可穿戴設備在心理健康監測中的應用研究

何瑩，劉燕華，黃文霞

四川大學華西護理學院/四川大學華西醫院 a.麻醉手術中心；b.全科醫學中心，四川 成都 610041

引言

隨著社會的快速發展，人們學習、生活、工作等壓力的不斷增加，心理健康問題不斷凸顯，2019年數據顯示，我國抑郁癥與焦慮癥的合計患病率達到7%[1-2]。目前心理健康監測主要依賴于測評問卷的形式，但其具有很強的主觀性，且時效性不足。隨著醫學和計算科學之間的交叉融合，通過可穿戴設備采集佩戴者的語音、動作、環境、生命體征等信息，可以挖掘物理信息與心理健康之間的關系[3]。國務院印發《計量發展規劃（2021-2035年）》[4]中明確指出，要進一步提升移動醫療領域可穿戴健康監測設備的技術水平。目前，可穿戴設備在移動醫療心理健康監測領域多處于實驗室階段，未來在臨床實踐中將展現出無限的潛力。

1 可穿戴設備的定義及發展

智能可穿戴設備的理念起源于20世紀60年代，但直到20世紀90年代，可穿戴設備形態才開始初步發展，首款手腕計算機于1975年問世，隨后頭戴式攝像頭、便攜式立體聲播放器、可穿戴眼鏡等設備相繼問世[5]。進入21世紀后，可穿戴設備便進入了飛速發展的時期，2001年第一款無線耳機問世，隨后耐克和蘋果聯合推出了iPod、Fitbit，并推出首款產品Fitbit Tracker，穿戴設備在健康監測領域引起了人們廣泛的關注，已逐漸成為人類社會未來發展的趨勢[6]。目前可穿戴設備尚無統一的定義，陳東義[7]認為可穿戴設備是以人為載體，通過可穿戴設備，可實現與人的交互。目前智能可穿戴設備被認為是一種可以穿戴在身上并具有信息采集、信號處理、交互等功能的便攜式電子設備，它可以利用傳感器設備接入移動互聯網，實現人與物隨時隨地的信息交流[8]。

2 可穿戴設備在移動醫療場景下的應用

近年來，智能手環、胸章、眼鏡等智能可穿戴設備已被廣泛應用于人們的日常生活中。可穿戴設備在移動醫療場景下的應用因具有設備便捷化、智能化等優勢，已成為目前移動醫療的熱點。移動醫療領域是一種將移動計算、醫學傳感器以及信息技術融合為一體的創新型醫療模式[9]。可穿戴醫療設備由不同數據采集模塊組成，可對人體進行實時監測，并采集數據為診療提供依據。目前可穿戴設備主要在健康監測、疾病管理、康復等移動醫療領域被廣泛應用[10]。

2.1 可穿戴醫療設備在健康監測中的應用

可穿戴醫療設備可實時對生命體征信息進行監測，包括血壓、心率、呼吸、血糖、睡眠質量等的變化，同時也可以根據生理變化結合環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依據。與例行體檢、出現問題尋求醫生幫助相比，可穿戴設備在患者自主參與、客觀數據的實時反饋以及智能化時代遠程醫療等方面都展現了獨特的優勢，如路知遠[11]研制的可穿戴設備可以實時監測老年人的心率、血壓等生理信號，以及皮膚狀態、體脂量等生理參數，實現對老年人的日常健康監測。在心理健康監測方面，頭戴式、手環式的可穿戴設備已被用于壓力、情緒等方面的監測[12]，可反映某個情景下佩戴者的情緒變化、壓力大小，但因依從性和佩戴時長等的影響對長期的心理健康問題的反映還有待進一步研究，未來可穿戴醫療設備有望融入更多的數據采集模塊，實現人體全生命周期的健康監測。

2.2 可穿戴設備在疾病管理中的應用

在疾病管理領域，可穿戴設備在移動醫療慢病管理，如高血壓、糖尿病等方面已經開始應用于社區和醫院，任庭葦[13]首次在中國社區開展移動醫療慢病管理系統，利用可穿戴設備進行慢性病患者的管理取得了一定效果。可穿戴醫療設備在帕金森患者步態監測[14]、阿爾茨海默病患者定位服務[15]、心血管疾病患者心電監護[16]等中都得到了應用和發展，在心理健康監測方面可穿戴設備可實時客觀地反映心理健康狀況，但如何實現可穿戴設備在治療過程中的全程監測是未來需要進一步探索的方向。

2.3 可穿戴設備在康復領域的應用

目前可穿戴設備和康復醫學的交叉融合已經有成果產出并應用于患者的康復訓練，如外骨骼機器人、智能膝關節等[17]。Chiang等[18]將可穿戴慣性傳感器應用于全膝關節置換術后的患者，通過客觀的數據幫助醫生制定康復計劃，靈活調整方案。Sungkarat等[19]通過可穿戴足底壓力設備對腦卒中患者進行步態和平衡訓練，對患者的康復有明顯的效果，且改善了傳統治療方法的不足，可提供更及時科學的康復計劃。同時患者穿戴智能設備可通過激勵反饋等增強患者康復的信心，并進行更積極的自我管理。在心理疾病康復領域目前的研究尚未有可穿戴設備的介入，未來通過可穿戴設備實現治療、康復的定量評估有望成為移動醫療領域中重要的工具。

3 可穿戴設備在心理健康監測中的應用現狀

長期的抑郁、焦慮、自閉等心理疾病會嚴重影響身體健康，且大部分有心理疾病的患者并沒有明顯的表征變化，初期難以被發現，甚至部分患者不愿主動面對自己心理的健康狀態而逃避治療。雖然血液皮質醇測試、腦電圖和生理體征信息是測量心理健康的“金標準”；然而，它們通常是侵入性或有時效性的，這就需要持續和自動化的心理健康監測系統進行實時情緒監測。通過可穿戴設備實時的采集語言、行為、體征信息等客觀數據，通過客觀的數據來研究個人心理健康狀況，這也彌補了采用問卷調查的主觀性和實效性不足等問題。

3.1 語言信號在心理健康監測中的應用

在傳統分析人心理健康中，被試者需要在特定的環境下通過與心理方面的專家進行溝通和交流，或進行問卷調查等方式，通過專家們的觀察和問卷調查結果來判斷被試者的心理健康狀況。其評估結果不僅需要經過專業培訓的專家進行分析，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，通過可穿戴設備客觀評估和分析人的身心健康狀況具有重要現實意義。研究表明，基于可穿戴設備的社交信號處理與分析，語言信號是反映心理健康最有效的指標之一，可以作為個人心理健康狀況的客觀評定標準[20]。Costa等[21]的研究中，通過智能手機等設備通話時的語音數據，經過分析處理來探索數據與情緒之間的關系，了解被研究人員當時的情緒狀態，包括焦慮、抑郁等情緒，并能及時反饋給佩戴者，提醒佩戴者及時調整自己的情緒狀態；顧俊[12]設計了一種智能可穿戴手環，通過采集大學生穿戴者在演講過程中的語音數據，建立焦慮情緒的評估模型，實現了可穿戴設備與社交感知軟件的通信，并通過軟件展示評估焦慮的結果。但心理健康是一個多因素結果，語言信號也受主觀性的影響，為更好地定義心理健康的基礎，需要不斷豐富這些模型。

3.2 行為活動在心理健康監測中的應用

通常人們在談話時，說話者的面部表情可作為判斷患者情緒的依據，此外因個人的肢體行為動作特征更能夠反映內心的真實想法，因此還可從微小的肢體行為動作判斷患者的情緒狀況。已有運用可穿戴設備對行為活動進行心理健康監測的研究，如對兒童的自閉癥[22]、青年人早期孤獨癥[23]等疾病的監測，通過可穿戴設備可以起到及時預警的作用，從而盡早治療。臨床實踐表明，眼球運動與精神障礙之間存在密切聯系[24]，因此，在Vidal等[25]的研究中，通過一種可穿戴的動眼追蹤器分析眼球的活動來監測佩戴者的精神和情緒狀態，證明了眼球運動在心理健康分析方面的獨特潛力。Sano等[26]將可穿戴設備應用于30名大學生進行14 d的持續數據采集，根據量表測試睡眠飲食和壓力的情況，同時使用可穿戴設備收集大學生的行為數據，以分析大學生行為、睡眠飲食與壓力之間的關系和大學生的心理健康狀況。上述可穿戴設備的監測實現了通過行為活動來反映心理健康，從更細致的環節得到更科學的評估結果。目前由于受技術水平的限制，可穿戴設備在收集信息時也存在監測的特異性和靈敏度影響結果的真實性的情況。

3.3 體征信息在心理健康監測中的應用

研究表明，使用可穿戴設備可以系統測量體征信息，實現早期精神壓力的監測[27]。當人們受到精神和情緒上的波動時，人體的器官將受到神經系統和激素的影響，身體信號被認為是判斷心理狀態的重要參數，也是評估心理健康狀況的基礎，因此選擇更直觀實時的生理監測數據信號可對佩戴者進行更加客觀地評估[28]。Kakria等[28]設計了一個頭戴式心理健康監測系統，通過使用腦電圖信號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，數據通過移動設備傳輸給精神科醫生進行診斷，實現更客觀實時的評估和治療。在一項對代謝綜合征（Metabolic Syndrome，MES）患者的研究中，研究者通過可穿戴設備收集30名參與者的心電數據、血糖水平、血氧飽和度等，來探索MES患者的焦慮和壓力情況，結果表明，可穿戴設備在區分MES和其他組的壓力水平方面分別達到了92%和89%的平均準確率[29]。有研究顯示，HRV可作為監測壓力和焦慮最有效的生理指標之一[30]。體征信號的反映有利于在心理疾病發生前或早期被監測識別，且最具有客觀性和實效性，但需要更大的樣本量來捕捉心理的多級變化。

4 可穿戴設備應用于醫療場景下心理健康監測存在的問題及解決方法

整體來看，目前可穿戴醫療設備技術在國內外均處于發展階段，可穿戴醫療設備的研究主要集中于生理健康的監測和識別，關于心理健康監測方面的研究，如心理疾病表征的預警、心理疾病的評估和診斷、情感的感知等研究相對較少。

目前可穿戴醫療設備雖然已在心理健康監測領域開展了相關研究與應用，但相關的應用多處于實驗室階段，在臨床中的運用還較少。在心理健康監測領域主要還存在如下問題：① 智能可穿戴設備的實時計算能力、續航能力不強，導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估結果和反映心理健康狀態；② 在心理數據模塊監測方面，醫療場景下心理狀態的反映受到多因素的影響，需要進一步提高評估結果的客觀性和科學性；③ 心理監測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 未找到一個合適的數據模型，適用于大多數心理健康監測應用，而且數據的深度、模型的精度都有待提升。

針對以上存在的問題，可通過以下措施進行改進，以推動穿戴設備在心理健康監測中的應用。① 目前用于心理健康監測的可穿戴設備往往功能單一，可將多種情感系統傳感器相結合獲取更豐富的數據，未來可使其形成多模態傳感器數據集；② 心理狀態的真實反映需要長時間的連續監測，設計一種舒適、輕便、美觀的可穿戴設備更利于提高實驗者穿戴和使用的依從性；③ 心理健康監測的可穿戴設備在硬件方面可以收集儲存佩戴者的數據信息，為治療和診斷提供依據，但如何實現更系統的醫療服務需要將可穿戴設備與云端網絡技術相結合，軟件的協助在心理健康治療中的應用必不可少。

5 小結與展望

目前人們對于心理健康監測的需求越來越大，而在心理治療師資源明顯不足、人群對心理健康問題認識不足、心理疾病患者就醫行為不高的情況下，可穿戴設備技術可以實現對早期出現心理健康問題的人群進行及時干預，為心理疾病患者提供更客觀準確、智能科學的數據以幫助心理專家做出高質量診斷和治療，同時患者參與整個監測過程有利于提高依從性，增強康復信心，并降低心理治療成本，減少醫療支出。目前可穿戴設備的技術相關問題在國家的支持和大眾的監督下不斷完善，在移動醫療領域多方面發展進一步成熟，但在心理健康監測領域幾乎未應用于臨床實踐，用于心理健康監測的多模態傳感器數據集還有待完善，缺少一套系統的心理健康監測的評估和診斷模型，如何真正落實到臨床應用，模型的可靠性與問卷調查結果反映的一致性值得深入探討。未來有望通過臨床實踐的不斷豐富和應用于心理健康監測的可穿戴設備的不斷發展，形成一套智能化、科學化的臨床診斷方案。