眩晕、恶心呕吐、胸闷气喘等不良事件发生率。Breteler 等[34]利用4 种国外临床常见的可穿戴设备SensiumVitals、Masimo Radius-7、Health Patch、Early Sense system 等[如图2（b）、（d）、（e）、（f）所示]进行了一项关于术后患者远程无线监护的小型观察性研究，结果显示35.5%的患者发生了心房颤动、呼吸功能不全等不良事件，表明这4 种可穿戴设备在术后无线监测方面均具有实用价值，可为护理人员提供高危患者病情恶化的早期预警，具备提高患者安全性的潜力。而国内Mindray 公司研发的ePM/eP pod 系列无线监护仪[如图2（g）所示]在消化道手术患者中可实现术后2 d 连续监护，在早期识别呼吸循环不良事件方面表现良好[39]。

图2 几种用于术后连续监护的智能可穿戴设备

总之，智能可穿戴设备应用于外科病房可实现患者在无线连续监测下的安全早期动员，医护人员则可在护士中央站、医生办公室等非患者的活动区域远程实时掌握患者的生命体征变化，有利于第一时间做出临床决策。使用智能可穿戴设备行术后连续监测具有必要性及可行性，尤其是对及时监测高危患者病情恶化可能很有价值[40-41]。关于智能可穿戴设备连续监测的结构化访谈结果显示，患者的接受度和舒适度都很高，但无线监测的信号伪影仍需进一步改善[38]。

1.3 术后功能评估及动员激励

手术患者术后通常需要评估其恢复质量，尤其是骨关节手术等影响活动功能的患者，术后功能评估对其早期康复及干预至关重要。然而，传统的生活质量评分和主观患者报告等评估方法并不客观[42]。将智能可穿戴设备应用于多种类型手术后患者的活动持续监测，可帮助医护人员对患者恢复情况进行评估、分类并及时干预[43-46]。Thijs 等[47]利用Fitbit Charge计步器[如图1（b）所示[16]]监测不同类型的冠状动脉旁路移植术患者的术后活动水平，发现机器人辅助微创手术后的患者体力恢复明显早于非体外循环开胸手术。类似的，Kim 等[48]首次将Fitbit Charge 计步器应用于腰椎手术患者，对其术后活动进行连续一周监测，结果表明在腰椎手术患者中使用该类可穿戴设备监测活动水平是可行的，且监测的客观活动数据有可能对评估患者疼痛和预后情况有帮助。Iida等[49]使用LifecorderTM加速计[如图3（a）所示[50]]监测肝切除术患者的术后体力活动程度，发现术后活动水平可能与术后并发症密切相关。Agostini 等[51]使用SenseWear®Pro3 臂带计步器[如图3（b）所示[52]]记录开胸肺切除术后患者的活动情况，结果发现大型胸外科手术患者术后动员严重受限，并且活动量较少的患者其术后住院时长显著延长。Matsuo 等[53]采用Active style Pro[如图3（c）所示[54]]计步器监测下肢血管搭桥患者的术后活动水平，结果表明较高的活动水平与患者更好的远期预后相关。Takahashi 等[55]也采用该计步器追踪心脏手术后患者的院内每日活动步数，Cox 分析结果显示术后每日活动步数少于1 308是术后1 a 再住院的危险因素。Wu 等[56]则利用计步器追踪胃癌术后患者的活动情况，结果显示术后较多的活动步数与术后早期出院有关。此外，多项前瞻性研究采用可穿戴设备记录患者术后每日活动步数或时长，结果均发现术后较低的活动水平与较长的术后住院时间及增加的术后不良结果相关[7，57]。

图3 几种用于术后活动跟踪及激励的智能可穿戴设备

围术期体力活动减少是导致术后不良预后的独立危险因素，ERAS 临床路径中提倡患者术后早期下床活动，并建议为患者制订术后每日活动目标。然而，2016 年Wolk 等[58]观察了腹部大手术后患者的活动情况，发现高达50%的患者因缺乏加强活动的内在动力而未达到ERAS 每日活动目标。随后，该研究团队设计了一项随机对照试验，所有患者术后连续6 d佩戴Polar Loop 计步器[如图3（d）所示[59]]进行活动追踪，其中试验组额外设置患者可持续收到每日活动水平追踪结果反馈，而对照组则仅在后台记录活动数据，患者不收到任何追踪结果反馈。术后连续追踪6 d 后，结果显示活动追踪反馈使腹腔镜手术患者活动目标达标率由对照组的7.4%提高至试验组的27.6%，而且所有患者术后累计步数及术后第一天活动步数与术后住院时长均呈显著负相关，这表明在腹部手术后使用可穿戴设备追踪患者活动水平可以通过数据反馈起到内在激励作用，从而促进患者活动、加速术后恢复、缩短住院时长[60]。类似的，No 等[61]将LifeGram 计步器[如图3（e）所示[62]]应用于开腹的妇科大手术患者进行术后6 d 的活动追踪及反馈，结果发现该类活动追踪设备安全可行，且数据反馈可显著增加该类患者术后的活动水平。同样，在骨科、泌尿外科等其他手术后患者中的研究也证实了可穿戴设备监测术后活动水平的可行性以及提高活动水平、促进康复的潜力[63-64]。将智能可穿戴设备应用于术后患者可以客观地跟踪其活动水平，协助医护人员制订动员目标，并通过反馈动员完成情况来激励患者的活动自主性。

2 智能可穿戴设备用于ERAS 需解决的问题

目前，智能可穿戴设备应用于ERAS 仍处在探索期，并存在一些待解决的问题：

（1）系统发送的报警数量过多。智能可穿戴设备用于术后患者连续监护的优势在于不影响患者活动，但同时会带来另外一个问题——设备采集心电信号存在运动伪影，这将导致过多的系统误报，通常需要医护人员手动调整报警阈值及间隔以减少报警疲劳[19，36]。所以，未来智能可穿戴设备用于外科患者监测的突破点在于优化信号处理手段，如增加信号质量评估，降低信号伪影问题引起的误报警率，自动筛选真实数据以提高数据采集准确度[65-67]。另外，可尝试将机器学习和数据挖掘运用于生命体征监测报警体系[65，68-70]，实现更优预测算法以提高报警准确度，智能识别临床场景与事件以最大限度地减少误报的情况，并对临床恶化事件快速反应。

（2）设备监测的普适性有待进一步研究。目前，智能可穿戴设备可用于大多数患者，但其监测准确性受病患病情、临床场景的影响，如Kant 等[71]开展的一项关于可穿戴设备在临床肥胖人群中的验证性研究提示，Vital Connect、Health Patch 在监测肥胖患者的呼吸方面可靠性较差，未来需要研究在特殊人群中哪些传感器更准确。

（3）产品的轻便舒适性以及生产成本需继续革新。设备的体积大小、佩戴舒适性关系到患者的可接受度和依从性，而生产成本更是关系到能否在更多医院及不同的医疗场景普及。Javanbakht 等[72]的成本效益分析结果提示，智能可穿戴设备作为外科病房患者的术后干预是一种更具成本效益的策略，可以缩短患者术后住院时间、减少再入院率以及相关成本，尽管这是基于国外医疗保健体系的成本分析，但也为未来我国智能可穿戴设备的研发及临床推广提供了一定的参考。

（4）产品交互性有待进一步实用化和多样化。目前，大多数智能可穿戴设备以传统生理参数监测为主，越来越多的监护系统则结合了早期预警评分进行恶化事件预警。未来智能可穿戴设备可结合更多其他患者的功能评估手段，如SensEcho 数字化6 min步行系统则是利用可穿戴设备的活动跟踪及生理参数监测功能与传统6 min 步行试验相结合以多维度量化患者心肺功能，甚至搭载物联网技术所建立的数字化病房也是更多可穿戴设备应用于外科病房的发展方向[73]。另外，可考虑研究将临床中使用的睡眠质量、焦虑状态等相关评估量表整合至智能可穿戴设备的睡眠等生理监测功能中，对患者术前情绪基线及术后身心康复情况进行多维度评估。

3 结语

智能可穿戴设备是随多学科交叉应运而生的监护手段，具有无线、便携、实时、多参数等特点，在患者术前活动功能评估、术后增加患者活动并持续监测以早期发现生命体征变化方面具有实用价值。目前，国内智能可穿戴设备在ERAS 领域的应用仍处于探索和试点阶段，而且关于应用可穿戴设备监测直接改善手术患者临床结局的随机对照研究不多，可能由于设备的多样性以及研究设计的异质性等原因，目前不同的研究甚至得出相互矛盾的结论。国内外需进行大规模高质量的多中心临床试验，为将智能可穿戴设备应用于ERAS 领域并改善术后患者的临床结局提供更多临床证据。展望未来，智能可穿戴设备仍需继续革新以应对临床实际需求，成为实施ERAS 方案的有效辅助工具，助力减少术后不良事件，促进患者术后更优更早康复。