鄭慧芬

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加速度計(jì)在帕金森病中的應(yīng)用

鄭慧芬

帕金森病(PD)是一種常見神經(jīng)變性疾病,包括運(yùn)動(dòng)遲緩、靜止性震顫、強(qiáng)直和姿勢(shì)步態(tài)異常為主要特征的運(yùn)動(dòng)癥狀和睡眠障礙、認(rèn)知損害、嗅覺(jué)減退等非運(yùn)動(dòng)癥狀[1]。患者需要長(zhǎng)期藥物治療以控制癥狀,提高生活質(zhì)量,這就要求臨床醫(yī)師對(duì)患者病情作出客觀、精準(zhǔn)的判斷,提高早期診斷率、根據(jù)患者病情變化及時(shí)調(diào)整治療,并對(duì)藥物和其他治療的療效做出恰如其分的評(píng)判。

目前臨床上廣泛使用統(tǒng)一帕金森病評(píng)定量表(UPDRS)、H-Y分期等對(duì)PD患者臨床癥狀嚴(yán)重程度、日常生活能力和藥物并發(fā)癥等進(jìn)行診斷和評(píng)估,這些結(jié)果無(wú)可避免地會(huì)受到患者癥狀波動(dòng)和評(píng)分人員主觀因素的影響,而臨床工作中往往需要醫(yī)師在較短的就診時(shí)間內(nèi)就對(duì)患者病情做出分析和判斷。中、晚期患者常常會(huì)出現(xiàn)癥狀波動(dòng),為了便于出門,患者多選擇服藥效果較好的“開期”就診,“關(guān)期”的情況和一些藥物并發(fā)癥只能由患者或陪護(hù)人員口述,這樣的信息很可能不全面,甚至是錯(cuò)誤的。更為重要的是臨床醫(yī)師不能對(duì)患者日常生活環(huán)境下的癥狀進(jìn)行實(shí)時(shí)及長(zhǎng)時(shí)程連續(xù)觀察。以上這些無(wú)疑是臨床長(zhǎng)期管理PD患者的巨大障礙。

加速度計(jì)是測(cè)量運(yùn)載體線加速度的儀表,1991年即有其在PD中的應(yīng)用研究[2]。近幾年,隨著技術(shù)的發(fā)展,其輕巧、便于攜帶,不僅能進(jìn)行時(shí)域、頻域分析,獲得諸如躺、坐、站、走和跑等運(yùn)動(dòng)特征,對(duì)諸如步頻、步幅、軀干傾角、Timed Up and Go(TUG)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)對(duì)稱性、協(xié)調(diào)性等PD比較敏感的特征參量進(jìn)行隨時(shí)隨地更精準(zhǔn)、更可靠的檢測(cè)和定量分析,而且可以進(jìn)行日常生活的長(zhǎng)時(shí)程觀察,從而為PD患者臨床癥狀提供更為客觀的評(píng)估。在此，本研究將分幾個(gè)方面概述其在PD中的應(yīng)用,及該可穿戴技術(shù)現(xiàn)有和潛在的評(píng)估策略。

1　對(duì)PD患者運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行定性、定量分析

1.1步態(tài)障礙PD患者步態(tài)障礙表現(xiàn)為慌張步態(tài)、凍結(jié)步態(tài)等。應(yīng)用加速度儀和相關(guān)硬件,不僅可獲取步態(tài)不對(duì)稱和凍結(jié)等步態(tài)參數(shù),同時(shí)可將步速、步幅、擺臂等信號(hào)自動(dòng)量化分析。步態(tài)不對(duì)稱的定量分析有助于提高PD診斷率;凍結(jié)步態(tài)有助于指導(dǎo)調(diào)整治療、減少跌倒的發(fā)生;步幅、擺臂等方面的分析有助于發(fā)現(xiàn)高危人群的臨床前運(yùn)動(dòng)功能改變,為修飾性治療提供時(shí)間窗。

臨床多用TUG測(cè)試評(píng)估PD患者步態(tài)、肢體平衡性、靈活度和跌倒風(fēng)險(xiǎn)。17例患者H-Y分期(2.7±0.7)(開期)和15例正常對(duì)照常規(guī)秒表TUG 結(jié)果僅顯示總時(shí)間略微增加;通過(guò)加速度計(jì)對(duì)各時(shí)間段和幅度等多方面的分析,不僅發(fā)現(xiàn)總時(shí)間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;同時(shí)提示坐姿到站立和站立到坐下的轉(zhuǎn)化過(guò)程是較為敏感的指標(biāo)[3]。

凍結(jié)步態(tài)是中、晚期PD患者的常見癥狀,主要表現(xiàn)為短暫的起步、轉(zhuǎn)身困難或遇障礙物時(shí)不能繼續(xù)行走,多見于關(guān)期。臨床醫(yī)師多通過(guò)觀察患者的臨床表現(xiàn)結(jié)合UPDRS和FOG-Q量表進(jìn)行評(píng)估。近10年來(lái),臨床醫(yī)師對(duì)患者TUG視頻分析的方法被公認(rèn)為是其診斷“金標(biāo)準(zhǔn)”。對(duì)10例有凍結(jié)病史PD患者視頻分析和單一部位加速度計(jì)檢測(cè)比較,加速度計(jì)在凍結(jié)發(fā)生率和凍結(jié)時(shí)間有更高的可信度;同時(shí)還發(fā)現(xiàn)凍結(jié)步態(tài)以增加下肢高頻(3～8 Hz)震顫,減少低頻(0～3 Hz)運(yùn)動(dòng)為特征[4];在后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)多部位加速度計(jì)有更高的準(zhǔn)確性、敏感性和特異性[5]。

擺臂的協(xié)調(diào)性和對(duì)稱性是正常步態(tài)的重要組成部分。對(duì)8例早期PD患者和正常對(duì)照8 m行進(jìn)過(guò)程中擺臂協(xié)調(diào)性和對(duì)稱性的動(dòng)態(tài)觀察,發(fā)現(xiàn)PD患者擺臂的不對(duì)稱性(ASA)明顯增加,最大互相關(guān)聯(lián)(MXC)減少;雙側(cè)手臂擺動(dòng)的瞬時(shí)相對(duì)相位(IRP)分布顯著不同于對(duì)照組,PD患者和正常對(duì)照控制角的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為67.2°和50.6°;其中ASA與UPDRS量表評(píng)分中四肢運(yùn)動(dòng)癥狀方面(包括震顫、強(qiáng)直和運(yùn)動(dòng)遲緩三方面總和)的分值相關(guān),而MXC與肢體震顫方面的分值密切相關(guān)[6]。

1.2震顫靜止性震顫是PD最常見和容易識(shí)別的癥狀。由于震顫的嚴(yán)重程度在1 d內(nèi)可以有較大的變化,這對(duì)患者病情嚴(yán)重程度和藥物療效觀察造成一定的影響。利用加速度計(jì)和PDA結(jié)合可以對(duì)患者進(jìn)行醫(yī)院和(或)家庭的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè),同步數(shù)據(jù)傳輸,醫(yī)師根據(jù)結(jié)果及時(shí)提出建議、調(diào)整治療。家庭生活中的監(jiān)測(cè)不僅可以減少患者住院時(shí)間、降低醫(yī)療費(fèi)用;而且可以觀察日常生活中的藥物療效,以及體力活動(dòng)、吸煙和飲食等對(duì)震顫的影響。通過(guò)對(duì)患者峰值頻率的幅度、功率、總功率以及低頻(1～4 Hz)和高頻(4～7 Hz)狀態(tài)下不同功率的比較,加速度計(jì)對(duì)PD的檢測(cè)達(dá)到完美的精確度(AUC=1),靈敏度和特異性均為100%[7]。

1.3姿勢(shì)平衡姿勢(shì)平衡障礙是PD患者跌倒發(fā)生的重要原因,平衡功能的綜合評(píng)估不僅包括對(duì)患者功能性平衡的評(píng)估,還需對(duì)平衡各主要成因功能的分析[8]。臨床醫(yī)師多用UPDRS量表評(píng)估患者的平衡能力,可信度和敏感性均較低,影響對(duì)患者癥狀判斷和病情進(jìn)展的動(dòng)態(tài)觀察。在行走過(guò)程中,易跌倒PD患者存在朝向側(cè)面方向的壓力中心(COP)位移增加。測(cè)力板對(duì)COP的檢測(cè)有較高敏感性,但其價(jià)格昂貴,臨床不能常規(guī)使用。攜帶式加速度計(jì)可替代測(cè)力板對(duì)COP進(jìn)行檢測(cè),測(cè)力板和加速度儀對(duì)13例未治療早期PD患者和12例正常對(duì)照檢測(cè)結(jié)果顯示兩者有相似的敏感性;對(duì)不同分期的17例PD患者(開期)和17例正常對(duì)照檢測(cè)結(jié)果顯示加速度計(jì)檢測(cè)具有較高的敏感性和可信度,多項(xiàng)時(shí)域和頻域結(jié)果與UPDRS量表中姿勢(shì)平衡障礙評(píng)分相一致[9]。臨床醫(yī)生可借助加速度計(jì)客觀、便捷地測(cè)量患者姿勢(shì)控制能力,在跌倒發(fā)生前將其識(shí)別,及時(shí)調(diào)整治療。

2　提高早期診斷率

臨床多用UPDRS量表結(jié)合美多巴沖擊試驗(yàn)診斷早期PD患者,結(jié)果很大程度上受檢查者主觀影響。對(duì)于僅出現(xiàn)輕微步態(tài)改變的早期PD患者,TUG常規(guī)秒表檢測(cè)結(jié)果往往沒(méi)有明顯差異,這可能與其不能進(jìn)行各時(shí)間段單獨(dú)分析有關(guān)。應(yīng)用加速度計(jì)通過(guò)對(duì)各部分時(shí)間和擺臂的自動(dòng)分析,顯示早期PD患者擺臂角速度、轉(zhuǎn)身時(shí)間、以及轉(zhuǎn)身至坐下時(shí)間均有顯著差異;手臂的擺動(dòng),步態(tài)的節(jié)律、軀干旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)速度是其最敏感指標(biāo)[10]。PD患者起步時(shí)往往出現(xiàn)猶豫和凍結(jié),而起步前,存在COP向后和起步腿方向運(yùn)動(dòng)以加速身體中心向前超過(guò)站立腿的姿勢(shì)預(yù)調(diào)整(APA),APA下降是其重要癥狀,可引起嚴(yán)重的平衡和運(yùn)動(dòng)功能障礙。早期PD患者在步長(zhǎng)和步速下降之前,就可出現(xiàn)APA峰值的下降[11]。這些結(jié)果也提示PD早期運(yùn)動(dòng)遲緩是廣義的,不是具體到身體某一部分姿勢(shì)或步態(tài)變化,患者很可能表現(xiàn)為某些參數(shù)出現(xiàn)改變,而其他一些參數(shù)完全正常。通過(guò)加速度計(jì)對(duì)各種體位轉(zhuǎn)換和步態(tài)的綜合分析,能更為敏感地發(fā)現(xiàn)早期PD患者運(yùn)動(dòng)功能的變化,幫助臨床醫(yī)師提高早期診斷率。

3　觀察藥物并發(fā)癥

加速度計(jì)還可應(yīng)用于鑒別和評(píng)估左旋多巴治療誘發(fā)的運(yùn)動(dòng)障礙。長(zhǎng)時(shí)間左旋多巴的治療,患者會(huì)出現(xiàn)癥狀波動(dòng)和異動(dòng)等運(yùn)動(dòng)并發(fā)癥。異動(dòng)表現(xiàn)為四肢、軀干和頭部等部位舞蹈樣動(dòng)作,目前臨床上缺乏對(duì)其的客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)異動(dòng)運(yùn)動(dòng)評(píng)估最大的障礙在于如何在各種類型運(yùn)動(dòng)中將其和震顫等其他臨床癥狀區(qū)分開來(lái)。通過(guò)加速度計(jì)和陀螺儀對(duì)正常對(duì)照、無(wú)異動(dòng)PD患者和并發(fā)不同程度異動(dòng)PD患者(包括開期和關(guān)期)模擬日常生活躺、坐、行走、開門、喝水等動(dòng)作過(guò)程中異動(dòng)、震顫、凍結(jié)步態(tài)等觀測(cè),發(fā)現(xiàn)異動(dòng)和震顫頻率分別為2～5 Hz和5～10 Hz,震顫能量積聚在窄頻帶,一些異動(dòng)患者有較寬的頻帶,異動(dòng)的嚴(yán)重程度隨時(shí)間變化;并通過(guò)交叉驗(yàn)證,證實(shí)該方法對(duì)異動(dòng)的敏感度和陽(yáng)性預(yù)測(cè)值(包括各種不同嚴(yán)重程度)分別為80.35%和76.84%[12]。

4　對(duì)臨床癥狀進(jìn)行長(zhǎng)程監(jiān)測(cè)

運(yùn)動(dòng)癥狀波動(dòng)和藥物并發(fā)癥是中、晚期PD 患者常見癥狀,有時(shí)難以預(yù)測(cè)其發(fā)生,臨床醫(yī)師多通過(guò)UPDRS量表進(jìn)行評(píng)估。雖然患者可以通過(guò)日記方式記錄服藥和癥狀波動(dòng)及藥物并發(fā)癥時(shí)間,但很可能難以準(zhǔn)確、客觀地評(píng)價(jià)自己癥狀的嚴(yán)重程度,正確區(qū)分癥狀之間的不同之處,將影響相應(yīng)治療的調(diào)整。對(duì)PD患者和正常對(duì)照步態(tài)24 h監(jiān)測(cè)證實(shí)加速度計(jì)和視頻結(jié)果一致性達(dá)100%[13]。9例PD患者和10例正常對(duì)照在家庭中通過(guò)視頻指導(dǎo)完成UPDRS-Ⅲ中有關(guān)震顫和運(yùn)動(dòng)遲緩相關(guān)內(nèi)容的檢測(cè),通過(guò)加速度計(jì)捕捉相關(guān)信息,對(duì)震顫和手部運(yùn)動(dòng)速度、幅度和節(jié)律變化進(jìn)行 3～6 d連續(xù)分析,能較好地評(píng)估藥物對(duì)震顫和運(yùn)動(dòng)遲緩的療效和療效持續(xù)時(shí)間[14]。連續(xù)性監(jiān)測(cè)可以解決準(zhǔn)確評(píng)估PD病情動(dòng)態(tài)變化這一關(guān)鍵問(wèn)題,對(duì)震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、運(yùn)動(dòng)障礙的嚴(yán)重程度以及藥物反應(yīng)給出更為客觀的判斷。

5　輔助臨床評(píng)分

如前所述,可以利用加速度計(jì)對(duì)PD患者運(yùn)動(dòng)癥狀和藥物并發(fā)癥嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)估,臨床量表相關(guān)項(xiàng)目也可以借助此自動(dòng)完成,而不受檢查者主觀影響。利用食指部位加速度計(jì)對(duì)UPDRS-Ⅲ中食指和拇指對(duì)指動(dòng)作(FT)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)其對(duì)單個(gè)手指動(dòng)作識(shí)別有99%的準(zhǔn)確率,在此過(guò)程中觀測(cè)到多種加速和減速,和神經(jīng)專家通過(guò)視頻的分析結(jié)果相吻合[15]。

6　輔助和指導(dǎo)康復(fù)鍛煉

通過(guò)對(duì)33例早、中期PD患者1年前后7 d日常活動(dòng)的連續(xù)監(jiān)測(cè)、比較,發(fā)現(xiàn)患者每日動(dòng)態(tài)活動(dòng)強(qiáng)度和數(shù)量有明顯下降,其頻率和持續(xù)時(shí)間無(wú)太大變化[16]。這樣PD病程自然發(fā)展數(shù)據(jù)的收集,可以為物理干預(yù)治療目標(biāo)的設(shè)定提供依據(jù)。一些針對(duì)平衡、步態(tài)和力量的有氧運(yùn)動(dòng)有助于提高PD患者的運(yùn)動(dòng)功能,延緩病情進(jìn)展,與單獨(dú)訓(xùn)練相比較,生物反饋訓(xùn)練對(duì)提高姿勢(shì)穩(wěn)定性更加有效。以加速度計(jì)連接PDA的Sensaction-AAL項(xiàng)目是一種以家庭為基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)和干預(yù)系統(tǒng),該系統(tǒng)能在患者鍛煉時(shí)提供音頻生物反饋,及時(shí)校準(zhǔn),同時(shí)預(yù)測(cè)跌倒的發(fā)生,指導(dǎo)患者康復(fù)鍛煉。有研究顯示,使用該系統(tǒng)進(jìn)行1月姿勢(shì)和平衡鍛煉,患者平衡能力、生活質(zhì)量和抑郁狀態(tài)均明顯好轉(zhuǎn),患者對(duì)這種家庭式鍛煉方式也更容易接受[17]。 PD患者睡眠、認(rèn)知、疼痛等非運(yùn)動(dòng)癥狀受到越來(lái)越多的關(guān)注,隨著研究方法多元化的發(fā)展,加速度計(jì)也參與到睡眠、認(rèn)知等非運(yùn)動(dòng)癥狀方面。

6.1睡眠早期PD患者就可出現(xiàn)睡眠行為障礙[18],近幾年,人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的分析技術(shù)發(fā)生很大變化,如基于趨勢(shì)波動(dòng)分析(DFA)的冪型自相關(guān)指數(shù)(PLE)技術(shù)應(yīng)用于PD運(yùn)動(dòng)障礙研究,PLE可反映PD患者的運(yùn)動(dòng)障礙,而不受震顫或日常生活模式的影響。利用加速度計(jì)采集的數(shù)據(jù)對(duì)睡眠潛伏期(SL),睡眠效率(SE),蘇醒時(shí)間,蘇醒持續(xù)時(shí)間進(jìn)行分析,可以對(duì)睡眠質(zhì)量進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[19]。研究發(fā)現(xiàn),養(yǎng)血清腦顆粒明顯減少PD患者睡眠時(shí)間的肢體活動(dòng),降低睡眠時(shí)間和清醒時(shí)間局部PLE值,改善覺(jué)醒睡眠節(jié)律, 提高患者日常生活能力[20]。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加速度計(jì)變異小,非常適合睡眠的研究。利用最初原始加速度信號(hào),不僅可以很容易地匯集不同品牌MEMS加速度計(jì)獲得的數(shù)據(jù),還可探索新方法優(yōu)化睡眠中運(yùn)動(dòng)的評(píng)估[21]。在未來(lái)的研究,可結(jié)合視頻監(jiān)控,PSG和MEMS加速度計(jì)深入分析三維加速度信號(hào)對(duì)睡眠評(píng)估的靈敏度和特異性,進(jìn)一步拓展其在睡眠中的應(yīng)用。

6.2認(rèn)知步態(tài)和認(rèn)知之間的關(guān)系日益受到重視,步態(tài)不再被視為一個(gè)簡(jiǎn)單的自動(dòng)化活動(dòng),其完成需要執(zhí)行功能和注意力的配合,皮層運(yùn)動(dòng)中樞、基底節(jié)和丘腦以及認(rèn)知和邊緣通路都參與其中[22]。認(rèn)知障礙影響PD患者的運(yùn)動(dòng)功能,降低其日常生活能力[23]，此種運(yùn)動(dòng)與非運(yùn)動(dòng)之間緊密的相互作用提示,可以通過(guò)加速度計(jì)在運(yùn)動(dòng)方面的定量分析推斷出注意力、執(zhí)行功能、視覺(jué)空間功能等非運(yùn)動(dòng)功能狀態(tài)。有研究發(fā)現(xiàn)伴有輕度認(rèn)知功能障礙的PD患者步長(zhǎng)、擺動(dòng)時(shí)間和平衡能力出現(xiàn)更為明顯的下降;而這些功能障礙只有部分可以由左旋多巴逆轉(zhuǎn)[24];在雙任務(wù)條件下(包括開期和關(guān)期)該變化更為顯著。對(duì)PD患者正常行走狀態(tài)和順次減3(或減7)狀態(tài)下行走的步速、步幅、擺臂和執(zhí)行功能的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),認(rèn)知障礙特別是執(zhí)行功能和注意力與姿勢(shì)平衡下降和跌倒密切相關(guān)[25]。同樣步態(tài)對(duì)稱性方面的研究發(fā)現(xiàn),PD患者步態(tài)對(duì)稱性與認(rèn)知功能和注意力相關(guān),一旦患者集中注意力至步態(tài)上,能明顯改善其步態(tài)障礙。與通常的行走狀態(tài)相比,PD患者在雙重任務(wù)狀態(tài)下,步態(tài)的不對(duì)稱性顯著增加[26]。對(duì)29例處于相對(duì)“關(guān)期”的PD患者,4種不同任務(wù)狀態(tài)下步態(tài)變化觀察和比較,發(fā)現(xiàn)注意力和執(zhí)行功能參與運(yùn)動(dòng)功能不同方面的調(diào)節(jié),在功能性行走任務(wù)的過(guò)程中,持續(xù)關(guān)注對(duì)步速影響超過(guò)執(zhí)行功能[27]。

目前有許多量表用于臨床醫(yī)師對(duì)PD患者的評(píng)估,大部分是主觀或部分客觀,不僅在一定程度上受檢查者主觀影響,而且不能定量反映疾病的嚴(yán)重程度。PD患者運(yùn)動(dòng)癥狀變化是廣義的,早期到中、晚期的發(fā)展過(guò)程中,每個(gè)患者異常頻譜變化也不盡相同。一個(gè)客觀、可靠的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),是早期診斷、全面綜合治療和長(zhǎng)期管理PD的必要條件?？纱┐魇郊铀俣扔?jì)為臨床醫(yī)師提供更多定量、與日常生活相關(guān)的數(shù)據(jù),也可進(jìn)行隨時(shí)隨地的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀察,是較理想的PD臨床癥狀評(píng)估手段。

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210029江蘇省南京市，南京醫(yī)科大學(xué)附屬腦科醫(yī)院老年神經(jīng)科

R 742.5

Adoi:10.3969/j.issn.1003-9198.2016.04.025

2015-04-14)