可穿戴設(shè)備在血管性認(rèn)知障礙早期識別中的應(yīng)用

黃巧 徐武華

血管性認(rèn)知障礙(vascular cognitive impairment,VCI)是導(dǎo)致后天獲得性認(rèn)知障礙的第二常見病因，通常指所有與血管疾病相關(guān)的(包括存在臨床卒中或亞臨床腦血管損傷證據(jù))，且至少一個認(rèn)知域受損，并涵蓋了從輕度到重度的疾病譜群[1]。據(jù)國際阿爾茨海默病協(xié)會(ADI)2015年度報告，全球現(xiàn)有癡呆病人約990萬，并以每3秒新增1例的速度快速遞增，且多集中在以中國為代表的發(fā)展中國家[2]。我國人口基數(shù)龐大且為卒中頭號大國，卒中后認(rèn)知障礙被視為整合卒中和認(rèn)知干預(yù)的最佳突破口[3-4]。但中國的認(rèn)知障礙，臨床長期面臨著早期識別率低、規(guī)范化診治率低和康復(fù)介入率低的窘困，如何利用現(xiàn)代信息和人工智能技術(shù)改變這一現(xiàn)狀正成為當(dāng)前認(rèn)知研究領(lǐng)域的新方向。本文擬全面綜述國內(nèi)外可穿戴設(shè)備在早期識別和診斷VCI中的研究進(jìn)展，并展望其在未來臨床中的應(yīng)用前景。

1 當(dāng)前國內(nèi)外VCI診斷手段的局限性

盡管醫(yī)學(xué)界對VCI的定義、發(fā)病機制和診斷標(biāo)準(zhǔn)仍存在大量的爭議，但在診斷流程上已經(jīng)達(dá)成了高度一致的專家共識，主要分3個步驟：認(rèn)知障礙的甄別、血管性病因和認(rèn)知障礙程度的界定。具體包括詳細(xì)的病史采集、體格檢查、主觀的神經(jīng)心理評估、客觀的實驗室生化標(biāo)志物、靶基因檢測和血管神經(jīng)影像學(xué)檢查等[5]。但由于大多數(shù)VCI診治指南或?qū)＜夜沧R是從神經(jīng)病學(xué)和(或)精神(心理)病學(xué)專業(yè)角度出發(fā)，且主要著眼于藥物干預(yù)，普遍缺乏認(rèn)知康復(fù)的指導(dǎo)性意義。而從實際的診斷效果來看，除外少數(shù)時間和因果關(guān)系較為明確的卒中后認(rèn)知障礙，大多數(shù)VCI的早期識別率并不高。Gold等[6]以病理診斷作為金標(biāo)準(zhǔn)，對比分析當(dāng)今臨床4個常用的診斷標(biāo)準(zhǔn)后發(fā)現(xiàn)，他們的特異度較高，但敏感度僅在50%～70%之間，且難以區(qū)別單純血管性癡呆(vascular dementia,VaD)和混合性癡呆，高齡人群尤甚。

由于普遍缺乏高特異性的實驗室生物學(xué)標(biāo)志物，目前VCI的最終確診主要依賴于臨床和神經(jīng)影像學(xué)檢查。前者在很大程度上取決于醫(yī)患雙方對VCI的敏感度以及認(rèn)知量表篩查的準(zhǔn)確性，后者則經(jīng)常有賴于頭部CT/MR檢查。即便在經(jīng)濟(jì)和醫(yī)療條件較好的地區(qū)，要求病人完成認(rèn)知障礙診斷指南推薦的全套“規(guī)定動作”也絕非易事，國內(nèi)不足10%的病人能嚴(yán)格遵照指南走完全部的診斷流程[5]。嚴(yán)酷的現(xiàn)實是，大多數(shù)病人在進(jìn)入醫(yī)療程序時已經(jīng)是癡呆的中晚期階段，且多因精神行為癥狀(而非認(rèn)知障礙癥狀)就醫(yī)[7]。值得關(guān)注的是，作為臨床診斷重要工具的神經(jīng)心理評估也普遍存在著非本土化、費時長、過于刻板抽象、易受干擾等諸多缺陷。近年來，隨著信號傳感、大數(shù)據(jù)平臺和人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，臨床上亟需研發(fā)可穿戴、能實時提供認(rèn)知信息，且具備自主學(xué)習(xí)和診斷的智能化VCI早期識別系統(tǒng)。

2 可穿戴設(shè)備在VCI早期識別中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 VCI的認(rèn)知障礙特點與可穿戴設(shè)備的分類 與AD不同的是，VCI病人的認(rèn)知障礙特點是：(1)不均衡的“斑片狀”認(rèn)知域缺損；(2)記憶能力相對保留，但執(zhí)行能力受損明顯；(3)病程多呈現(xiàn)階梯式發(fā)展；(4)多 伴有肢體活動、言語、吞咽、步態(tài)、平衡等軀體功能障礙。正是上述臨床特點為下述的可穿戴設(shè)備捕捉VCI病人的認(rèn)知和軀體等信號提供了窗口。

根據(jù)VCI病人的認(rèn)知障礙特點，筆者根據(jù)采集的信號類型將目前正用和在研的可穿戴設(shè)備分為以下六類：(1)基于執(zhí)行力評估的可穿戴設(shè)備；(2)基于注意力檢測的可穿戴設(shè)備；(3)基于記憶力評估的可穿戴設(shè)備；(4)基于語言能力評估的可穿戴設(shè)備；(5)基于視空間能力評估的可穿戴設(shè)備；(6)基于神經(jīng)電生理和其他軀體信號的可穿戴設(shè)備。但由于不同的認(rèn)知域功能之間存在較多的重疊和交叉，這一分類法仍顯粗糙。

2.2 可穿戴設(shè)備在VCI早期識別中的研究進(jìn)展 VCI最易受損的認(rèn)知域是執(zhí)行能力，且更早、更具體地體現(xiàn)在日常生活活動能力(activities of daily living,ADL)上。病人表現(xiàn)為信息處理能力下降、速度減慢和任務(wù)轉(zhuǎn)換困難，但反映在臨床常用的神經(jīng)心理評估量表上僅為1～3項答題，這顯然不利于VCI和VaD的早期識別。在一個小樣本的國內(nèi)研究中，可持續(xù)采集步態(tài)和姿勢參數(shù)的智能鞋顯示了受試者步態(tài)參數(shù)中的支撐相占比與其MMSE和 MoCA分值之間的強負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.799、-0.767)，提示認(rèn)知功能較差者在行走時與地面接觸時間更長[8]。而在一項由36例AD病人和36例正常人參與的對照研究中，通過一款可穿戴的運動捕捉系統(tǒng)分別記錄受試者完成7種不同姿勢控制時的運動參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，其與疾病診斷的吻合度達(dá)71.7%～86.1%，結(jié)合MoCA評分后可提升至91.0%～96.6%[9]。視覺虛擬(virtual reality,VR)和增強現(xiàn)實(augmented reality,AR)技術(shù)日趨成熟，部分研究證實，將VR或AR技術(shù)與工具性ADL(IADL)評估相結(jié)合可大大減少問卷式評估的主觀偏見[10]。

由于人類的語言和聲學(xué)特征極其復(fù)雜和豐富多樣，且相當(dāng)多的VCI病人還伴隨程度不等的構(gòu)音和吞咽障礙，同時在嘈雜環(huán)境中捕捉語音信號的技術(shù)尚不成熟，目前第四類可穿戴設(shè)備的研發(fā)尚在艱難起步階段。令人欣喜的是，一款名為VocabChecker的手機軟件在小樣本中測試的結(jié)果顯示，癡呆病人的語言能力參數(shù)(詞義/詞類比)明顯低于健康對照組(P=0.02)[11]。我們認(rèn)為，隨著語音識別和解讀技術(shù)的日趨成熟和產(chǎn)品的不斷巧靈化，高度個體化、智能化并同時兼顧言語和吞咽康復(fù)訓(xùn)練的可穿戴設(shè)備有望在不久的將來應(yīng)用在VCI的臨床診治與康復(fù)實踐中。

已證實，眼球運動異常是認(rèn)知障礙的早期征象[12]。但既往大多數(shù)的眼動與認(rèn)知障礙相關(guān)性研究都是在嚴(yán)格的實驗室條件下完成的，難以在臨床廣泛推廣。Cano等[13]正在嘗試?yán)么┐魇窖蹌佑涗泝x探索老年癡呆病人與健康人群在瀏覽手機網(wǎng)頁內(nèi)容的眼球運動表現(xiàn)之間的區(qū)別，探索其更早期識別認(rèn)知障礙的可能性。而一個內(nèi)置有32個微電極并與互聯(lián)網(wǎng)連接的頭套裝置已經(jīng)在小樣本中成功實現(xiàn)了腦電圖、事件相關(guān)電位的居家監(jiān)測和遠(yuǎn)程診斷[14]，如果能在未來的多中心、大樣本、隨機對照的前瞻性研究和隨訪研究中取得支持性證據(jù)，有望成為包括VCI在內(nèi)的各種認(rèn)知障礙早期識別和鑒別診斷輔助工具。其他在研可穿戴設(shè)備，如腕戴式睡眠與心率變異性傳感器[15]和脈搏血氧傳感器[16]等也在嘗試進(jìn)行對認(rèn)知障礙人群其他軀體信號的采集。

2.3 可穿戴設(shè)備的優(yōu)缺點和前景展望 可穿戴設(shè)備的優(yōu)點不言而喻，他已顯現(xiàn)的實時便捷、安全無創(chuàng)且更貼近真實的生活，便于大范圍篩查、大數(shù)據(jù)分析和遠(yuǎn)程診斷等諸多優(yōu)點將隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，勢必成為認(rèn)知障礙早期識別的發(fā)展方向。但迄今為止，絕大多數(shù)可穿戴設(shè)備尚缺乏嚴(yán)格的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)，而專用于VCI早期識別的更是少之又少。必須指出的是，目前在研和在用的可穿戴設(shè)備普遍存在信號捕捉、轉(zhuǎn)換、解讀上的技術(shù)性缺陷，均不能單獨作為認(rèn)知障礙診斷和分型的依據(jù)，必須同時參考病人的臨床資料和其他輔助檢查結(jié)果才能做出合理的診斷。筆者認(rèn)為，未來的研發(fā)可在小巧化、信號整合化、模塊化、智能化和任務(wù)導(dǎo)向化等方向發(fā)展，同時還應(yīng)積極開展與經(jīng)典臨床和病理診斷標(biāo)準(zhǔn)之間的對照和隨訪研究，以提高其靈敏度和特異度，最終構(gòu)建一個穩(wěn)定可靠，且具備自我學(xué)習(xí)、自主診斷的智能化可穿戴式早期認(rèn)知障礙識別體系。

綜上所述，現(xiàn)有的VCI診斷體系滯后于病人的臨床和大腦病理，尤其不利于早期識別和早期干預(yù)，正在蓬勃發(fā)展的諸多可穿戴設(shè)備以其實時、便捷、客觀、敏感等諸多優(yōu)點有望成為未來早期甄別和預(yù)測包括VCI在內(nèi)各種認(rèn)知障礙的有力輔助工具。