數(shù)字智能化康復(fù)在糖尿病及其并發(fā)癥治療中的應(yīng)用

劉 歡,黃麗敏

(哈爾濱體育學(xué)院 a.研究生院; b.運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)學(xué)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(jīng)系統(tǒng)的慢性損傷或功能障礙[1],而智慧康復(fù)在其治療中的應(yīng)用成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。

康復(fù)云平臺(tái)基于互聯(lián)網(wǎng)+背景,整合所有醫(yī)療資源,構(gòu)建醫(yī)院-社區(qū)-家庭網(wǎng)絡(luò)體系,包括語言、聽覺、認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)等板塊的障礙評(píng)估,量身制定康復(fù)方案,形成以人為中心進(jìn)行服務(wù)的綜合電子數(shù)據(jù)庫[2]。依托于人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份認(rèn)證,建立個(gè)人獨(dú)立檔案,將健康情況如血糖、血壓等及定期檢查數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的健康監(jiān)控及疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)[3]。此系統(tǒng)與醫(yī)院互聯(lián)互通形成聯(lián)動(dòng)體系,擁有海量專業(yè)康復(fù)課程,社區(qū)配以專門的醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)對(duì)課程進(jìn)行培訓(xùn)解答,使患者家屬掌握科學(xué)的訓(xùn)練原則,醫(yī)生可通過平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控患者的康復(fù)情況,基于數(shù)據(jù)進(jìn)行效果評(píng)估與指導(dǎo),通過社區(qū)反饋更新課程內(nèi)容,進(jìn)行問題解答,形成網(wǎng)絡(luò)全覆蓋一體化康復(fù)流程。

1 現(xiàn)代智能化康復(fù)技術(shù)

1.1 動(dòng)作感應(yīng)控制技術(shù)

體感游戲(Motion Sensing Games)是在傳統(tǒng)游戲基礎(chǔ)上引入體感設(shè)備,結(jié)合智能穿戴,利用體感技術(shù)對(duì)肢體進(jìn)行輸入控制,實(shí)現(xiàn)人與物的互動(dòng),是一種新型互動(dòng)電子游戲,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)隸屬其中。經(jīng)多年發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)肅游戲類別,即進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、康復(fù)醫(yī)療、預(yù)防疾病等活動(dòng),在家進(jìn)行交互訓(xùn)練,成為輔助糖尿病患者康復(fù)的新型治療方式。目前面臨的問題是活動(dòng)強(qiáng)度與實(shí)際運(yùn)動(dòng)匹配及每日運(yùn)動(dòng)量的推薦不符,即參與和運(yùn)動(dòng)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(jīng)病變引起的平衡不足。H?chsmann C[8]利用手機(jī)設(shè)備作為傳感器激發(fā)患者參與動(dòng)機(jī),改善依從性,結(jié)果表明,體感活動(dòng)較傳統(tǒng)游戲運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng),使患者規(guī)律性體育鍛煉,改善糖代謝。曾杜純[9]在一系列綜合康復(fù)基礎(chǔ)上聯(lián)用Kinetic虛擬現(xiàn)實(shí)情景交互系統(tǒng)進(jìn)行蓋房等游戲,與傳統(tǒng)平衡訓(xùn)練對(duì)比,通過視覺反饋整合軀體感覺來改善周圍神經(jīng)病變患者髖、踝關(guān)節(jié)等的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn),減少DPN患者的姿勢(shì)搖動(dòng),進(jìn)行精細(xì)運(yùn)動(dòng)控制,降低跌倒風(fēng)險(xiǎn)。最新研究表明,可利用游戲激勵(lì)措施進(jìn)行糖尿病預(yù)防教育。

1.2 非侵入性神經(jīng)調(diào)控

非侵入性神經(jīng)調(diào)控工具如超聲刺激(TUS)、直流或交流電刺激(tDCS或tACS)、經(jīng)顱磁刺激(TMS)已廣泛應(yīng)用于糖尿病神經(jīng)傳導(dǎo)阻滯、認(rèn)知功能障礙康復(fù)治療中。TMS通過不同頻率刺激運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū),修復(fù)大腦默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò),提高大腦皮質(zhì)興奮性,增加腦局部血流量,改善認(rèn)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(lián)合運(yùn)動(dòng)增加康復(fù)效果,聯(lián)合有氧訓(xùn)練產(chǎn)生互補(bǔ)效應(yīng),改善認(rèn)知功能。

孫楊帆[11]等應(yīng)用tDCS改善腦部血供,改善認(rèn)知功能。李暉[12]揭示了rTMS能夠有效促進(jìn)神經(jīng)通路的形成或恢復(fù),提高神經(jīng)可塑性,降低糖尿病對(duì)認(rèn)知功能的損害,但未進(jìn)行遠(yuǎn)期隨訪研究。Ahmed[13]研究表明,有氧運(yùn)動(dòng)添加TMS可改善DPN患者神經(jīng)性疼痛,降低疼痛程度。Venecia[14]將tDCS應(yīng)用于初級(jí)視覺皮層,可改善糖尿病增殖性視網(wǎng)膜病變(PDR)患者的視覺輸入處理。可見非侵入性神經(jīng)調(diào)控具有良好的患者依從性、可靠性,值得進(jìn)一步臨床推廣。

1.3 人工智能(AI)

人工智能在糖尿病護(hù)理中的應(yīng)用包括視網(wǎng)膜病變自動(dòng)檢測(cè)、臨床決策支持、預(yù)測(cè)人群風(fēng)險(xiǎn)分層及患者自我工具[15]。

Natarajan[16]利用手機(jī)AI眼底攝像頭診判糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)的特異性及敏感性的有效率分別為88.4%、100%,經(jīng)過深度學(xué)習(xí)后的AI系統(tǒng)可準(zhǔn)確識(shí)別DR患者彩色眼底像中的微動(dòng)脈瘤、視網(wǎng)膜出血等表現(xiàn),篩查能效的提高可與多光譜眼底成像技術(shù)相結(jié)合。目前,基于多模態(tài)智能對(duì)話機(jī)器人設(shè)計(jì)的糖尿病健康管理服務(wù)平臺(tái)已應(yīng)用于醫(yī)療體系中,可提供低成本、個(gè)性化的慢性病管理服務(wù)[17]。

臨床決策支持系統(tǒng)(CDSS)將患者臨床信息與知識(shí)庫中的信息進(jìn)行匹配,通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來輔佐進(jìn)行疾病診斷,提供優(yōu)化方案,為糖尿病患者提供決策支持式的人工智能干預(yù)[18]。人工智能還可助力胰島素的精確使用,利用數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)模型的人工智能胰島素輔助決策系統(tǒng)[19]。但目前平臺(tái)建設(shè)還存在一定的局限性,將其全面應(yīng)用于臨床醫(yī)療領(lǐng)域還需一定的時(shí)間,CDSS能在多大程度上改善護(hù)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(chǎng)對(duì)外周神經(jīng)產(chǎn)生刺激作用,促進(jìn)體內(nèi)微循環(huán),加快營養(yǎng)因子及神經(jīng)細(xì)胞分化再生,用于糖代謝紊亂而致糖尿病周圍神經(jīng)病變中。DPN是糖尿病的常見并發(fā)癥,可出現(xiàn)疼痛、下肢麻木等癥狀,嚴(yán)重時(shí)可致糖尿病足,增加截肢風(fēng)險(xiǎn)。

林冬[21]對(duì)患者進(jìn)行了14 d中頻脈沖干預(yù),結(jié)果表明,神經(jīng)傳導(dǎo)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(guī)治療聯(lián)用低頻脈沖經(jīng)絡(luò)治療儀,總有效率高于對(duì)照組,可穩(wěn)定DPN患者的血糖水平,減輕其周圍神經(jīng)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(wǎng)膜厚度及術(shù)后最佳矯正視力,提高安全性[23]。

1.5 現(xiàn)代化理療設(shè)備

隨著理療的飛速發(fā)展,人們更傾向追求一種沒有創(chuàng)傷性、安全有效、操作簡(jiǎn)單的的康復(fù)方法。研究表明,紅光治療儀的應(yīng)用可改善DPN患者的神經(jīng)傳導(dǎo)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(guī)康復(fù)護(hù)理加紅光治療儀聯(lián)合使用,通過釋放的單頻紅外線發(fā)揮熱輻射與生理性效應(yīng)作用,促使周圍神經(jīng)恢復(fù),改善疾病癥狀。此外還開發(fā)了一種智能無線近紅外發(fā)光隱形眼鏡,將其應(yīng)用于糖尿病視網(wǎng)膜病變中[24],可提供一種新的生物醫(yī)學(xué)光子應(yīng)用方法。

空氣波壓力治療儀(IPC)在增強(qiáng)外周血流量、預(yù)防血管疾病方面發(fā)揮著一定的療效[25]。通過物理加壓對(duì)下肢進(jìn)行反復(fù)擠壓及舒張,促進(jìn)淋巴與靜脈血回流,為末梢神經(jīng)提供血氧,改善下肢神經(jīng)傳導(dǎo)速度。于麗紅[26]在綜合康復(fù)的基礎(chǔ)上聯(lián)用IPC,研究其在糖尿病患者下肢周圍神經(jīng)病變中的療效,結(jié)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(dòng)感覺閾、提高患者足底對(duì)振動(dòng)的感覺及下肢腓腸神經(jīng)傳導(dǎo)速度方面發(fā)揮著一定的效果。

1.6 數(shù)字療法(DTx)

數(shù)字療法(DTx)是在軟件程序驅(qū)動(dòng)下提供以循證醫(yī)學(xué)為基礎(chǔ)的干預(yù)方案,用以預(yù)防、管理、治療疾病,是數(shù)字醫(yī)療的延伸,同屬于數(shù)字健康[27]。其可與醫(yī)療器械、藥物或其他療法配合使用,亦可單獨(dú)使用。一些干預(yù)方法將人工指導(dǎo)與技術(shù)相結(jié)合,被認(rèn)為是一種可擴(kuò)展的方法,能夠覆蓋更大的風(fēng)險(xiǎn)人群,優(yōu)化患者護(hù)理效果[28]。

在血糖干預(yù)方面,VERMA R等[29]探討了Diabefly計(jì)劃對(duì)2型糖尿病(T2D)的影響,結(jié)合移動(dòng)應(yīng)用程序、遠(yuǎn)程生活方式指導(dǎo)、專家實(shí)時(shí)視頻咨詢及參數(shù)數(shù)字記錄對(duì)患者進(jìn)行飲食及運(yùn)動(dòng)干預(yù),結(jié)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(jìn)行自我管理,結(jié)合健康機(jī)器人及教練遠(yuǎn)程指導(dǎo),顯著降低了糖尿病合并高血壓患者的血壓,促進(jìn)患者進(jìn)行自我監(jiān)測(cè)。

數(shù)字療法可通過數(shù)字化手段將治療方案與醫(yī)學(xué)原理相結(jié)合,轉(zhuǎn)化為以應(yīng)用軟件為驅(qū)動(dòng)的干預(yù)措施,提高方案可行性與患者參與積極性,打破了傳統(tǒng)療法的局限性。但我國數(shù)字療法還處于起步階段,需健全體系,提升軟件質(zhì)量及監(jiān)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(dòng)化胰島素輸送系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為人工胰腺(AP),是一類新型閉環(huán)給藥智能系統(tǒng),主要由動(dòng)態(tài)葡萄糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CGMS)、胰島素泵及控制器三部分組成[31]。為適應(yīng)醫(yī)療,需開發(fā)出多種工作模式,包括暫停胰島素輸注模式、夜間閉環(huán)模式、日夜閉環(huán)模式、雙激素閉環(huán)模式。AP主要針對(duì)1型糖尿病患者,將生理信號(hào)與持續(xù)血糖水平監(jiān)測(cè)相結(jié)合,優(yōu)化T1D患者的血糖控制,改善患者生活質(zhì)量[32]。

Haidar等[33]評(píng)估了雙激素人工胰腺、單激素人工胰腺及傳感器增強(qiáng)泵治療對(duì)T1D患者60 h晝夜血糖控制的效果,與傳感器增強(qiáng)泵治療相比,單激素和雙激素人工胰腺系統(tǒng)顯著降低了低血糖監(jiān)測(cè)時(shí)間,但雙激素人工胰腺比傳感器增強(qiáng)泵治療降低的時(shí)間更多。Bekiar[34]將人工胰腺系統(tǒng)應(yīng)用于1型糖尿病門診非妊娠患者檢測(cè),進(jìn)行隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn),結(jié)果顯示,人工胰腺系統(tǒng)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(shí)間。Wu Z[35]研究表明,使用3個(gè)月diyAPS系統(tǒng)后,可降低T1D患者的糖化血紅蛋白(HbA1c)水平,降低低血糖風(fēng)險(xiǎn),提高生活質(zhì)量。

1.8 智能血糖檢測(cè)

智能血糖檢測(cè)是將傳感無菌探頭植入患者上臂皮下,通過連線酶技術(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)組織間液葡萄糖水平,每人配備一個(gè)單獨(dú)的觸屏閱讀器,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)血糖。隨著智能手機(jī)的發(fā)展,手機(jī)成像數(shù)字圖像法使測(cè)定血糖成為可能,葡萄糖氧化酶催化反應(yīng)后,利用手機(jī)拍照獲取溶液顏色信息,通過數(shù)字成像分析圖片,應(yīng)用三基色原理進(jìn)行定量血糖檢測(cè)[36]。

張晟[37]開發(fā)出智能隱形眼鏡來檢測(cè)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(tǒng),集成到軟性隱形眼鏡上,使之與淚液直接接觸,提高檢測(cè)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(guān)性。

在胰島素分泌監(jiān)測(cè)中,Zhang J等[38]開發(fā)出紅色及遠(yuǎn)紅發(fā)射的鋅離子熒光探針,消除了光毒性,實(shí)現(xiàn)多色、多維、長(zhǎng)時(shí)胰島素分泌監(jiān)測(cè)。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(shù),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(shù)的發(fā)展,血糖檢測(cè)將進(jìn)入智能化時(shí)代,未來的研究將不斷突破監(jiān)測(cè)局限,開發(fā)出更方便、有效的血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 結(jié)束語

糖尿病患者常因病后知識(shí)普及不到位、無專業(yè)人員指導(dǎo)、自我管理能力不足導(dǎo)致血糖控制不佳,并發(fā)癥發(fā)生率上升。智慧平臺(tái)的發(fā)展可促進(jìn)知識(shí)普及,加強(qiáng)診斷干預(yù),提供專業(yè)支持。智慧康復(fù)模式運(yùn)用動(dòng)作感應(yīng)控制技術(shù)、數(shù)字療法、人工智能等為糖尿病患者血糖監(jiān)測(cè)及恢復(fù)提供新手段。但目前智慧康復(fù)尚處于初步發(fā)展階段,存在較多的應(yīng)用問題,還需進(jìn)一步解決。