盧 雯 陳湘玉 史冬泉 史婷奇 李昕華

(南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院 南京 210008)

1 引言

2 資料與方法

檢索中國知網(wǎng)、維普數(shù)據(jù)庫、萬方醫(yī)學(xué)、PubMed數(shù)據(jù)庫，搜索可穿戴設(shè)備在骨科護(hù)理康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)文獻(xiàn)共368篇。其中英文279篇，中文89篇。使用主題詞和關(guān)鍵詞檢索，中文檢索詞為：可穿戴設(shè)備/康復(fù)/骨科康復(fù)/康復(fù)護(hù)理/康復(fù)訓(xùn)練；英文檢索詞為：Wearable devices/ rehabilitation/orthopedic/rehabilitation/rehabilitation nursing/rehabilitation training。檢索方式為主題詞檢索；時(shí)間限制為自建庫起至2021年。納入與可穿戴設(shè)備在骨科康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用相關(guān)文獻(xiàn)；排除標(biāo)準(zhǔn)是與可穿戴設(shè)備相關(guān)度不高的文獻(xiàn)、重復(fù)發(fā)表的研究、總結(jié)報(bào)告、通訊報(bào)道、知識(shí)介紹、非中英文文獻(xiàn)。對(duì)所檢索文獻(xiàn)遵照納入與排除標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選，篩選后共獲得文獻(xiàn)368篇，閱讀標(biāo)題和摘要后共納入113篇，逐篇閱讀全文，最終納入文獻(xiàn)52篇。對(duì)納入的52篇文章詳細(xì)閱讀，選取有代表性的研究成果進(jìn)行介紹。

3 可穿戴設(shè)備

3.1 定義與相關(guān)技術(shù)

3.1.1 定義 指采用穿戴技術(shù)對(duì)日常設(shè)備進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，用特定算法進(jìn)行技術(shù)運(yùn)行，附著或穿在用戶身上的一類產(chǎn)品，監(jiān)測(cè)范圍包括運(yùn)動(dòng)、環(huán)境、生理、醫(yī)療、護(hù)理等數(shù)據(jù)信息。根據(jù)我國《醫(yī)療器械監(jiān)督管理?xiàng)l例》規(guī)定，以疾病診斷、監(jiān)測(cè)等作為預(yù)期目標(biāo)的可穿戴設(shè)備才可作為醫(yī)療器械進(jìn)行管理?？纱┐髟O(shè)備通過軟件支持、數(shù)據(jù)交互及云端交互實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能[3]。

3.1.2 可穿戴技術(shù)(Wearable Technology，WT) 融合無線電、多媒體及傳感器等技術(shù)，在此基礎(chǔ)上制造出通過手勢(shì)、眼球運(yùn)動(dòng)等動(dòng)作即可操控并能隨身攜帶的設(shè)備?？纱┐髟O(shè)備是可以穿戴在人身體上的設(shè)備總稱，其形式已由最初的智能手環(huán)發(fā)展到四肢外骨骼機(jī)器人等。其在骨科應(yīng)用由簡(jiǎn)單的記錄心率、體溫等生命體征，逐步擴(kuò)展到四肢活動(dòng)度和步態(tài)分析、力學(xué)靜態(tài)穩(wěn)定計(jì)算及分析等[4]。隨著藍(lán)牙、WIFI、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人體通信技術(shù)的發(fā)展，WT應(yīng)用更加精準(zhǔn)化和個(gè)體化，其在骨科康復(fù)護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

3.2 國外骨科康復(fù)護(hù)理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.2.1 概述 隨著全球家庭康復(fù)需求不斷增長，創(chuàng)新型可穿戴設(shè)備在國外長期發(fā)展中走向成熟，幫助患者遠(yuǎn)程康復(fù)，通過外力輔助患者進(jìn)行肢體活動(dòng)，對(duì)缺失行走能力的人群開展訓(xùn)練，幫助有需求的人群提高康復(fù)能力。

3.2.2 遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè) 可穿戴式心率監(jiān)測(cè)儀、健康監(jiān)測(cè)儀、3D追蹤器等可穿戴設(shè)備可提供遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)功能，使不同地域患者共享優(yōu)質(zhì)醫(yī)療及護(hù)理資源。Mehta S J、Hume E和Troxel A B等[5]利用可穿戴監(jiān)視器，對(duì)髖關(guān)節(jié)及膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者進(jìn)行術(shù)后跟蹤步數(shù)、術(shù)后康復(fù)鍛煉、疼痛評(píng)分等，評(píng)估患者出院率，結(jié)果顯示干預(yù)組再住院率顯著降低。Chughtai M、Kelly J J和Newman J M等[6]評(píng)估遠(yuǎn)程康復(fù)平臺(tái)在全膝或單膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者中的康復(fù)應(yīng)用，評(píng)價(jià)虛擬康復(fù)平臺(tái)可用性、患者物理治療時(shí)間及臨床結(jié)局，降低康復(fù)成本，提升便利性，最終提高患者依從性和滿意度?？纱┐髟O(shè)備不僅能監(jiān)測(cè)生命體征，還能將監(jiān)測(cè)和收集到的數(shù)據(jù)反饋給用戶端，打破地區(qū)限制，為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

3.2.3 功能康復(fù) 通過運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元獲取大腦神經(jīng)信號(hào)，探測(cè)皮膚表面微弱的信號(hào)，再通過動(dòng)力裝置控制肌肉和骨骼移動(dòng)。例如可穿戴式智能鞋可顯著改善下肢骨折和髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者的異?？祻?fù)模式；可穿戴踝關(guān)節(jié)機(jī)器人輔助下肢運(yùn)動(dòng)障礙者進(jìn)行踝部功能鍛煉，避免足下垂和外翻，改善步態(tài)生物力學(xué)，減少對(duì)輔助設(shè)備的依賴。Eichler S、Rabe S和Salzwedel A等[7]開展關(guān)節(jié)置換患者術(shù)后運(yùn)動(dòng)治療相關(guān)研究，對(duì)全髖關(guān)節(jié)或膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者進(jìn)行交互式遠(yuǎn)程康復(fù)干預(yù)，患者在身體機(jī)能、功能活動(dòng)、生活質(zhì)量和疼痛方面均優(yōu)于常規(guī)組。Tousignant M、Moffet H和Nadeau S等[8]提供全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者出院后的連續(xù)護(hù)理服務(wù)，為家庭遠(yuǎn)程康復(fù)有效性提供可靠數(shù)據(jù)。Villafae J H、Taveggia G和Galeri S等[9]評(píng)估機(jī)器人輔助活動(dòng)對(duì)手部麻痹中風(fēng)患者的有效性?？纱┐髟O(shè)備遠(yuǎn)程采集生物特征數(shù)據(jù)用以開發(fā)定制更為合適的康復(fù)護(hù)理方案， 促進(jìn)患者早日康復(fù)。

3.2.4 老年骨科患者中的應(yīng)用 可穿戴設(shè)備在老年骨科患者康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用成效顯著。日本制造的可穿戴機(jī)器人HAL是一款針對(duì)腦血管患者等或高齡造成的腿力變差的外骨骼機(jī)器人，用于患者基礎(chǔ)訓(xùn)練以及因脊椎損傷、腦溢血而癱瘓患者的康復(fù)。在HAL的幫助下老年患者不僅可以進(jìn)行正常生活，還可以完成站立、步行、攀爬、抓握、舉重物等高難度動(dòng)作。可穿戴式老年人跌倒預(yù)警儀則可通過傳感器捕捉到患者姿勢(shì)并進(jìn)行分析，如果出現(xiàn)異?？梢钥焖俜从车脚宕髡叩氖謾C(jī)終端等，通過震動(dòng)預(yù)警患者，預(yù)防老年患者跌倒。

3.3 我國骨科康復(fù)護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來我國重視醫(yī)療器械設(shè)備領(lǐng)域發(fā)展，針對(duì)各類患病群體的治療器械開發(fā)與研究持續(xù)推進(jìn)?？纱┐髟O(shè)備作為智慧醫(yī)療的重要組成部分已應(yīng)用于骨科康復(fù)護(hù)理領(lǐng)域?？纱┐髟O(shè)備便于攜帶，針對(duì)患者日常穿戴進(jìn)行智能化配置，打破了傳統(tǒng)康復(fù)護(hù)理的限制，可實(shí)時(shí)采集、分析、傳輸人體信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者健康狀態(tài)的多元化監(jiān)測(cè)，提高患者自我管理積極性。國內(nèi)康復(fù)機(jī)器人、智能穿戴等康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域相關(guān)研究不斷發(fā)展。如馬可[10]介紹一種應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)康復(fù)患者的可穿戴設(shè)備；錢歡、洪洋和潘鋼[11]基于傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)一款下肢骨折康復(fù)護(hù)理監(jiān)護(hù)儀；周聰[12]介紹了一款穿戴式髖關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。未來我國骨科遠(yuǎn)程會(huì)診、骨科康復(fù)醫(yī)療及護(hù)理大數(shù)據(jù)平臺(tái)等新載體的建立需要可穿戴設(shè)備作為基礎(chǔ)支撐。

網(wǎng)絡(luò)凝聚子群是網(wǎng)絡(luò)中的行為者子集，其中行動(dòng)者之間存在相對(duì)較強(qiáng)、直接、緊密、經(jīng)?；蛘叻e極的關(guān)系[13]。本文設(shè)置凝聚子群最大切分深度為3，共得到8個(gè)派系分類(如表1)。

4 可穿戴設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

4.1 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

可穿戴設(shè)備主要由傳感、通信、數(shù)據(jù)處理組件構(gòu)成，涉及傳感器、顯示器、無線通信、數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)安全等方面。其主要由4個(gè)基礎(chǔ)單元組成，即傳感單元、通信單元、處理單元及顯示單元。具有可移動(dòng)性、可穿戴性、可持續(xù)性、可交互性及簡(jiǎn)單操作性等特點(diǎn)[13]。

4.2 傳感單元

可穿戴設(shè)備是利用傳感器或藍(lán)牙等連接進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)跟蹤、展示及數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜藱C(jī)交互智能技術(shù)，可通過主機(jī)內(nèi)置傾斜傳感器追蹤患者步行時(shí)小腿前后擺動(dòng)的位置角度和速度，在輔助患者行走過程中為其設(shè)計(jì)個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練。

4.3 通信單元

通信單元用于建立移動(dòng)端與可穿戴設(shè)備的連接，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)接收服務(wù)，同時(shí)通過電力5G無線專網(wǎng)可將接收到的數(shù)據(jù)(圖片、視頻等)上傳至服務(wù)器和從服務(wù)器下載信息。

4.4 處理單元

可穿戴康復(fù)設(shè)備能遠(yuǎn)程記錄康復(fù)數(shù)據(jù)?？祻?fù)系統(tǒng)中所有功能還存在不同配置信息、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等信息，數(shù)據(jù)庫能根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行歸檔、快速查詢并保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性、可靠性、一致性。

4.5 顯示單元

可穿戴設(shè)備使患者足不出戶便可實(shí)現(xiàn)對(duì)刺激器參數(shù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)控和語音視頻指導(dǎo)，可自動(dòng)生成健康報(bào)告，實(shí)時(shí)保存患者康復(fù)數(shù)據(jù)并反饋給護(hù)理人員，及時(shí)調(diào)整康復(fù)護(hù)理方案。

5 可穿戴設(shè)備在骨科康復(fù)護(hù)理中的應(yīng)用特征

5.1 設(shè)有預(yù)警機(jī)制

不正確的康復(fù)方式可能會(huì)導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)和骨組織二次損傷?？纱┐髟O(shè)備的多種鍛煉模式基于壓力變化感知分析，對(duì)用戶康復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警。如果出現(xiàn)壓力驟變等異常情況手機(jī)端APP將出現(xiàn)警示，提醒用戶更正不正確的鍛煉方式，避免組織關(guān)節(jié)損傷，將記錄的壓力數(shù)據(jù)反饋給康復(fù)護(hù)士，通過軟件進(jìn)行可視化數(shù)據(jù)分析。

5.2 便攜性與可移動(dòng)性

可穿戴設(shè)備便于攜帶，具有遠(yuǎn)程跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)等功能，可用于骨科患者人體生理參數(shù)健康監(jiān)護(hù)及康復(fù)運(yùn)動(dòng)監(jiān)護(hù)?？纱┐髟O(shè)備主動(dòng)協(xié)助患者進(jìn)行關(guān)節(jié)康復(fù)運(yùn)動(dòng)，刺激肌肉活動(dòng)，降低心肺代謝率，達(dá)到改善步態(tài)指標(biāo)的目的；可進(jìn)行人體步態(tài)分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，提出針對(duì)骨科患者術(shù)后康復(fù)的評(píng)價(jià)方法[14]。

5.3 持續(xù)收集可視化數(shù)據(jù)

可穿戴設(shè)備利用算法生成可視化數(shù)據(jù)，幫助康復(fù)護(hù)士分析數(shù)據(jù)中的信息和規(guī)律，使用集成視圖將康復(fù)相關(guān)所有信息集成顯示，改進(jìn)和完善現(xiàn)有骨科康復(fù)護(hù)理方案，促進(jìn)康復(fù)護(hù)理領(lǐng)域科研及臨床治療發(fā)展，同時(shí)為計(jì)算機(jī)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用開辟廣闊空間。

5.4 具有反饋機(jī)制

在大部分骨科手術(shù)治療中術(shù)后康復(fù)護(hù)理占據(jù)主導(dǎo)地位，需重視院外患者康復(fù)依從性和有效性。可穿戴設(shè)備能夠輔助進(jìn)行關(guān)節(jié)屈伸活動(dòng)度訓(xùn)練以防止關(guān)節(jié)粘連，設(shè)有多傳感器，可多關(guān)節(jié)、多角度、多方向監(jiān)測(cè)患者術(shù)后鍛煉，通過算法直觀地將數(shù)據(jù)反饋給護(hù)士，護(hù)士通過觀察患者鍛煉角度達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)情況以修正和調(diào)整康復(fù)護(hù)理方案。

6 在骨科康復(fù)護(hù)理中的優(yōu)勢(shì)

6.1 提高患者獲得感，減少護(hù)患糾紛

可穿戴設(shè)備為幫助骨科患者康復(fù)提供客觀數(shù)據(jù)，為骨科患者提供更加精準(zhǔn)的院外康復(fù)護(hù)理方案，滿足患者和家屬在家庭康復(fù)護(hù)理方面的需求，提高康復(fù)護(hù)理質(zhì)量，有助于減少護(hù)患糾紛，促進(jìn)護(hù)患和諧。

6.2 遠(yuǎn)程獲取骨科患者康復(fù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，提供精準(zhǔn)康復(fù)護(hù)理

通過大數(shù)據(jù)護(hù)士可精準(zhǔn)掌握病情變化，提供針對(duì)性康復(fù)服務(wù)，改進(jìn)遠(yuǎn)程康復(fù)護(hù)理方案，優(yōu)化康復(fù)護(hù)理流程，促進(jìn)患者及早康復(fù)?？纱┐髟O(shè)備可提供患者關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)頻次、節(jié)律、角度的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，幫助護(hù)士在保證安全前提下督促患者進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)，提高康復(fù)依從性，改善患者結(jié)局。

6.3 探索康復(fù)護(hù)理遠(yuǎn)程服務(wù)模型和機(jī)制，提供居家康復(fù)護(hù)理

可穿戴設(shè)備為患者提供出院后遠(yuǎn)程精準(zhǔn)康復(fù)護(hù)理和居家護(hù)理，將骨科康復(fù)從院內(nèi)延伸至院外，為患者提供更專業(yè)、科學(xué)、精準(zhǔn)的個(gè)性化康復(fù)護(hù)理方案，使其足不出戶就可以享受科學(xué)規(guī)范的護(hù)理康復(fù)指導(dǎo)，節(jié)省患者及家屬時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本。

7 發(fā)展方向

7.1 需建立符合人體工程學(xué)要求的載體

可穿戴設(shè)備要長時(shí)間、高精度監(jiān)測(cè)，需附著于人體皮膚但又不能使人產(chǎn)生不適感，否則將影響患者穿戴時(shí)長，因此應(yīng)進(jìn)一步提高穿戴舒適性。目前可穿戴設(shè)備存在真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景中穩(wěn)定性不高、抗環(huán)境干擾能力不強(qiáng)以及規(guī)?；a(chǎn)困難等挑戰(zhàn)。要解決這些問題應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研究，其中性能優(yōu)異、材料體系多功能以及器件結(jié)構(gòu)合理等較為關(guān)鍵。

7.2 建立針對(duì)國民生命體征的健康數(shù)據(jù)庫

目前醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)大多來自發(fā)達(dá)國家建立的西方人種健康數(shù)據(jù)庫，但不同人種、年齡、性別的人群生命體質(zhì)特征數(shù)據(jù)存在差別。國內(nèi)可穿戴醫(yī)療設(shè)備能監(jiān)測(cè)的體征數(shù)據(jù)有上百種，缺乏針對(duì)我國公民的體征健康數(shù)據(jù)庫[15]。建立針對(duì)國民生命體征的健康數(shù)據(jù)庫十分必要。

7.3 健全適合國情的健康數(shù)據(jù)保護(hù)法律法規(guī)

可穿戴醫(yī)療康復(fù)設(shè)備在智能手機(jī)APP使用上存在健康隱私數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)。部分可穿戴康復(fù)設(shè)備在健康數(shù)據(jù)收集類型、方式及用途均未明確告知用戶且并未征得其同意的情況下，將隱私數(shù)據(jù)泄露出售。我國應(yīng)建立全流程健康數(shù)據(jù)保護(hù)規(guī)范，保障個(gè)人健康信息隱私，完善健康數(shù)據(jù)安全保護(hù)體系，建立健康數(shù)據(jù)應(yīng)急制度，以便發(fā)生泄露事件時(shí)及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

8 結(jié)語

可穿戴設(shè)備可實(shí)施遠(yuǎn)程健康監(jiān)控，建立患者與環(huán)境之間遠(yuǎn)程聯(lián)系，未來將在骨科康復(fù)護(hù)理領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。隨著科技不斷進(jìn)步，應(yīng)不斷發(fā)展具備持久續(xù)航能力、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、佩戴舒適的可穿戴設(shè)備，同時(shí)完善數(shù)據(jù)安全與隱私管理，以促進(jìn)骨科患者遠(yuǎn)程護(hù)理、精準(zhǔn)護(hù)理及居家護(hù)理的發(fā)展，滿足人民日益增長的健康需求。