可穿戴設(shè)備在心理健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

何瑩，劉燕華，黃文霞

四川大學(xué)華西護(hù)理學(xué)院/四川大學(xué)華西醫(yī)院 a.麻醉手術(shù)中心；b.全科醫(yī)學(xué)中心，四川 成都 610041

引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們學(xué)習(xí)、生活、工作等壓力的不斷增加，心理健康問題不斷凸顯，2019年數(shù)據(jù)顯示，我國抑郁癥與焦慮癥的合計(jì)患病率達(dá)到7%[1-2]。目前心理健康監(jiān)測(cè)主要依賴于測(cè)評(píng)問卷的形式，但其具有很強(qiáng)的主觀性，且時(shí)效性不足。隨著醫(yī)學(xué)和計(jì)算科學(xué)之間的交叉融合，通過可穿戴設(shè)備采集佩戴者的語音、動(dòng)作、環(huán)境、生命體征等信息，可以挖掘物理信息與心理健康之間的關(guān)系[3]。國務(wù)院印發(fā)《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》[4]中明確指出，要進(jìn)一步提升移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域可穿戴健康監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)水平。目前，可穿戴設(shè)備在移動(dòng)醫(yī)療心理健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域多處于實(shí)驗(yàn)室階段，未來在臨床實(shí)踐中將展現(xiàn)出無限的潛力。

1 可穿戴設(shè)備的定義及發(fā)展

智能可穿戴設(shè)備的理念起源于20世紀(jì)60年代，但直到20世紀(jì)90年代，可穿戴設(shè)備形態(tài)才開始初步發(fā)展，首款手腕計(jì)算機(jī)于1975年問世，隨后頭戴式攝像頭、便攜式立體聲播放器、可穿戴眼鏡等設(shè)備相繼問世[5]。進(jìn)入21世紀(jì)后，可穿戴設(shè)備便進(jìn)入了飛速發(fā)展的時(shí)期，2001年第一款無線耳機(jī)問世，隨后耐克和蘋果聯(lián)合推出了iPod、Fitbit，并推出首款產(chǎn)品Fitbit Tracker，穿戴設(shè)備在健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域引起了人們廣泛的關(guān)注，已逐漸成為人類社會(huì)未來發(fā)展的趨勢(shì)[6]。目前可穿戴設(shè)備尚無統(tǒng)一的定義，陳東義[7]認(rèn)為可穿戴設(shè)備是以人為載體，通過可穿戴設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)與人的交互。目前智能可穿戴設(shè)備被認(rèn)為是一種可以穿戴在身上并具有信息采集、信號(hào)處理、交互等功能的便攜式電子設(shè)備，它可以利用傳感器設(shè)備接入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)人與物隨時(shí)隨地的信息交流[8]。

2 可穿戴設(shè)備在移動(dòng)醫(yī)療場景下的應(yīng)用

近年來，智能手環(huán)、胸章、眼鏡等智能可穿戴設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中。可穿戴設(shè)備在移動(dòng)醫(yī)療場景下的應(yīng)用因具有設(shè)備便捷化、智能化等優(yōu)勢(shì)，已成為目前移動(dòng)醫(yī)療的熱點(diǎn)。移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域是一種將移動(dòng)計(jì)算、醫(yī)學(xué)傳感器以及信息技術(shù)融合為一體的創(chuàng)新型醫(yī)療模式[9]。可穿戴醫(yī)療設(shè)備由不同數(shù)據(jù)采集模塊組成，可對(duì)人體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并采集數(shù)據(jù)為診療提供依據(jù)。目前可穿戴設(shè)備主要在健康監(jiān)測(cè)、疾病管理、康復(fù)等移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[10]。

2.1 可穿戴醫(yī)療設(shè)備在健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

可穿戴醫(yī)療設(shè)備可實(shí)時(shí)對(duì)生命體征信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括血壓、心率、呼吸、血糖、睡眠質(zhì)量等的變化，同時(shí)也可以根據(jù)生理變化結(jié)合環(huán)境和語言信息等反映心理健康狀況，為患者的治療提供科學(xué)依據(jù)。與例行體檢、出現(xiàn)問題尋求醫(yī)生幫助相比，可穿戴設(shè)備在患者自主參與、客觀數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋以及智能化時(shí)代遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面都展現(xiàn)了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如路知遠(yuǎn)[11]研制的可穿戴設(shè)備可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)老年人的心率、血壓等生理信號(hào)，以及皮膚狀態(tài)、體脂量等生理參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人的日常健康監(jiān)測(cè)。在心理健康監(jiān)測(cè)方面，頭戴式、手環(huán)式的可穿戴設(shè)備已被用于壓力、情緒等方面的監(jiān)測(cè)[12]，可反映某個(gè)情景下佩戴者的情緒變化、壓力大小，但因依從性和佩戴時(shí)長等的影響對(duì)長期的心理健康問題的反映還有待進(jìn)一步研究，未來可穿戴醫(yī)療設(shè)備有望融入更多的數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)現(xiàn)人體全生命周期的健康監(jiān)測(cè)。

2.2 可穿戴設(shè)備在疾病管理中的應(yīng)用

在疾病管理領(lǐng)域，可穿戴設(shè)備在移動(dòng)醫(yī)療慢病管理，如高血壓、糖尿病等方面已經(jīng)開始應(yīng)用于社區(qū)和醫(yī)院，任庭葦[13]首次在中國社區(qū)開展移動(dòng)醫(yī)療慢病管理系統(tǒng)，利用可穿戴設(shè)備進(jìn)行慢性病患者的管理取得了一定效果。可穿戴醫(yī)療設(shè)備在帕金森患者步態(tài)監(jiān)測(cè)[14]、阿爾茨海默病患者定位服務(wù)[15]、心血管疾病患者心電監(jiān)護(hù)[16]等中都得到了應(yīng)用和發(fā)展，在心理健康監(jiān)測(cè)方面可穿戴設(shè)備可實(shí)時(shí)客觀地反映心理健康狀況，但如何實(shí)現(xiàn)可穿戴設(shè)備在治療過程中的全程監(jiān)測(cè)是未來需要進(jìn)一步探索的方向。

2.3 可穿戴設(shè)備在康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用

目前可穿戴設(shè)備和康復(fù)醫(yī)學(xué)的交叉融合已經(jīng)有成果產(chǎn)出并應(yīng)用于患者的康復(fù)訓(xùn)練，如外骨骼機(jī)器人、智能膝關(guān)節(jié)等[17]。Chiang等[18]將可穿戴慣性傳感器應(yīng)用于全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的患者，通過客觀的數(shù)據(jù)幫助醫(yī)生制定康復(fù)計(jì)劃，靈活調(diào)整方案。Sungkarat等[19]通過可穿戴足底壓力設(shè)備對(duì)腦卒中患者進(jìn)行步態(tài)和平衡訓(xùn)練，對(duì)患者的康復(fù)有明顯的效果，且改善了傳統(tǒng)治療方法的不足，可提供更及時(shí)科學(xué)的康復(fù)計(jì)劃。同時(shí)患者穿戴智能設(shè)備可通過激勵(lì)反饋等增強(qiáng)患者康復(fù)的信心，并進(jìn)行更積極的自我管理。在心理疾病康復(fù)領(lǐng)域目前的研究尚未有可穿戴設(shè)備的介入，未來通過可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)治療、康復(fù)的定量評(píng)估有望成為移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域中重要的工具。

3 可穿戴設(shè)備在心理健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

長期的抑郁、焦慮、自閉等心理疾病會(huì)嚴(yán)重影響身體健康，且大部分有心理疾病的患者并沒有明顯的表征變化，初期難以被發(fā)現(xiàn)，甚至部分患者不愿主動(dòng)面對(duì)自己心理的健康狀態(tài)而逃避治療。雖然血液皮質(zhì)醇測(cè)試、腦電圖和生理體征信息是測(cè)量心理健康的“金標(biāo)準(zhǔn)”；然而，它們通常是侵入性或有時(shí)效性的，這就需要持續(xù)和自動(dòng)化的心理健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)情緒監(jiān)測(cè)。通過可穿戴設(shè)備實(shí)時(shí)的采集語言、行為、體征信息等客觀數(shù)據(jù)，通過客觀的數(shù)據(jù)來研究個(gè)人心理健康狀況，這也彌補(bǔ)了采用問卷調(diào)查的主觀性和實(shí)效性不足等問題。

3.1 語言信號(hào)在心理健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)分析人心理健康中，被試者需要在特定的環(huán)境下通過與心理方面的專家進(jìn)行溝通和交流，或進(jìn)行問卷調(diào)查等方式，通過專家們的觀察和問卷調(diào)查結(jié)果來判斷被試者的心理健康狀況。其評(píng)估結(jié)果不僅需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的專家進(jìn)行分析，而且容易受到專家、被試者主觀因素等的影響而存在偏差。因此，通過可穿戴設(shè)備客觀評(píng)估和分析人的身心健康狀況具有重要現(xiàn)實(shí)意義。研究表明，基于可穿戴設(shè)備的社交信號(hào)處理與分析，語言信號(hào)是反映心理健康最有效的指標(biāo)之一，可以作為個(gè)人心理健康狀況的客觀評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[20]。Costa等[21]的研究中，通過智能手機(jī)等設(shè)備通話時(shí)的語音數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理來探索數(shù)據(jù)與情緒之間的關(guān)系，了解被研究人員當(dāng)時(shí)的情緒狀態(tài)，包括焦慮、抑郁等情緒，并能及時(shí)反饋給佩戴者，提醒佩戴者及時(shí)調(diào)整自己的情緒狀態(tài)；顧俊[12]設(shè)計(jì)了一種智能可穿戴手環(huán)，通過采集大學(xué)生穿戴者在演講過程中的語音數(shù)據(jù)，建立焦慮情緒的評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)了可穿戴設(shè)備與社交感知軟件的通信，并通過軟件展示評(píng)估焦慮的結(jié)果。但心理健康是一個(gè)多因素結(jié)果，語言信號(hào)也受主觀性的影響，為更好地定義心理健康的基礎(chǔ)，需要不斷豐富這些模型。

3.2 行為活動(dòng)在心理健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

通常人們?cè)谡勗挄r(shí)，說話者的面部表情可作為判斷患者情緒的依據(jù)，此外因個(gè)人的肢體行為動(dòng)作特征更能夠反映內(nèi)心的真實(shí)想法，因此還可從微小的肢體行為動(dòng)作判斷患者的情緒狀況。已有運(yùn)用可穿戴設(shè)備對(duì)行為活動(dòng)進(jìn)行心理健康監(jiān)測(cè)的研究，如對(duì)兒童的自閉癥[22]、青年人早期孤獨(dú)癥[23]等疾病的監(jiān)測(cè)，通過可穿戴設(shè)備可以起到及時(shí)預(yù)警的作用，從而盡早治療。臨床實(shí)踐表明，眼球運(yùn)動(dòng)與精神障礙之間存在密切聯(lián)系[24]，因此，在Vidal等[25]的研究中，通過一種可穿戴的動(dòng)眼追蹤器分析眼球的活動(dòng)來監(jiān)測(cè)佩戴者的精神和情緒狀態(tài)，證明了眼球運(yùn)動(dòng)在心理健康分析方面的獨(dú)特潛力。Sano等[26]將可穿戴設(shè)備應(yīng)用于30名大學(xué)生進(jìn)行14 d的持續(xù)數(shù)據(jù)采集，根據(jù)量表測(cè)試睡眠飲食和壓力的情況，同時(shí)使用可穿戴設(shè)備收集大學(xué)生的行為數(shù)據(jù)，以分析大學(xué)生行為、睡眠飲食與壓力之間的關(guān)系和大學(xué)生的心理健康狀況。上述可穿戴設(shè)備的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了通過行為活動(dòng)來反映心理健康，從更細(xì)致的環(huán)節(jié)得到更科學(xué)的評(píng)估結(jié)果。目前由于受技術(shù)水平的限制，可穿戴設(shè)備在收集信息時(shí)也存在監(jiān)測(cè)的特異性和靈敏度影響結(jié)果的真實(shí)性的情況。

3.3 體征信息在心理健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

研究表明，使用可穿戴設(shè)備可以系統(tǒng)測(cè)量體征信息，實(shí)現(xiàn)早期精神壓力的監(jiān)測(cè)[27]。當(dāng)人們受到精神和情緒上的波動(dòng)時(shí)，人體的器官將受到神經(jīng)系統(tǒng)和激素的影響，身體信號(hào)被認(rèn)為是判斷心理狀態(tài)的重要參數(shù)，也是評(píng)估心理健康狀況的基礎(chǔ)，因此選擇更直觀實(shí)時(shí)的生理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)可對(duì)佩戴者進(jìn)行更加客觀地評(píng)估[28]。Kakria等[28]設(shè)計(jì)了一個(gè)頭戴式心理健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過使用腦電圖信號(hào)和器官的代表性變異心率變異性（Heart Rate Variability，HRV）作為研究中的重要參數(shù)，數(shù)據(jù)通過移動(dòng)設(shè)備傳輸給精神科醫(yī)生進(jìn)行診斷，實(shí)現(xiàn)更客觀實(shí)時(shí)的評(píng)估和治療。在一項(xiàng)對(duì)代謝綜合征（Metabolic Syndrome，MES）患者的研究中，研究者通過可穿戴設(shè)備收集30名參與者的心電數(shù)據(jù)、血糖水平、血氧飽和度等，來探索MES患者的焦慮和壓力情況，結(jié)果表明，可穿戴設(shè)備在區(qū)分MES和其他組的壓力水平方面分別達(dá)到了92%和89%的平均準(zhǔn)確率[29]。有研究顯示，HRV可作為監(jiān)測(cè)壓力和焦慮最有效的生理指標(biāo)之一[30]。體征信號(hào)的反映有利于在心理疾病發(fā)生前或早期被監(jiān)測(cè)識(shí)別，且最具有客觀性和實(shí)效性，但需要更大的樣本量來捕捉心理的多級(jí)變化。

4 可穿戴設(shè)備應(yīng)用于醫(yī)療場景下心理健康監(jiān)測(cè)存在的問題及解決方法

整體來看，目前可穿戴醫(yī)療設(shè)備技術(shù)在國內(nèi)外均處于發(fā)展階段，可穿戴醫(yī)療設(shè)備的研究主要集中于生理健康的監(jiān)測(cè)和識(shí)別，關(guān)于心理健康監(jiān)測(cè)方面的研究，如心理疾病表征的預(yù)警、心理疾病的評(píng)估和診斷、情感的感知等研究相對(duì)較少。

目前可穿戴醫(yī)療設(shè)備雖然已在心理健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域開展了相關(guān)研究與應(yīng)用，但相關(guān)的應(yīng)用多處于實(shí)驗(yàn)室階段，在臨床中的運(yùn)用還較少。在心理健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域主要還存在如下問題：① 智能可穿戴設(shè)備的實(shí)時(shí)計(jì)算能力、續(xù)航能力不強(qiáng)，導(dǎo)致心理治療師和佩戴者使用不方便，不能直觀顯示心理健康評(píng)估結(jié)果和反映心理健康狀態(tài)；② 在心理數(shù)據(jù)模塊監(jiān)測(cè)方面，醫(yī)療場景下心理狀態(tài)的反映受到多因素的影響，需要進(jìn)一步提高評(píng)估結(jié)果的客觀性和科學(xué)性；③ 心理監(jiān)測(cè)方面的多種傳感器集成度和兼容性不佳，便捷度和舒適度有待提高；④ 未找到一個(gè)合適的數(shù)據(jù)模型，適用于大多數(shù)心理健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用，而且數(shù)據(jù)的深度、模型的精度都有待提升。

針對(duì)以上存在的問題，可通過以下措施進(jìn)行改進(jìn)，以推動(dòng)穿戴設(shè)備在心理健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。① 目前用于心理健康監(jiān)測(cè)的可穿戴設(shè)備往往功能單一，可將多種情感系統(tǒng)傳感器相結(jié)合獲取更豐富的數(shù)據(jù)，未來可使其形成多模態(tài)傳感器數(shù)據(jù)集；② 心理狀態(tài)的真實(shí)反映需要長時(shí)間的連續(xù)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)一種舒適、輕便、美觀的可穿戴設(shè)備更利于提高實(shí)驗(yàn)者穿戴和使用的依從性；③ 心理健康監(jiān)測(cè)的可穿戴設(shè)備在硬件方面可以收集儲(chǔ)存佩戴者的數(shù)據(jù)信息，為治療和診斷提供依據(jù)，但如何實(shí)現(xiàn)更系統(tǒng)的醫(yī)療服務(wù)需要將可穿戴設(shè)備與云端網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，軟件的協(xié)助在心理健康治療中的應(yīng)用必不可少。

5 小結(jié)與展望

目前人們對(duì)于心理健康監(jiān)測(cè)的需求越來越大，而在心理治療師資源明顯不足、人群對(duì)心理健康問題認(rèn)識(shí)不足、心理疾病患者就醫(yī)行為不高的情況下，可穿戴設(shè)備技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)早期出現(xiàn)心理健康問題的人群進(jìn)行及時(shí)干預(yù)，為心理疾病患者提供更客觀準(zhǔn)確、智能科學(xué)的數(shù)據(jù)以幫助心理專家做出高質(zhì)量診斷和治療，同時(shí)患者參與整個(gè)監(jiān)測(cè)過程有利于提高依從性，增強(qiáng)康復(fù)信心，并降低心理治療成本，減少醫(yī)療支出。目前可穿戴設(shè)備的技術(shù)相關(guān)問題在國家的支持和大眾的監(jiān)督下不斷完善，在移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域多方面發(fā)展進(jìn)一步成熟，但在心理健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域幾乎未應(yīng)用于臨床實(shí)踐，用于心理健康監(jiān)測(cè)的多模態(tài)傳感器數(shù)據(jù)集還有待完善，缺少一套系統(tǒng)的心理健康監(jiān)測(cè)的評(píng)估和診斷模型，如何真正落實(shí)到臨床應(yīng)用，模型的可靠性與問卷調(diào)查結(jié)果反映的一致性值得深入探討。未來有望通過臨床實(shí)踐的不斷豐富和應(yīng)用于心理健康監(jiān)測(cè)的可穿戴設(shè)備的不斷發(fā)展，形成一套智能化、科學(xué)化的臨床診斷方案。