陳曉梅 陳巧瑋 曾紀娟 張慶

(四川大學華西醫(yī)院心臟內(nèi)科,四川 成都 610041)

心力衰竭(心衰)是多種心血管疾病進展的晚期階段,具有高死亡率、高再入院率和高致殘率等特點[1]。近年來心衰藥物和器械治療取得令人矚目的進展,但心衰患者入院率仍居高不下[2]。以患者為中心的醫(yī)院外隨訪管理是遵循指南指導的藥物和器械治療之外,降低入院率和死亡率、降低醫(yī)療成本、提高患者生活質(zhì)量的又一利器[3]。傳統(tǒng)的隨訪方案中,通常以?？崎T診、社區(qū)醫(yī)院或電話隨訪等方式進行臨床評估和藥物優(yōu)化,以期能早期識別心衰惡化趨勢,通過一定的干預手段防止心衰急性失代償。由于該方案實施間隔數(shù)周到數(shù)月,且受患者依從性限制,因此其降低不良心血管事件風險的有效性受限。新興的可穿戴設(shè)備是一類整合于穿戴配件上,遠程捕捉患者生理和功能數(shù)據(jù)的設(shè)備,具有無創(chuàng)、客觀、可連續(xù)性監(jiān)測等優(yōu)勢,其在健康管理中的應用在2019年新型冠狀病毒大流行后得到進一步推廣[4]?，F(xiàn)有少量臨床研究表明,通過可穿戴設(shè)備獲取的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可用于遠程指導心衰患者運動康復、提前預警不良事件發(fā)生等。但可穿戴設(shè)備種類較多,數(shù)據(jù)采集和解釋尚無統(tǒng)一的標準,臨床應用場景和有效性也各不相同?，F(xiàn)綜述可穿戴設(shè)備在心衰患者管理中的應用研究,并討論可穿戴設(shè)備的臨床應用前景。

1 可穿戴設(shè)備的定義

可穿戴設(shè)備是一類可直接穿戴的外部應用設(shè)備,通常被集成到穿戴配件上(如手表或衣服),或直接做成皮膚貼片,它們可連續(xù)捕獲生理數(shù)據(jù)并對其進行分析與傳輸。根據(jù)集成傳感器類型的不同,可穿戴設(shè)備實現(xiàn)的功能有所差異,但多是捕捉生理數(shù)據(jù)以監(jiān)測健康狀況,少部分可進行簡單治療,如電擊除顫[4]。

2 可穿戴設(shè)備的功能

2.1 生理參數(shù)監(jiān)測

血壓和心率是指南指導的心衰治療藥物種類和劑量調(diào)整的重要參考[5]。心房顫動和室性心動過速等心律失常,是心衰患者預后不良的重要預測指標。在傳統(tǒng)的管理模式中,這類生理參數(shù)監(jiān)測的時間間隔長短不一,受患者依從性影響較大,也很難檢出陣發(fā)性心律失常。可穿戴設(shè)備連續(xù)監(jiān)測血壓、心率或心律的功能在近年得到飛速發(fā)展,能實時報告和傳輸數(shù)據(jù)。其中光電容積脈搏波技術(shù)已較為成熟,它被整合于智能手表中進行脈搏監(jiān)測,與需要電極的心電技術(shù)相比更易被患者接受[6]。已有數(shù)個研究驗證光電容積脈搏波技術(shù)的準確性,不論是在智能手表還是在指環(huán)中,取得的心率變異性數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)24小時動態(tài)心電圖相比均有較好的一致性[7-8]。近幾年,少數(shù)可穿戴設(shè)備研發(fā)了心電圖監(jiān)測功能。如在手表背面內(nèi)置電極傳感器,必要時用另一只手的手指跟表冠上的另一電極傳感器連通,使得身體形成一個導電閉環(huán)來實現(xiàn)單導聯(lián)心電圖信號采集。這項技術(shù)可幫助診斷簡單和常見的心律失常,目前主要是指心房顫動[9]。但單導聯(lián)心電圖和光電容積脈搏波技術(shù)易受皮膚濕度和活動等外部影響,也無法診斷復雜的心電圖異常,如心肌梗死等[10]。

現(xiàn)已有整合于智能手表中的腕帶示波式血壓監(jiān)測設(shè)備,該設(shè)備通過脈搏波估算血壓,在安靜環(huán)境中,與傳統(tǒng)氣囊式血壓監(jiān)測相比具有較高的一致性[11]。但該設(shè)備同樣受皮膚濕度和外部活動等影響。在心律失?；颊咧?該血壓估算方法的準確性尚未得到驗證。

2.2 活動監(jiān)測

活動耐量下降是心衰的主要癥狀之一,且患者日?；顒恿颗c不良心血管事件和全因死亡發(fā)生風險呈負相關(guān)[12]。因此,心衰患者日?；顒恿勘O(jiān)測可用于早期發(fā)現(xiàn)心衰惡化。對運動量的評估多數(shù)僅在就診時,通過患者回憶和完成量表等方式進行。這種方法的局限性在于缺乏足夠的細節(jié),難以定量,存在回憶偏倚以及主觀性強。

整合了活動傳感器的可穿戴設(shè)備為現(xiàn)階段應用最廣、種類最多的一種,可連續(xù)監(jiān)測、定量、客觀地評估患者在居家場景中的運動當量。三軸加速度計是一種常見的活動傳感器,它不僅可計算患者的運動量和運動劇烈程度,還可監(jiān)測體位變化。三軸加速度計的準確性受佩戴位置的影響,在測量體位和運動量時,整合于軀干上的設(shè)備測量誤差較整合于四肢上的小[13],但在實際應用中為了便捷性常在手腕或腳踝處佩戴[14]。此外還有應用全球定位系統(tǒng)和氣壓計的活動傳感器,均可達到監(jiān)測患者活動量的目的,前者易受建筑物和大氣環(huán)境等遮擋信號的影響,后者易受氣溫和氣壓的影響[15]。

2.3 容量監(jiān)測

容量超負荷是心衰患者入院的主要原因之一,基于容量評估制定或調(diào)整利尿方案是心衰患者院外管理的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)模式通過?？漆t(yī)生查體和實驗室檢查等方法評估容量,在居家場景中則采用患者自我監(jiān)測體重變化的方式。它們均不能實現(xiàn)連續(xù)性評估,且同樣對患者依從性有較高的要求。

近年來,有研究利用生物電阻抗,一種通過電學方法測定人體水分的技術(shù),用于監(jiān)測淤血和水腫。其原理為液體增加導致組織電阻降低,從而使測量值降低,反之亦然。在心衰患者中使用整合生物電阻抗技術(shù)的可穿戴背心監(jiān)測的肺水含量,與臨床評估的容量狀態(tài)有很好的相關(guān)性[16-17]。作為患者容量監(jiān)測工具,患者可在家自行監(jiān)測并上傳數(shù)據(jù)給醫(yī)生。Cuba Gyllensten等[18]使用胸帶式可穿戴生物電阻抗設(shè)備,其連續(xù)性監(jiān)測的肺水變化與體重、實驗室指標等變化趨勢一致。Amir等[19]發(fā)現(xiàn)生物電阻抗測量與胸部CT檢查出的肺水腫有較好的一致性。然而,這些傳感器的準確度會受到皮膚溫度、灰塵、汗液或其他物質(zhì)的污染以及毛發(fā)密度的影響。而且生物電阻抗可能干擾其他電子設(shè)備工作,不能用于已植入器械治療的心衰患者。此外,此類設(shè)備體積較大,患者可能難以配合長時間日常穿戴。有研究[19]采用固定穿戴時間(如每日早餐前)來減少對患者日?；顒拥挠绊?但這種定期匯報的監(jiān)測模式仍然依賴于患者有良好的依從性。

2.4 輔助治療

由室性快速心律失常引起的心源性猝死是心衰患者死亡的重要原因之一,指南推薦應用可穿戴式心律轉(zhuǎn)復除顫器(wearable cardioverter defibrillator,WCD)作為心源性猝死高風險人群的短暫保護措施,如在等待心臟移植期,或在安置植入型心律轉(zhuǎn)復除顫器前,在指南指導的心衰藥物治療的治療效果觀察期提供過渡性保護[20]。WCD的工作原理是通過可穿戴的四個心電圖電極和三個最高可達150 J的除顫電極進行致死性心律失常的識別及自動除顫。當監(jiān)測到心律失常時,設(shè)備通過觸覺、視覺和聽覺等多種途徑對患者進行警報?；颊咴诰瘓笃陂g可自主解除警報從而阻止錯誤電擊,但若患者已失去意識則無法解除警報,WCD將自動電擊除顫。同時WCD還可提供心率、心率變異性和步數(shù)等數(shù)據(jù)的連續(xù)遠程監(jiān)測,并能識別部分非致死性心律失常,如非持續(xù)性室性心動過速或心房顫動等。所有記錄的生理參數(shù)和事件記錄可傳輸至遠程醫(yī)療平臺供醫(yī)師查看[21]。監(jiān)測的參數(shù)也可作為治療反應的評價指標,為治療方案的優(yōu)化提供依據(jù)[22-24]。

3 目前可穿戴設(shè)備用于心衰患者管理的領(lǐng)域

3.1 評估治療效果和風險分層

可穿戴設(shè)備獲得的生理參數(shù),如活動當量、心率、血壓、心律和心率變異性等指標,可用于心衰患者的治療效果評價,輔助藥物滴定,還可用于心血管事件的預測和危險分層[23-24]。Stehlik等[25]應用一種名為Vital Connect的可穿戴式遠程監(jiān)控設(shè)備,在出院時采集基線數(shù)據(jù),并在出院后對心衰患者進行連續(xù)性監(jiān)測,通過監(jiān)測平均心率、呼吸頻率、累計活動當量和體位等指標變化,應用機器學習相似性模型,并結(jié)合心動過緩、心房顫動或心動過速等心律失常,建立心衰再入院預警模型。在100例受試者為期90 d的隨訪中,該模型監(jiān)測因心衰惡化住院的靈敏度為88%,特異度為86%,10 d內(nèi)因心衰惡化住院的靈敏度為76%,特異度為85%,總體初始警報和再入院間的中位時間差為6.5 d(4.2～13.7 d)。

3.2 容量管理

Cuba Gyllensten等[18]對比了每日居家體重監(jiān)測和佩戴生物電阻抗監(jiān)測設(shè)備對患者因心衰再入院預警的敏感性和特異性。研究共納入91例患者,進行了為期10個月的隨訪監(jiān)測。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),與體重監(jiān)測相比,生物電阻抗監(jiān)測在預測心衰再入院事件中具有更高的敏感性和特異性。且傳統(tǒng)的體重監(jiān)測預警模式易受飲食影響,對輕微且緩慢的容量負荷變化不敏感,還可能被營養(yǎng)不良掩蓋,而生物電阻抗技術(shù)受上述影響較小。

Amir等[26]應用生物電阻抗背心監(jiān)測肺水含量,在50例心衰患者出院后0～90 d內(nèi)進行連續(xù)性監(jiān)測,并根據(jù)測值指導利尿方案,將測值控制在正常范圍內(nèi)。通過與入院前0～90 d、出院后90～180 d(在此期間停止連續(xù)性監(jiān)測指導利尿劑方案調(diào)整)的再入院次數(shù)比較,發(fā)現(xiàn)在出院后生物電阻抗背心監(jiān)測期90 d內(nèi)的再入院率(4%)遠低于無監(jiān)測期入院前90 d的再入院率(30%)和出院后90～180 d的再入院率(19%)。

3.3 遠程康復

心臟康復是心衰非藥物治療方案中的重要組成部分,它可提高心衰患者的功能、運動能力和生活質(zhì)量,并降低再入院率[27]。國內(nèi)外研究一致表明,心衰患者院外康復訓練意愿和依從性不高,缺乏專業(yè)人員指導是主要原因之一。可穿戴設(shè)備是解決該難題的理想手段,物理治療師可借此遠程評估患者每日康復訓練完成度并提供遠程指導,提高心衰康復依從性和質(zhì)量。有研究[28-29]表明在計步器的監(jiān)督下開展遠程康復可提高患者運動的依從性,并提高患者的運動耐量。Prescher等[30]證實利用可穿戴設(shè)備遠程監(jiān)測居家心衰患者六分鐘步行試驗距離可用于預測心衰患者再入院或死亡事件。

4 可穿戴設(shè)備應用于心衰患者管理中的局限性

可穿戴設(shè)備在設(shè)計上需考慮便攜性、無創(chuàng)性和智能性,最大程度地減少對佩戴者日常生活的影響,才能發(fā)揮它連續(xù)性監(jiān)測的優(yōu)勢。如心電監(jiān)測的可穿戴設(shè)備為提高其便攜性,僅采用單導聯(lián)或脈搏波形監(jiān)測,因此無法識別復雜的心律失常且易受外部干擾。生物電阻抗技術(shù)評估容量的可穿戴設(shè)備,為減少設(shè)備體積而僅采集固定部位的生物電阻抗,如胸帶式設(shè)備僅能采集胸部節(jié)段的淤血信號,不能評估全身淤血程度。此外,可穿戴設(shè)備的高敏感性,可能在監(jiān)測中發(fā)出錯誤預警信號,誘發(fā)患者焦慮情緒。如Cuba Gyllensten等[18]在評估生物電阻抗預警心衰再入院的研究中,將警報后2周內(nèi)無心衰再入院定義為錯誤警報,經(jīng)CUSUM算法的交叉驗證估計每個患者每年有0.48次錯誤警報。如何提高預警準確性,減少錯誤警報有待進一步研究。最后,可穿戴設(shè)備通常耗費較高,且越復雜、監(jiān)測數(shù)據(jù)越多的設(shè)備越貴,限制了其市場化后的可推廣性和患者的接受程度。

5 可穿戴設(shè)備在心衰患者管理中的應用前景

可穿戴設(shè)備的智能化程度仍在不斷發(fā)展和提高,已不局限于常規(guī)生理參數(shù)監(jiān)測。如Pahlevan等[31]通過手機自帶的攝像頭,進行頸動脈血管壁波形監(jiān)測,并通過波形數(shù)據(jù)估算患者實時左室射血分數(shù)。Kenny等[32]設(shè)計了一種貼片式的連續(xù)波多普勒超聲監(jiān)測設(shè)備,通過實時測量頸總動脈血流以監(jiān)測患者容量狀態(tài)并估算心輸出量。此外,多種新型傳感器還可以獲取語音、體液(汗和眼淚)、視網(wǎng)膜、行為模式和振動等信號,監(jiān)測患者語言和呼吸模式等。

理想情況下,可穿戴設(shè)備采集的大量數(shù)據(jù)經(jīng)自動分析并轉(zhuǎn)換為可讀的信息,為患者和專業(yè)團隊提供直接和有效的預警,且該預警能通過相應的干預措施得以解除,有效阻斷不良事件的發(fā)生。事實上,能提前預警不良事件的有效指標及其截止值、能有效阻斷不良事件的干預措施,以及最為經(jīng)濟有效的運作模式均未被明確,值得進一步研究探討。

6 總結(jié)

隨著技術(shù)的發(fā)展革新,可穿戴設(shè)備作為日常的監(jiān)測工具,能提供客觀、實時和連續(xù)的生理數(shù)據(jù),甚至實現(xiàn)血流動力學、左室射血分數(shù)、語言和呼吸模式等更高級的信號采集。在心衰患者管理的多個維度,可穿戴設(shè)備均具有較高的應用前景,如危險分層、風險預警、指導藥物治療和運動康復等。但該設(shè)備最終應用于臨床,并能形成風險識別、預警、干預以及預警解除的閉環(huán),仍有很多關(guān)鍵問題亟待在未來的研究中得到答案。形成具有成本效益的以可穿戴設(shè)備為基礎(chǔ)的新型心衰管理模式值得期待。