可穿戴设备在心理健康监测中的应用研究

何莹，刘燕华，黄文霞

四川大学华西护理学院/四川大学华西医院 a.麻醉手术中心；b.全科医学中心，四川 成都 610041

引言

随着社会的快速发展，人们学习、生活、工作等压力的不断增加，心理健康问题不断凸显，2019年数据显示，我国抑郁症与焦虑症的合计患病率达到7%[1-2]。目前心理健康监测主要依赖于测评问卷的形式，但其具有很强的主观性，且时效性不足。随着医学和计算科学之间的交叉融合，通过可穿戴设备采集佩戴者的语音、动作、环境、生命体征等信息，可以挖掘物理信息与心理健康之间的关系[3]。国务院印发《计量发展规划（2021-2035年）》[4]中明确指出，要进一步提升移动医疗领域可穿戴健康监测设备的技术水平。目前，可穿戴设备在移动医疗心理健康监测领域多处于实验室阶段，未来在临床实践中将展现出无限的潜力。

1 可穿戴设备的定义及发展

智能可穿戴设备的理念起源于20世纪60年代，但直到20世纪90年代，可穿戴设备形态才开始初步发展，首款手腕计算机于1975年问世，随后头戴式摄像头、便携式立体声播放器、可穿戴眼镜等设备相继问世[5]。进入21世纪后，可穿戴设备便进入了飞速发展的时期，2001年第一款无线耳机问世，随后耐克和苹果联合推出了iPod、Fitbit，并推出首款产品Fitbit Tracker，穿戴设备在健康监测领域引起了人们广泛的关注，已逐渐成为人类社会未来发展的趋势[6]。目前可穿戴设备尚无统一的定义，陈东义[7]认为可穿戴设备是以人为载体，通过可穿戴设备，可实现与人的交互。目前智能可穿戴设备被认为是一种可以穿戴在身上并具有信息采集、信号处理、交互等功能的便携式电子设备，它可以利用传感器设备接入移动互联网，实现人与物随时随地的信息交流[8]。

2 可穿戴设备在移动医疗场景下的应用

近年来，智能手环、胸章、眼镜等智能可穿戴设备已被广泛应用于人们的日常生活中。可穿戴设备在移动医疗场景下的应用因具有设备便捷化、智能化等优势，已成为目前移动医疗的热点。移动医疗领域是一种将移动计算、医学传感器以及信息技术融合为一体的创新型医疗模式[9]。可穿戴医疗设备由不同数据采集模块组成，可对人体进行实时监测，并采集数据为诊疗提供依据。目前可穿戴设备主要在健康监测、疾病管理、康复等移动医疗领域被广泛应用[10]。

2.1 可穿戴医疗设备在健康监测中的应用

可穿戴医疗设备可实时对生命体征信息进行监测，包括血压、心率、呼吸、血糖、睡眠质量等的变化，同时也可以根据生理变化结合环境和语言信息等反映心理健康状况，为患者的治疗提供科学依据。与例行体检、出现问题寻求医生帮助相比，可穿戴设备在患者自主参与、客观数据的实时反馈以及智能化时代远程医疗等方面都展现了独特的优势，如路知远[11]研制的可穿戴设备可以实时监测老年人的心率、血压等生理信号，以及皮肤状态、体脂量等生理参数，实现对老年人的日常健康监测。在心理健康监测方面，头戴式、手环式的可穿戴设备已被用于压力、情绪等方面的监测[12]，可反映某个情景下佩戴者的情绪变化、压力大小，但因依从性和佩戴时长等的影响对长期的心理健康问题的反映还有待进一步研究，未来可穿戴医疗设备有望融入更多的数据采集模块，实现人体全生命周期的健康监测。

2.2 可穿戴设备在疾病管理中的应用

在疾病管理领域，可穿戴设备在移动医疗慢病管理，如高血压、糖尿病等方面已经开始应用于社区和医院，任庭苇[13]首次在中国社区开展移动医疗慢病管理系统，利用可穿戴设备进行慢性病患者的管理取得了一定效果。可穿戴医疗设备在帕金森患者步态监测[14]、阿尔茨海默病患者定位服务[15]、心血管疾病患者心电监护[16]等中都得到了应用和发展，在心理健康监测方面可穿戴设备可实时客观地反映心理健康状况，但如何实现可穿戴设备在治疗过程中的全程监测是未来需要进一步探索的方向。

2.3 可穿戴设备在康复领域的应用

目前可穿戴设备和康复医学的交叉融合已经有成果产出并应用于患者的康复训练，如外骨骼机器人、智能膝关节等[17]。Chiang等[18]将可穿戴惯性传感器应用于全膝关节置换术后的患者，通过客观的数据帮助医生制定康复计划，灵活调整方案。Sungkarat等[19]通过可穿戴足底压力设备对脑卒中患者进行步态和平衡训练，对患者的康复有明显的效果，且改善了传统治疗方法的不足，可提供更及时科学的康复计划。同时患者穿戴智能设备可通过激励反馈等增强患者康复的信心，并进行更积极的自我管理。在心理疾病康复领域目前的研究尚未有可穿戴设备的介入，未来通过可穿戴设备实现治疗、康复的定量评估有望成为移动医疗领域中重要的工具。

3 可穿戴设备在心理健康监测中的应用现状

长期的抑郁、焦虑、自闭等心理疾病会严重影响身体健康，且大部分有心理疾病的患者并没有明显的表征变化，初期难以被发现，甚至部分患者不愿主动面对自己心理的健康状态而逃避治疗。虽然血液皮质醇测试、脑电图和生理体征信息是测量心理健康的“金标准”；然而，它们通常是侵入性或有时效性的，这就需要持续和自动化的心理健康监测系统进行实时情绪监测。通过可穿戴设备实时的采集语言、行为、体征信息等客观数据，通过客观的数据来研究个人心理健康状况，这也弥补了采用问卷调查的主观性和实效性不足等问题。

3.1 语言信号在心理健康监测中的应用

在传统分析人心理健康中，被试者需要在特定的环境下通过与心理方面的专家进行沟通和交流，或进行问卷调查等方式，通过专家们的观察和问卷调查结果来判断被试者的心理健康状况。其评估结果不仅需要经过专业培训的专家进行分析，而且容易受到专家、被试者主观因素等的影响而存在偏差。因此，通过可穿戴设备客观评估和分析人的身心健康状况具有重要现实意义。研究表明，基于可穿戴设备的社交信号处理与分析，语言信号是反映心理健康最有效的指标之一，可以作为个人心理健康状况的客观评定标准[20]。Costa等[21]的研究中，通过智能手机等设备通话时的语音数据，经过分析处理来探索数据与情绪之间的关系，了解被研究人员当时的情绪状态，包括焦虑、抑郁等情绪，并能及时反馈给佩戴者，提醒佩戴者及时调整自己的情绪状态；顾俊[12]设计了一种智能可穿戴手环，通过采集大学生穿戴者在演讲过程中的语音数据，建立焦虑情绪的评估模型，实现了可穿戴设备与社交感知软件的通信，并通过软件展示评估焦虑的结果。但心理健康是一个多因素结果，语言信号也受主观性的影响，为更好地定义心理健康的基础，需要不断丰富这些模型。

3.2 行为活动在心理健康监测中的应用

通常人们在谈话时，说话者的面部表情可作为判断患者情绪的依据，此外因个人的肢体行为动作特征更能够反映内心的真实想法，因此还可从微小的肢体行为动作判断患者的情绪状况。已有运用可穿戴设备对行为活动进行心理健康监测的研究，如对儿童的自闭症[22]、青年人早期孤独症[23]等疾病的监测，通过可穿戴设备可以起到及时预警的作用，从而尽早治疗。临床实践表明，眼球运动与精神障碍之间存在密切联系[24]，因此，在Vidal等[25]的研究中，通过一种可穿戴的动眼追踪器分析眼球的活动来监测佩戴者的精神和情绪状态，证明了眼球运动在心理健康分析方面的独特潜力。Sano等[26]将可穿戴设备应用于30名大学生进行14 d的持续数据采集，根据量表测试睡眠饮食和压力的情况，同时使用可穿戴设备收集大学生的行为数据，以分析大学生行为、睡眠饮食与压力之间的关系和大学生的心理健康状况。上述可穿戴设备的监测实现了通过行为活动来反映心理健康，从更细致的环节得到更科学的评估结果。目前由于受技术水平的限制，可穿戴设备在收集信息时也存在监测的特异性和灵敏度影响结果的真实性的情况。

3.3 体征信息在心理健康监测中的应用

研究表明，使用可穿戴设备可以系统测量体征信息，实现早期精神压力的监测[27]。当人们受到精神和情绪上的波动时，人体的器官将受到神经系统和激素的影响，身体信号被认为是判断心理状态的重要参数，也是评估心理健康状况的基础，因此选择更直观实时的生理监测数据信号可对佩戴者进行更加客观地评估[28]。Kakria等[28]设计了一个头戴式心理健康监测系统，通过使用脑电图信号和器官的代表性变异心率变异性（Heart Rate Variability，HRV）作为研究中的重要参数，数据通过移动设备传输给精神科医生进行诊断，实现更客观实时的评估和治疗。在一项对代谢综合征（Metabolic Syndrome，MES）患者的研究中，研究者通过可穿戴设备收集30名参与者的心电数据、血糖水平、血氧饱和度等，来探索MES患者的焦虑和压力情况，结果表明，可穿戴设备在区分MES和其他组的压力水平方面分别达到了92%和89%的平均准确率[29]。有研究显示，HRV可作为监测压力和焦虑最有效的生理指标之一[30]。体征信号的反映有利于在心理疾病发生前或早期被监测识别，且最具有客观性和实效性，但需要更大的样本量来捕捉心理的多级变化。

4 可穿戴设备应用于医疗场景下心理健康监测存在的问题及解决方法

整体来看，目前可穿戴医疗设备技术在国内外均处于发展阶段，可穿戴医疗设备的研究主要集中于生理健康的监测和识别，关于心理健康监测方面的研究，如心理疾病表征的预警、心理疾病的评估和诊断、情感的感知等研究相对较少。

目前可穿戴医疗设备虽然已在心理健康监测领域开展了相关研究与应用，但相关的应用多处于实验室阶段，在临床中的运用还较少。在心理健康监测领域主要还存在如下问题：① 智能可穿戴设备的实时计算能力、续航能力不强，导致心理治疗师和佩戴者使用不方便，不能直观显示心理健康评估结果和反映心理健康状态；② 在心理数据模块监测方面，医疗场景下心理状态的反映受到多因素的影响，需要进一步提高评估结果的客观性和科学性；③ 心理监测方面的多种传感器集成度和兼容性不佳，便捷度和舒适度有待提高；④ 未找到一个合适的数据模型，适用于大多数心理健康监测应用，而且数据的深度、模型的精度都有待提升。

针对以上存在的问题，可通过以下措施进行改进，以推动穿戴设备在心理健康监测中的应用。① 目前用于心理健康监测的可穿戴设备往往功能单一，可将多种情感系统传感器相结合获取更丰富的数据，未来可使其形成多模态传感器数据集；② 心理状态的真实反映需要长时间的连续监测，设计一种舒适、轻便、美观的可穿戴设备更利于提高实验者穿戴和使用的依从性；③ 心理健康监测的可穿戴设备在硬件方面可以收集储存佩戴者的数据信息，为治疗和诊断提供依据，但如何实现更系统的医疗服务需要将可穿戴设备与云端网络技术相结合，软件的协助在心理健康治疗中的应用必不可少。

5 小结与展望

目前人们对于心理健康监测的需求越来越大，而在心理治疗师资源明显不足、人群对心理健康问题认识不足、心理疾病患者就医行为不高的情况下，可穿戴设备技术可以实现对早期出现心理健康问题的人群进行及时干预，为心理疾病患者提供更客观准确、智能科学的数据以帮助心理专家做出高质量诊断和治疗，同时患者参与整个监测过程有利于提高依从性，增强康复信心，并降低心理治疗成本，减少医疗支出。目前可穿戴设备的技术相关问题在国家的支持和大众的监督下不断完善，在移动医疗领域多方面发展进一步成熟，但在心理健康监测领域几乎未应用于临床实践，用于心理健康监测的多模态传感器数据集还有待完善，缺少一套系统的心理健康监测的评估和诊断模型，如何真正落实到临床应用，模型的可靠性与问卷调查结果反映的一致性值得深入探讨。未来有望通过临床实践的不断丰富和应用于心理健康监测的可穿戴设备的不断发展，形成一套智能化、科学化的临床诊断方案。