Research progress on the wearable devices applied in pulmonary rehabilitation of patients with chronic obstructive pulmonary disease

ZHANG Ting，LI Xiaojuan，LI Yuling，PU Hongxia，WU Xiaoyan

Affiliated Hospital of Zunyi Medical University，Guizhou 563000 China

Corresponding Author "ZHANG Ting，E-mail：1359157765@qq.com

Keywords "wearable devices; chronic obstructive pulmonary disease; pulmonary rehabilitation; nursing; review

摘要""綜述可穿戴設(shè)備在慢性阻塞性肺疾?。–OPD）病人肺康復(fù)中的功能、應(yīng)用效果及其應(yīng)用的促進(jìn)及障礙因素，以期為提高COPD病人肺康復(fù)依從性、安全性及有效性提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞""可穿戴設(shè)備；慢性阻塞性肺疾病；肺康復(fù)；護(hù)理；綜述

doi：10.12102/j.issn.2095-8668.2025.05.017

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是以氣道不完全可逆性氣流受限為特征的慢性氣道疾病，具有高發(fā)病率、高致死率及高致殘率等特點，在我國呼吸系統(tǒng)疾病死亡率中居首位，已成為全球公共衛(wèi)生重點關(guān)注的疾病，預(yù)計到2030年，COPD將成為世界第三大致死原因^［1?3］。肺康復(fù)已被證實是COPD病人非藥物治療的有效干預(yù)措施，可緩解呼吸困難和疲勞，提高運動耐量和健康相關(guān)生活質(zhì)量，減少COPD病人的住院率和死亡率^［4］。目前，我國多家醫(yī)院已設(shè)立呼吸康復(fù)中心，但受病人缺乏肺康復(fù)意識、康復(fù)設(shè)施配備不足、疾病限制等多種因素影響，導(dǎo)致COPD病人肺康復(fù)參與度及依從性較低^［5］。據(jù)2013年的研究報道，全球接受長期肺康復(fù)的COPD病人不足3%，且肺康復(fù)后1年內(nèi)中途退出的病人高達(dá)36.7%^［6］?？纱┐髟O(shè)備被譽為肺病學(xué)肺康復(fù)的未來^［7］，在實時監(jiān)測病人生理數(shù)據(jù)、疾病預(yù)測、康復(fù)指導(dǎo)、康復(fù)效果評定等方面具有重要作用，可為心肺疾病病人肺康復(fù)訓(xùn)練過程提供客觀、量化的數(shù)據(jù)指標(biāo)?，F(xiàn)綜述可穿戴設(shè)備在COPD病人肺康復(fù)中的應(yīng)用概況及效果，以期為我國COPD病人肺康復(fù)臨床實踐提供參考。

1 可穿戴設(shè)備概述

可穿戴設(shè)備將計算機(jī)、傳感器、無線通信以及多媒體技術(shù)融合在一起，借助手環(huán)、手表、服裝等載體作為輸入、輸出設(shè)備，個人佩戴后通過無線網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，實現(xiàn)實時監(jiān)測佩戴者心電、血壓、活動等人體生理參數(shù)，為臨床診斷提供決策支持^［8］。

2 可穿戴設(shè)備及功能

COPD病人肺康復(fù)可穿戴設(shè)備包括運動訓(xùn)練指導(dǎo)、生理參數(shù)監(jiān)測兩大類。1）運動訓(xùn)練指導(dǎo)，包括呼吸訓(xùn)練及其他體育鍛煉。呼吸訓(xùn)練主要通過可穿戴設(shè)備的呼吸模式重建功能監(jiān)測病人呼吸相關(guān)參數(shù)，感應(yīng)病人動作，提示并糾正不到位動作，對病人進(jìn)行指導(dǎo)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化練習(xí)效果，使病人掌握呼吸訓(xùn)練要點、提高呼吸效率^［9］；其他體育鍛煉包括有氧運動、抗阻運動等?？纱┐髟O(shè)備通過測量心率、血壓、呼吸、血氧飽和度等數(shù)據(jù)評估病人的運動強度，并記錄其運動過程，利用光、電、聲音信號對病人進(jìn)行運動指導(dǎo)，糾正錯誤動作，幫助病人養(yǎng)成良好的行為習(xí)慣，提高病人肺康復(fù)運動的依從性及有效性。2）生理參數(shù)監(jiān)測，包括身體活動、呼吸、睡眠^［10］。身體活動監(jiān)測包括步態(tài)、步數(shù)、活動距離、活動次數(shù)、所消耗的熱量等；呼吸參數(shù)監(jiān)測包括呼吸頻率、節(jié)律、血氧飽和度、咳嗽情況等；睡眠監(jiān)測包括睡眠時長、睡眠呼吸暫停、夜間缺氧情況等?？纱┐髟O(shè)備可以對病人肺康復(fù)過程中的相關(guān)生理參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程/實時跟蹤、記錄，并反饋給醫(yī)療機(jī)構(gòu)，為醫(yī)務(wù)人員提供評估、分析、監(jiān)管的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而增加肺康復(fù)的專業(yè)性及安全性。

3 可穿戴設(shè)備在COPD病人肺康復(fù)中的應(yīng)用效果

3.1 指導(dǎo)呼吸訓(xùn)練，緩解呼吸困難癥狀

COPD是一種以持續(xù)呼吸道癥狀和氣流受限，肺功能進(jìn)行性下降為重要特征的慢性呼吸系統(tǒng)疾病，常伴有呼吸困難、咳嗽、咳痰、通氣功能障礙等癥狀?；诳纱┐髟O(shè)備的呼吸訓(xùn)練對改善病人呼吸肌耐力，緩解其呼吸困難癥狀有積極作用。Simmich等^［11］將可穿戴設(shè)備與手機(jī)游戲相結(jié)合，對COPD病人進(jìn)行肺康復(fù)訓(xùn)練，病人呼吸困難程度為中度。此外，一項隨機(jī)對照試驗對COPD病人進(jìn)行為期8周的呼吸練習(xí)指導(dǎo)（包括橫膈膜呼吸和呼氣正壓），并采用可穿戴設(shè)備對病人進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，結(jié)果顯示，試驗組血氧飽和度、1 s用力呼氣容積（FEV₁）和FEV₁/用力肺活量（FVC）值均優(yōu)于對照組，可降低病人疲勞和呼吸困難的嚴(yán)重程度^［12］。盧金梅等^［9］基于可穿戴設(shè)備對COPD病人進(jìn)行為期8周的肺康復(fù)，結(jié)果顯示，干預(yù)組病人在呼吸頻率、心率、改良呼吸困難指數(shù)（mMRC）評分方面優(yōu)于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（Plt;0.05）；但兩組病人FEV₁、FEV₁/FVC比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，這可能與COPD病人肺內(nèi)炎癥減輕、肺功能改善需要較長的治療周期有關(guān)。一項Meta分析結(jié)果指出，lt;3個月的運動訓(xùn)練對COPD病人的FEV₁和FVC改善效果并不明顯^［13］，提示醫(yī)護(hù)人員后期對病人進(jìn)行肺康復(fù)時，干預(yù)周期應(yīng)盡可能延長，讓肺康復(fù)成為COPD病人的日常，以獲得更好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 增加身體活動，提高病人依從性

足夠的體力活動水平對COPD病人來說至關(guān)重要。低體力活動水平是COPD病人生活質(zhì)量水平及死亡率的獨立預(yù)測因素。規(guī)律的體力活動可以縮短病人的住院時間、降低死亡風(fēng)險；同組COPD病人中，步行最少者發(fā)生COPD急性加重和COPD相關(guān)的住院風(fēng)險較步行最多者分別高2倍和6倍^［14?16］?！度蚵宰枞苑尾〕h指南》在2013年就已建議將體力活動作為COPD病人標(biāo)準(zhǔn)非藥物治療的一部分^［17］。計步器和加速度計可以通過監(jiān)測、記錄并反饋身體活動（如步數(shù)等行為）信息激勵病人養(yǎng)成良好的運動習(xí)慣，并對其行為進(jìn)行強化，進(jìn)而改善病人健康水平，是一種簡單、實用的自我監(jiān)測設(shè)備，已被證實可以促進(jìn)病人運動行為改變，增加其身體活動水平^［18?19］。一項針對COPD病人身體活動的研究結(jié)果顯示，使用計步器可以提高COPD病人身體活動水平和生活質(zhì)量，促進(jìn)病人疾病轉(zhuǎn)歸，降低病人急性發(fā)作次數(shù)^［20］。Kawagoshi等^［21］對病人實施基于計步器的家庭肺康復(fù)結(jié)果顯示，試驗組病人在行走、站立及久坐時間、最大吸氣壓值、6 min步行距離、慢性呼吸系統(tǒng)疾病得分情況均優(yōu)于對照組。國內(nèi)學(xué)者采用北京海思瑞格科技有限公司研制的心肺康復(fù)系統(tǒng)對COPD病人進(jìn)行肺康復(fù)訓(xùn)練，康復(fù)治療師根據(jù)病人情況設(shè)定呼吸及運動目標(biāo)，并通過可穿戴設(shè)備對病人康復(fù)過程中的動作進(jìn)行預(yù)警、指導(dǎo)、糾正，干預(yù)后試驗組病人日?；顒幽芰Φ梅?、6 min步行距離優(yōu)于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（Plt;0.05）。Rutkowski等^［22］招募了15例COPD病人進(jìn)行為期3周的院內(nèi)肺康復(fù)，將工作日設(shè)定為監(jiān)督日，醫(yī)務(wù)人員對病人進(jìn)行系統(tǒng)的肺康復(fù)指導(dǎo)，包括耐力、運動及呼吸訓(xùn)練，休息日為無監(jiān)督日，病人自行肺康復(fù)，并采用SenseWear臂帶對病人身體活動進(jìn)行評估、記錄。結(jié)果監(jiān)督日及非監(jiān)督日病人的每日活動步數(shù)、久坐時間及中等/重體力活動時間比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（Pgt;0.05），說明可測量的參數(shù)提供的反饋會增加病人主動性和積極性，即便沒有醫(yī)護(hù)人員監(jiān)督，病人也會自主進(jìn)行肺康復(fù)。改變病人行為以增強對健康促進(jìn)行為的依從性，并增加日?；顒铀绞蔷S持COPD病人通過肺康復(fù)提高的身體能力的關(guān)鍵。以上研究結(jié)果提示醫(yī)護(hù)人員，可穿戴設(shè)備不僅能在病人肺康復(fù)期間幫助病人獲得身體活動數(shù)據(jù)的詳細(xì)類型、強度及數(shù)量，并對相關(guān)身體活動數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，在一定程度上激勵病人自主活動，促進(jìn)病人行為改變，提高病人的依從性。在以后的研究中，護(hù)理人員可以利用計步器或加速度計這類簡單、便捷的可穿戴設(shè)備對出院后居家的穩(wěn)定期COPD病人進(jìn)行肺康復(fù)干預(yù)，以維持病人的良好運動習(xí)慣，改善其體力活動水平及康復(fù)依從性。

3.3 強化自我管理，提高生活質(zhì)量

加強自我管理是改善COPD病人肺功能、提高生活質(zhì)量及降低再入院風(fēng)險的關(guān)鍵^［23］。將可穿戴設(shè)備應(yīng)用于COPD病人自我管理中，可以通過持續(xù)收集被動信息（如活動和生命體征）為病人提供生理參數(shù)的反饋，讓他們對自己的病情有更多的認(rèn)識，從而提高自我管理能力和參與度。Geidl等^［24］對住院的COPD病人進(jìn)行了為期3周基于計步器的肺康復(fù)干預(yù)，出院后6周、6個月，病人呼吸困難癥狀及健康相關(guān)生活質(zhì)量水平均優(yōu)于干預(yù)前。張鑫等^［25］將可穿戴設(shè)備用于老年COPD病人肺康復(fù)中，指導(dǎo)病人利用穿戴設(shè)備每日記錄并上傳日常飲食、肺康復(fù)訓(xùn)練及氧療數(shù)據(jù)，并為病人建立健康檔案，護(hù)理人員每日查看可穿戴設(shè)備反饋數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常時及時報告醫(yī)生且做出相應(yīng)調(diào)整，并每月向病人郵寄隨訪報告，干預(yù)12個月后，病人的肺功能、COPD評估測試問卷（CAT）及mMRC評分、自我管理能力、生活質(zhì)量等有明顯改善（Plt;0.05）。一項關(guān)于COPD病人使用可穿戴設(shè)備進(jìn)行自我管理的定性研究結(jié)果顯示^［26］，病人認(rèn)為可穿戴設(shè)備能夠反饋他們?nèi)粘Ｉ钪械难躏柡投?、心率及活動，幫助他們提高日常生活管理能力。此外，日常生活中使用可穿戴設(shè)備能在一定程度上保證病人與醫(yī)務(wù)人員的聯(lián)系，為他們提供運動、康復(fù)指導(dǎo)，緩解其對病情惡化的焦慮與恐懼感，進(jìn)而提高生活質(zhì)量。良好的自我管理可以幫助病人早期識別癥狀并及時處理，延緩疾病進(jìn)展，減輕疾病負(fù)擔(dān)，但可穿戴設(shè)備在COPD病人自我管理中的效果仍存在爭議。Wu等^［27］將可穿戴設(shè)備與智能手機(jī)相結(jié)合開發(fā)了一款應(yīng)用程序，應(yīng)用該程序?qū)OPD病人進(jìn)行為期6個月的干預(yù)及隨訪，結(jié)果顯示使用該應(yīng)用程序?qū)μ岣卟∪俗晕夜芾砟芰?、生活質(zhì)量得分方面并沒有明顯差異。原因可能為：雖然該應(yīng)用程序可以通過對病人活動、咳嗽和心率的監(jiān)測以及提供鍛煉和鼓勵來增強其健康行為，但干預(yù)是被動的且干預(yù)強化不足，干預(yù)過程中病人缺乏與?？漆t(yī)生的互動，導(dǎo)致干預(yù)效果并不理想，說明采用可穿戴設(shè)備對COPD病人進(jìn)行自我管理是可行的，但干預(yù)方案仍需進(jìn)一步探索。目前，對可穿戴設(shè)備在COPD病人自我管理能力的相關(guān)研究多為定性研究或小樣本自身前后對照研究，缺乏高質(zhì)量的隨機(jī)對照試驗。未來應(yīng)該探索更有效的干預(yù)措施，并通過隨機(jī)對照試驗對其效果進(jìn)行進(jìn)一步評估與驗證。

3.4 監(jiān)測活動數(shù)據(jù)，保障康復(fù)安全

由于肺功能及心功能障礙等多種因素的影響，COPD病人在肺康復(fù)過程中可能會發(fā)生運動不耐受所導(dǎo)致的呼吸困難或循環(huán)負(fù)荷過重等不良事件，如何有效地監(jiān)測病人肺康復(fù)過程中的生理參數(shù)，避免康復(fù)過程中意外事件的發(fā)生至關(guān)重要^［28］?？纱┐髟O(shè)備具有方便穿戴、易于操作及維護(hù)的特點，且可提供關(guān)鍵監(jiān)測，保障病人肺康復(fù)的安全性，預(yù)防不良事件的發(fā)生^［29?30］。一項采用可穿戴設(shè)備對老年COPD病人進(jìn)行肺康復(fù)的研究中，病人每日佩戴可穿戴設(shè)備，實時監(jiān)測并記錄其日常生活及肺康復(fù)訓(xùn)練的相關(guān)數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)上傳至云平臺進(jìn)行智能分析、篩選，如有異常則反饋給醫(yī)護(hù)人員，醫(yī)護(hù)人員根據(jù)病人的情況及時指導(dǎo)病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練及方案調(diào)整，不僅改善了病人肺功能及生活質(zhì)量，還最大限度地保證了病人的安全^［25］。國外學(xué)者使用可穿戴的智能腕表對COPD病人進(jìn)行了為期9個月的生命體征（包括心率、血氧飽和度）監(jiān)測，并由呼吸系統(tǒng)相關(guān)的醫(yī)護(hù)人員對反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行評估、預(yù)警，有異常者及時干預(yù)，結(jié)果顯示，病人在可穿戴設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測下，不良事件發(fā)生及急性加重次數(shù)、住院次數(shù)均低于常規(guī)護(hù)理隨訪者^［31］。此外，用于監(jiān)測呼吸功能的可穿戴設(shè)備^［32?34］可對COPD病人運動過程中呼吸頻率、節(jié)律進(jìn)行監(jiān)測，出現(xiàn)異常時設(shè)備會自動預(yù)警，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至醫(yī)護(hù)人員，可用于COPD病人的居家肺康復(fù)?？纱┐髟O(shè)備的安全性、有效性及準(zhǔn)確性已得到廣泛驗證，但在使用過程中病人佩戴設(shè)備的依從性仍有待加強，康復(fù)指導(dǎo)師或護(hù)理人員在指導(dǎo)病人使用可穿戴設(shè)備時，應(yīng)考慮病人的訴求、選取更為便捷、舒適的設(shè)備，以確保其依從性。

4 可穿戴設(shè)備應(yīng)用在COPD病人肺康復(fù)中的促進(jìn)因素與障礙因素

4.1 促進(jìn)因素

1）市場及社會發(fā)展需求：隨著移動醫(yī)療的興起及智能穿戴設(shè)備領(lǐng)域的飛速發(fā)展，醫(yī)療穿戴設(shè)備在疾病預(yù)警、診斷、治療、管理、康復(fù)方面發(fā)揮重要作用，且具有巨大的應(yīng)用市場。據(jù)報道，全球醫(yī)療健康可穿戴產(chǎn)品的市場規(guī)模預(yù)計從3.47億件（2019年）上升到7.54億件（2025年），且從2019年開始復(fù)合年增長率將達(dá)到11.3%，到2025年將達(dá)到628.2億美元^［35?37］。中國是全球最大的可穿戴設(shè)備消費市場。目前，我國老年人口規(guī)模巨大且人口老齡化進(jìn)程不斷加速，隨著人口結(jié)構(gòu)劇變而來的是日益增長的醫(yī)療衛(wèi)生支出，60歲以上人群的醫(yī)療支出達(dá)其他年齡段人群的3～5倍，其中老年COPD病人人均年直接醫(yī)療費用為72～3 565 美元^［38?40］。智能可穿戴設(shè)備的興起為老年慢性病病人管理提供了新的思路，其所具備的生理參數(shù)實時監(jiān)測、反饋、運動指導(dǎo)、藥物管理提醒等功能為構(gòu)建基于人工智能的醫(yī)療大數(shù)據(jù)管理奠定了基礎(chǔ)。此外，可穿戴設(shè)備在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用將為全球醫(yī)療保健事業(yè)帶來福音，不僅可節(jié)約大量醫(yī)療成本，還能在一定程度上緩解我國因人口老齡化及人口基數(shù)大所導(dǎo)致的優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源分配不均^［41?42］。2）遠(yuǎn)程醫(yī)療需求：可穿戴生物醫(yī)學(xué)設(shè)備嵌入了光電容積脈搏波傳感器，不僅可以收集生命體征進(jìn)行后期分析，還可以將生命體征與骨骼跟蹤數(shù)據(jù)一起作為參數(shù)指導(dǎo)康復(fù)鍛煉，病人活動時始終處于監(jiān)督之下，專業(yè)臨床醫(yī)生還可以定期監(jiān)測病人的進(jìn)展并使用運動期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分析病人的健康狀況，為COPD病人的遠(yuǎn)程肺康復(fù)提供了新的可能^［43］?；诳纱┐髟O(shè)備的COPD遠(yuǎn)程肺康復(fù)指導(dǎo)方案不僅能直接將病人與醫(yī)務(wù)人員連接，提高診療效率，實時數(shù)據(jù)監(jiān)測還可保障病人安全，減低住院風(fēng)險，節(jié)約醫(yī)療資源，促進(jìn)病人預(yù)后，具有良好的應(yīng)用前景^{［31，43］}。

4.2 障礙因素

1）設(shè)備技術(shù)準(zhǔn)確性：可穿戴設(shè)備雖然已在COPD病人肺康復(fù)中表現(xiàn)出巨大的潛力及應(yīng)用價值，但大部分為醫(yī)療輔助設(shè)備，在數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確性上仍無法替代現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備。2）病人佩戴意愿：長時間穿戴設(shè)備可穿戴性及舒適性尤為重要，若穿戴設(shè)備不能緊貼人體或者舒適性差，不僅影響數(shù)據(jù)監(jiān)測準(zhǔn)確性，也會影響病人佩戴意愿。此外，部分穿戴設(shè)備續(xù)航差，電池容量低，頻繁取下充電造成病人使用體驗感差，均會影響穿戴設(shè)備在病人中的推廣應(yīng)用^［36］。3）個人隱私安全：大數(shù)據(jù)給人們帶來便捷的同時還存在著用戶個人信息泄露的風(fēng)險?？纱┐髟O(shè)備常借助互聯(lián)網(wǎng)媒介將其所記錄的數(shù)據(jù)上傳至后臺程序，多環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸增加了隱私保護(hù)的難度^［19］。反之，隱私安全保護(hù)不足也限制了可穿戴設(shè)備的應(yīng)用。4）病人接受度不高：智能穿戴設(shè)備在內(nèi)的數(shù)字健康技術(shù)在老年病人中的推廣應(yīng)用并不樂觀^［44］。COPD病人多為老年人，病人缺乏對新型健康管理設(shè)備的認(rèn)知，存在顧慮，大部分產(chǎn)品并無針對老年人的使用培訓(xùn)，后期應(yīng)用過程中出現(xiàn)問題時容易中止使用。5）制度管理規(guī)范尚不完善：目前市場上可穿戴設(shè)備種類繁多、應(yīng)用范圍廣泛、質(zhì)量參差不齊，暫無政府相關(guān)職能部門指定的單獨監(jiān)管文件可循，亦無國家與行業(yè)層面規(guī)范化使用及研發(fā)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)^［36］。

5 小結(jié)

隨著數(shù)字健康技術(shù)的日益興起，可穿戴設(shè)備用于COPD病人肺康復(fù)，不僅促進(jìn)COPD病人的肺康復(fù)長期落實，還可提高肺康復(fù)質(zhì)量。通過指導(dǎo)COPD病人進(jìn)行訓(xùn)練、對訓(xùn)練過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測，可保障肺康復(fù)的安全性，提高病人自我管理能力及依從性，緩解呼吸困難癥狀，提高生活質(zhì)量，給COPD等慢性病病人帶來福音。但仍存在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、信息安全、病人接受度和佩戴意愿不高及制度待完善等不足。未來可穿戴設(shè)備在COPD病人肺康復(fù)中的干預(yù)管理方案還需進(jìn)一步探索及驗證。

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（收稿日期：2024-07-29；修回日期：2025-02-11）

（本文編輯"張建華）