新的运动感应技术如何帮助使背部疼痛护理标准化

工程和医学研究人员正在开发一种数字健康系统方法，旨在增强背痛的临床决策。在完成了一系列的研究，测试了他们在实验室中完善的精确、客观的测量结果后，该团队旨在将数据驱动的实践应用于评估和修复由脊柱功能障碍带来的背部问题。

　　

但对于数百万腰痛患者来说，治疗决定很大程度上依赖于对患者不适程度的主观衡量，这往往导致昂贵的检测和治疗(腰痛是美国医疗保健支出的第三高，仅次于糖尿病和心脏病)，这未必能提供永久的解决方案。

俄亥俄州立大学的工程和医学研究人员正在开发一种数字健康系统方法，旨在提高背痛的临床决策能力。在完成了一系列测试他们在实验室中完善的精确、客观测量的研究后，该团队的目标是将数据驱动的实践应用于评估和修复由脊柱功能障碍带来的背部问题。

在最近发表在《临床生物力学》上的一项研究中，研究人员将自我报告的疼痛和残疾措施与可穿戴体感系统的数据相结合，以评估腰椎融合手术患者的下腰功能。虽然术后疼痛缓解和较低的致残率在6周内自行报告，但客观指标在术后至少6个月没有检测到脊柱的实际功能改善。

研究人员总结说，这些基于运动的精确测量方法，以及将其纳入一个新兴的全国患者脊柱功能评分和其他医疗数据数据库，可以为外科患者做出更客观的临床决策奠定基础。

“你不能只问人们对他们的背部感觉如何，”资深作者、俄亥俄州立大学脊柱研究所执行主任威廉·马拉斯说。

对于背痛，人们被要求在1到10分之间给自己的感觉打分。但既然椎间盘上没有疼痛感受器，这意味着什么?我们的技术试图为这个问题带来客观的衡量标准，不仅观察人们对背部疼痛的感觉，还定量测量他们的运动有何不同，以及这在生物力学方面意味着什么，”马拉斯说。他是医学院的集成系统工程教授，在骨科、神经外科、物理医学和康复方面有学术地位。

几十年来，Marras的实验室一直在研究脊椎的日常生活力，并在30年前开发了第一个可穿戴式背部传感器，以评估在各种环境下执行一系列任务时的动作对背部的影响。最近，他的团队用市场上常见的芯片(通常用于手机)改装了这些设备，这些芯片可以告诉我们在太空中的位置。

这套名为“Conity”的系统配备了一个临床腰椎运动监测系统，该系统在上背部和腰部的背带上安装了芯片传感器，以捕捉一个人在进行一系列标准化动作时的三维“运动特征”。结合的技术不仅能获得运动幅度的定量数据，还能获得运动速度和加速度的定量数据——Marras的研究发现，这些数据对理解脊柱功能更有帮助。

本研究对121例腰椎融合术患者术前1次，术后5次评估前后弯曲、左右弯曲和脊柱旋转情况。为了确定他们的功能表现得分，他们的个人数据与基于从健康对照组收集的数据的复合测量进行了比较。参与者还完成了评估他们疼痛、残疾、恐惧回避行为和生活质量的问卷调查，包括基线和术后随访。

在这些患者中，基于体感数据的第一个显著的功能性能改善直到术后6个月才出现，在随后的18个月里，功能稳步进步。但早在术后六周，患者就自我报告在疼痛、能力和恐惧回避方面有了显著改善。

虽然缓解疼痛很重要，但研究人员指出，客观的功能评估可能是更好的衡量脊柱融合手术后何时可以安全恢复正常活动的指标。

“我们的技术能够看到，1，你是否有背部损伤，2，它的状态是什么?是好转了，还是恶化了，是有进展了，还是脱离了正常范围?”马拉说。“当你对背部，尤其是椎间盘造成损伤时，你不知道什么时候会发生损伤，因为椎间盘中的神经感受器非常少。你可能会造成破坏，而人们永远不会知道。”

马拉斯在早些时候的一项研究中使用的运动监测器激起了军方对这项技术的兴趣，并为国防部提供了资金，因此它可以用于评估机组人员的脊柱功能——这是一组已知会经历下腰痛的服役人员。

马拉斯说:“在下腰障碍的世界里，最重要的是不要让它持续数月或数年，直到它变得非常严重，因为那样的话，它真的很难解决。”“与我们交谈过的军方领导人认为，这可以让机组人员找到正确的解决方案，并防止问题的发生。

“这使我们能够加强我们的数据库，开发更多的技术，并把它变成一个数字健康系统平台，可以帮助军队中很多人解决他们的问题。这是一个发射台，为美国国立卫生研究院做同样的事情提供了机会。”

除了来自患者问卷和体感数据的信息，研究人员还将医学成像结果和电子病历文件纳入数据库，以提供高度个性化的评估，并扩大平台的分析能力。

Marras是俄亥俄州立大学参与一项即将进行的由联邦政府资助的脊柱治疗评估临床试验的联合首席研究员，他将继续独立于该试验收集有或没有背部疼痛的人的运动传感器数据。他的团队还开发了临床医生软件，以扩大运动传感器测试在全国的可用性。

他说:“我们正在建立一个系统的计算机平台，我们可以在全国任何地方销售。”“我们的希望是，通过与不同的大学合作，我们将能够建立一个足够大的数据库，我们可以使用人工智能和机器学习来找出最重要的是什么。我们认为我们知道，但对大量数据的复杂分析可以帮助我们找到我们可能遗漏的东西。”

腰椎融合手术研究的共同作者都来自俄亥俄州，包括Safdar Khan, Prasath Mageswaran, Guy Brock, Mariah Eisner和Sue Ferguson。这项工作得到了国家转化科学推进中心(National Center for advancement Translational Sciences)的部分支持。

Journal Reference:

1. Safdar Khan, Prasath Mageswaran, Guy Brock, Mariah Eisner, Sue A. Ferguson, William S. Marras. Quantitative dynamic wearable motion-based metric compared to patient-reported outcomes as indicators of functional recovery after lumbar fusion surgery. Clinical Biomechanics, 2022; 97: 105706 DOI: 10.1016/j.clinbiomech.2022.105706