可穿戴设备在血管性认知障碍早期识别中的应用

黄巧 徐武华

血管性认知障碍(vascular cognitive impairment,VCI)是导致后天获得性认知障碍的第二常见病因，通常指所有与血管疾病相关的(包括存在临床卒中或亚临床脑血管损伤证据)，且至少一个认知域受损，并涵盖了从轻度到重度的疾病谱群[1]。据国际阿尔茨海默病协会(ADI)2015年度报告，全球现有痴呆病人约990万，并以每3秒新增1例的速度快速递增，且多集中在以中国为代表的发展中国家[2]。我国人口基数庞大且为卒中头号大国，卒中后认知障碍被视为整合卒中和认知干预的最佳突破口[3-4]。但中国的认知障碍，临床长期面临着早期识别率低、规范化诊治率低和康复介入率低的窘困，如何利用现代信息和人工智能技术改变这一现状正成为当前认知研究领域的新方向。本文拟全面综述国内外可穿戴设备在早期识别和诊断VCI中的研究进展，并展望其在未来临床中的应用前景。

1 当前国内外VCI诊断手段的局限性

尽管医学界对VCI的定义、发病机制和诊断标准仍存在大量的争议，但在诊断流程上已经达成了高度一致的专家共识，主要分3个步骤：认知障碍的甄别、血管性病因和认知障碍程度的界定。具体包括详细的病史采集、体格检查、主观的神经心理评估、客观的实验室生化标志物、靶基因检测和血管神经影像学检查等[5]。但由于大多数VCI诊治指南或专家共识是从神经病学和(或)精神(心理)病学专业角度出发，且主要着眼于药物干预，普遍缺乏认知康复的指导性意义。而从实际的诊断效果来看，除外少数时间和因果关系较为明确的卒中后认知障碍，大多数VCI的早期识别率并不高。Gold等[6]以病理诊断作为金标准，对比分析当今临床4个常用的诊断标准后发现，他们的特异度较高，但敏感度仅在50%～70%之间，且难以区别单纯血管性痴呆(vascular dementia,VaD)和混合性痴呆，高龄人群尤甚。

由于普遍缺乏高特异性的实验室生物学标志物，目前VCI的最终确诊主要依赖于临床和神经影像学检查。前者在很大程度上取决于医患双方对VCI的敏感度以及认知量表筛查的准确性，后者则经常有赖于头部CT/MR检查。即便在经济和医疗条件较好的地区，要求病人完成认知障碍诊断指南推荐的全套“规定动作”也绝非易事，国内不足10%的病人能严格遵照指南走完全部的诊断流程[5]。严酷的现实是，大多数病人在进入医疗程序时已经是痴呆的中晚期阶段，且多因精神行为症状(而非认知障碍症状)就医[7]。值得关注的是，作为临床诊断重要工具的神经心理评估也普遍存在着非本土化、费时长、过于刻板抽象、易受干扰等诸多缺陷。近年来，随着信号传感、大数据平台和人工智能技术的迅猛发展，临床上亟需研发可穿戴、能实时提供认知信息，且具备自主学习和诊断的智能化VCI早期识别系统。

2 可穿戴设备在VCI早期识别中的应用现状

2.1 VCI的认知障碍特点与可穿戴设备的分类 与AD不同的是，VCI病人的认知障碍特点是：(1)不均衡的“斑片状”认知域缺损；(2)记忆能力相对保留，但执行能力受损明显；(3)病程多呈现阶梯式发展；(4)多 伴有肢体活动、言语、吞咽、步态、平衡等躯体功能障碍。正是上述临床特点为下述的可穿戴设备捕捉VCI病人的认知和躯体等信号提供了窗口。

根据VCI病人的认知障碍特点，笔者根据采集的信号类型将目前正用和在研的可穿戴设备分为以下六类：(1)基于执行力评估的可穿戴设备；(2)基于注意力检测的可穿戴设备；(3)基于记忆力评估的可穿戴设备；(4)基于语言能力评估的可穿戴设备；(5)基于视空间能力评估的可穿戴设备；(6)基于神经电生理和其他躯体信号的可穿戴设备。但由于不同的认知域功能之间存在较多的重叠和交叉，这一分类法仍显粗糙。

2.2 可穿戴设备在VCI早期识别中的研究进展 VCI最易受损的认知域是执行能力，且更早、更具体地体现在日常生活活动能力(activities of daily living,ADL)上。病人表现为信息处理能力下降、速度减慢和任务转换困难，但反映在临床常用的神经心理评估量表上仅为1～3项答题，这显然不利于VCI和VaD的早期识别。在一个小样本的国内研究中，可持续采集步态和姿势参数的智能鞋显示了受试者步态参数中的支撑相占比与其MMSE和 MoCA分值之间的强负相关关系(r=-0.799、-0.767)，提示认知功能较差者在行走时与地面接触时间更长[8]。而在一项由36例AD病人和36例正常人参与的对照研究中，通过一款可穿戴的运动捕捉系统分别记录受试者完成7种不同姿势控制时的运动参数后发现，其与疾病诊断的吻合度达71.7%～86.1%，结合MoCA评分后可提升至91.0%～96.6%[9]。视觉虚拟(virtual reality,VR)和增强现实(augmented reality,AR)技术日趋成熟，部分研究证实，将VR或AR技术与工具性ADL(IADL)评估相结合可大大减少问卷式评估的主观偏见[10]。

由于人类的语言和声学特征极其复杂和丰富多样，且相当多的VCI病人还伴随程度不等的构音和吞咽障碍，同时在嘈杂环境中捕捉语音信号的技术尚不成熟，目前第四类可穿戴设备的研发尚在艰难起步阶段。令人欣喜的是，一款名为VocabChecker的手机软件在小样本中测试的结果显示，痴呆病人的语言能力参数(词义/词类比)明显低于健康对照组(P=0.02)[11]。我们认为，随着语音识别和解读技术的日趋成熟和产品的不断巧灵化，高度个体化、智能化并同时兼顾言语和吞咽康复训练的可穿戴设备有望在不久的将来应用在VCI的临床诊治与康复实践中。

已证实，眼球运动异常是认知障碍的早期征象[12]。但既往大多数的眼动与认知障碍相关性研究都是在严格的实验室条件下完成的，难以在临床广泛推广。Cano等[13]正在尝试利用穿戴式眼动记录仪探索老年痴呆病人与健康人群在浏览手机网页内容的眼球运动表现之间的区别，探索其更早期识别认知障碍的可能性。而一个内置有32个微电极并与互联网连接的头套装置已经在小样本中成功实现了脑电图、事件相关电位的居家监测和远程诊断[14]，如果能在未来的多中心、大样本、随机对照的前瞻性研究和随访研究中取得支持性证据，有望成为包括VCI在内的各种认知障碍早期识别和鉴别诊断辅助工具。其他在研可穿戴设备，如腕戴式睡眠与心率变异性传感器[15]和脉搏血氧传感器[16]等也在尝试进行对认知障碍人群其他躯体信号的采集。

2.3 可穿戴设备的优缺点和前景展望 可穿戴设备的优点不言而喻，他已显现的实时便捷、安全无创且更贴近真实的生活，便于大范围筛查、大数据分析和远程诊断等诸多优点将随着现代科技的迅猛发展，势必成为认知障碍早期识别的发展方向。但迄今为止，绝大多数可穿戴设备尚缺乏严格的循证医学证据，而专用于VCI早期识别的更是少之又少。必须指出的是，目前在研和在用的可穿戴设备普遍存在信号捕捉、转换、解读上的技术性缺陷，均不能单独作为认知障碍诊断和分型的依据，必须同时参考病人的临床资料和其他辅助检查结果才能做出合理的诊断。笔者认为，未来的研发可在小巧化、信号整合化、模块化、智能化和任务导向化等方向发展，同时还应积极开展与经典临床和病理诊断标准之间的对照和随访研究，以提高其灵敏度和特异度，最终构建一个稳定可靠，且具备自我学习、自主诊断的智能化可穿戴式早期认知障碍识别体系。

综上所述，现有的VCI诊断体系滞后于病人的临床和大脑病理，尤其不利于早期识别和早期干预，正在蓬勃发展的诸多可穿戴设备以其实时、便捷、客观、敏感等诸多优点有望成为未来早期甄别和预测包括VCI在内各种认知障碍的有力辅助工具。