數字智能化康復在糖尿病及其并發癥治療中的應用

劉 歡,黃麗敏

(哈爾濱體育學院 a.研究生院; b.運動人體科學學院,哈爾濱 150008)

0 引言

糖尿病為高血糖代謝性疾病,常伴有眼、腎、心血管、神經系統的慢性損傷或功能障礙[1],而智慧康復在其治療中的應用成為重要的發展趨勢。

康復云平臺基于互聯網+背景,整合所有醫療資源,構建醫院-社區-家庭網絡體系,包括語言、聽覺、認知、運動等板塊的障礙評估,量身制定康復方案,形成以人為中心進行服務的綜合電子數據庫[2]。依托于人臉識別技術進行身份認證,建立個人獨立檔案,將健康情況如血糖、血壓等及定期檢查數據上傳至平臺,實現對人體的健康監控及疾病風險預測[3]。此系統與醫院互聯互通形成聯動體系,擁有海量專業康復課程,社區配以專門的醫療服務機構對課程進行培訓解答,使患者家屬掌握科學的訓練原則,醫生可通過平臺網絡監控患者的康復情況,基于數據進行效果評估與指導,通過社區反饋更新課程內容,進行問題解答,形成網絡全覆蓋一體化康復流程。

1 現代智能化康復技術

1.1 動作感應控制技術

體感游戲(Motion Sensing Games)是在傳統游戲基礎上引入體感設備,結合智能穿戴,利用體感技術對肢體進行輸入控制,實現人與物的互動,是一種新型互動電子游戲,虛擬現實技術隸屬其中。經多年發展產生了嚴肅游戲類別,即進行運動、康復醫療、預防疾病等活動,在家進行交互訓練,成為輔助糖尿病患者康復的新型治療方式。目前面臨的問題是活動強度與實際運動匹配及每日運動量的推薦不符,即參與和運動消耗方面存在問題[4]。

Lee S[5]研究顯示,虛擬電子游戲有提高糖尿病患者肌肉力量及本體感覺的療效。Grewal GS[6]與Hung ESW[7]研究表明,交互式傳感游戲可改善糖尿病周圍神經病變引起的平衡不足。H?chsmann C[8]利用手機設備作為傳感器激發患者參與動機,改善依從性,結果表明,體感活動較傳統游戲運動能力增強,使患者規律性體育鍛煉,改善糖代謝。曾杜純[9]在一系列綜合康復基礎上聯用Kinetic虛擬現實情景交互系統進行蓋房等游戲,與傳統平衡訓練對比,通過視覺反饋整合軀體感覺來改善周圍神經病變患者髖、踝關節等的運動表現,減少DPN患者的姿勢搖動,進行精細運動控制,降低跌倒風險。最新研究表明,可利用游戲激勵措施進行糖尿病預防教育。

1.2 非侵入性神經調控

非侵入性神經調控工具如超聲刺激(TUS)、直流或交流電刺激(tDCS或tACS)、經顱磁刺激(TMS)已廣泛應用于糖尿病神經傳導阻滯、認知功能障礙康復治療中。TMS通過不同頻率刺激運動皮質區,修復大腦默認模式網絡,提高大腦皮質興奮性,增加腦局部血流量,改善認知功能及葡萄糖代謝[10]。TMS在減輕老年糖尿病伴有焦慮抑郁癥狀方面有一定療效,tDCS研究聯合運動增加康復效果,聯合有氧訓練產生互補效應,改善認知功能。

孫楊帆[11]等應用tDCS改善腦部血供,改善認知功能。李暉[12]揭示了rTMS能夠有效促進神經通路的形成或恢復,提高神經可塑性,降低糖尿病對認知功能的損害,但未進行遠期隨訪研究。Ahmed[13]研究表明,有氧運動添加TMS可改善DPN患者神經性疼痛,降低疼痛程度。Venecia[14]將tDCS應用于初級視覺皮層,可改善糖尿病增殖性視網膜病變(PDR)患者的視覺輸入處理?？梢姺乔秩胄陨窠浾{控具有良好的患者依從性、可靠性,值得進一步臨床推廣。

1.3 人工智能(AI)

人工智能在糖尿病護理中的應用包括視網膜病變自動檢測、臨床決策支持、預測人群風險分層及患者自我工具[15]。

Natarajan[16]利用手機AI眼底攝像頭診判糖尿病視網膜病變(DR)的特異性及敏感性的有效率分別為88.4%、100%,經過深度學習后的AI系統可準確識別DR患者彩色眼底像中的微動脈瘤、視網膜出血等表現,篩查能效的提高可與多光譜眼底成像技術相結合。目前,基于多模態智能對話機器人設計的糖尿病健康管理服務平臺已應用于醫療體系中,可提供低成本、個性化的慢性病管理服務[17]。

臨床決策支持系統(CDSS)將患者臨床信息與知識庫中的信息進行匹配,通過計算機系統來輔佐進行疾病診斷,提供優化方案,為糖尿病患者提供決策支持式的人工智能干預[18]。人工智能還可助力胰島素的精確使用,利用數據機器學習模型的人工智能胰島素輔助決策系統[19]。但目前平臺建設還存在一定的局限性,將其全面應用于臨床醫療領域還需一定的時間,CDSS能在多大程度上改善護理水平還有待研究[20]。

1.4 脈沖電磁法

脈沖電磁法主要指低頻/中頻治療儀與激光治療儀,利用脈沖磁場對外周神經產生刺激作用,促進體內微循環,加快營養因子及神經細胞分化再生,用于糖代謝紊亂而致糖尿病周圍神經病變中。DPN是糖尿病的常見并發癥,可出現疼痛、下肢麻木等癥狀,嚴重時可致糖尿病足,增加截肢風險。

林冬[21]對患者進行了14 d中頻脈沖干預,結果表明,神經傳導速度加快,改善了組織器官代謝功能,可控制疾病癥狀。馬顯軍[22]將常規治療聯用低頻脈沖經絡治療儀,總有效率高于對照組,可穩定DPN患者的血糖水平,減輕其周圍神經病變。利用微脈沖激光治療糖尿病性黃斑水腫可改善黃斑中心視網膜厚度及術后最佳矯正視力,提高安全性[23]。

1.5 現代化理療設備

隨著理療的飛速發展,人們更傾向追求一種沒有創傷性、安全有效、操作簡單的的康復方法。研究表明,紅光治療儀的應用可改善DPN患者的神經傳導速度與肌肉痙攣狀況,具有抗腫消炎、降低血糖的作用。目前多以常規康復護理加紅光治療儀聯合使用,通過釋放的單頻紅外線發揮熱輻射與生理性效應作用,促使周圍神經恢復,改善疾病癥狀。此外還開發了一種智能無線近紅外發光隱形眼鏡,將其應用于糖尿病視網膜病變中[24],可提供一種新的生物醫學光子應用方法。

空氣波壓力治療儀(IPC)在增強外周血流量、預防血管疾病方面發揮著一定的療效[25]。通過物理加壓對下肢進行反復擠壓及舒張,促進淋巴與靜脈血回流,為末梢神經提供血氧,改善下肢神經傳導速度。于麗紅[26]在綜合康復的基礎上聯用IPC,研究其在糖尿病患者下肢周圍神經病變中的療效,結果表明,87.5%有效改善了DPN患者下肢麻木、感覺減退、疼痛等臨床癥狀。在降低足底振動感覺閾、提高患者足底對振動的感覺及下肢腓腸神經傳導速度方面發揮著一定的效果。

1.6 數字療法(DTx)

數字療法(DTx)是在軟件程序驅動下提供以循證醫學為基礎的干預方案,用以預防、管理、治療疾病,是數字醫療的延伸,同屬于數字健康[27]。其可與醫療器械、藥物或其他療法配合使用,亦可單獨使用。一些干預方法將人工指導與技術相結合,被認為是一種可擴展的方法,能夠覆蓋更大的風險人群,優化患者護理效果[28]。

在血糖干預方面,VERMA R等[29]探討了Diabefly計劃對2型糖尿病(T2D)的影響,結合移動應用程序、遠程生活方式指導、專家實時視頻咨詢及參數數字記錄對患者進行飲食及運動干預,結果表明,70.34%的患者體重減輕,93.02%的患者糖化血紅蛋白降低。在血壓控制方面,Adhikary R等[30]使用Wellthy Care進行自我管理,結合健康機器人及教練遠程指導,顯著降低了糖尿病合并高血壓患者的血壓,促進患者進行自我監測。

數字療法可通過數字化手段將治療方案與醫學原理相結合,轉化為以應用軟件為驅動的干預措施,提高方案可行性與患者參與積極性,打破了傳統療法的局限性。但我國數字療法還處于起步階段,需健全體系,提升軟件質量及監管安全性,以改善糖尿病患者的服藥依從性。

1.7 人工胰腺(AP)

自動化胰島素輸送系統簡稱為人工胰腺(AP),是一類新型閉環給藥智能系統,主要由動態葡萄糖監測系統(CGMS)、胰島素泵及控制器三部分組成[31]。為適應醫療,需開發出多種工作模式,包括暫停胰島素輸注模式、夜間閉環模式、日夜閉環模式、雙激素閉環模式。AP主要針對1型糖尿病患者,將生理信號與持續血糖水平監測相結合,優化T1D患者的血糖控制,改善患者生活質量[32]。

Haidar等[33]評估了雙激素人工胰腺、單激素人工胰腺及傳感器增強泵治療對T1D患者60 h晝夜血糖控制的效果,與傳感器增強泵治療相比,單激素和雙激素人工胰腺系統顯著降低了低血糖監測時間,但雙激素人工胰腺比傳感器增強泵治療降低的時間更多。Bekiar[34]將人工胰腺系統應用于1型糖尿病門診非妊娠患者檢測,進行隨機對照試驗,結果顯示,人工胰腺系統是一種有效、安全的治療方法,可減少低血糖與高血糖的治療時間。Wu Z[35]研究表明,使用3個月diyAPS系統后,可降低T1D患者的糖化血紅蛋白(HbA1c)水平,降低低血糖風險,提高生活質量。

1.8 智能血糖檢測

智能血糖檢測是將傳感無菌探頭植入患者上臂皮下,通過連線酶技術連續監測組織間液葡萄糖水平,每人配備一個單獨的觸屏閱讀器,實時監測血糖。隨著智能手機的發展,手機成像數字圖像法使測定血糖成為可能,葡萄糖氧化酶催化反應后,利用手機拍照獲取溶液顏色信息,通過數字成像分析圖片,應用三基色原理進行定量血糖檢測[36]。

張晟[37]開發出智能隱形眼鏡來檢測血糖,將MoS2晶體管作為核心傳感材料,與Au線的傳感器組成完整系統,集成到軟性隱形眼鏡上,使之與淚液直接接觸,提高檢測靈敏度。研究表明,葡萄糖傳感器獲得的淚液濃度與臨床血糖儀獲得的血糖值具有高度相關性。

在胰島素分泌監測中,Zhang J等[38]開發出紅色及遠紅發射的鋅離子熒光探針,消除了光毒性,實現多色、多維、長時胰島素分泌監測。該研究為胰島分泌性疾病、2型糖尿病的病理研究提供了新技術,為異常疾病藥物的高通量篩選提供了可能性。隨著信息技術的發展,血糖檢測將進入智能化時代,未來的研究將不斷突破監測局限,開發出更方便、有效的血糖監測系統。

2 結束語

糖尿病患者常因病后知識普及不到位、無專業人員指導、自我管理能力不足導致血糖控制不佳,并發癥發生率上升。智慧平臺的發展可促進知識普及,加強診斷干預,提供專業支持。智慧康復模式運用動作感應控制技術、數字療法、人工智能等為糖尿病患者血糖監測及恢復提供新手段。但目前智慧康復尚處于初步發展階段,存在較多的應用問題,還需進一步解決。