江金偉

(江蘇省人民醫(yī)院浦口分院(南京市浦口區(qū)中心醫(yī)院)設備科，江蘇 南京 211899)

目前爆發(fā)的由冠狀病毒引起的急性呼吸道疾病稱為冠狀病毒病(縮寫為COVID-19)，這是過去20年中第三次有記錄的動物冠狀病毒向人類傳播并導致大流行的事件。但2003年由病毒引起的嚴重急性呼吸綜合征和2012年的中東呼吸綜合征仍局限在較小的區(qū)域[1]?，F(xiàn)在COVID-19正在全世界深刻影響人們的健康，針對該流行病，每個國家顯然都需要創(chuàng)新工具來攔截新冠病毒的傳播，提高醫(yī)療效率和護理質量，以減輕全球醫(yī)療保健系統(tǒng)的壓力。

COVID-19比嚴重急性呼吸綜合征更具傳染性，在較少的時間內導致的病例數(shù)是其10倍。中國很大一部分病例是在醫(yī)院被傳染的，如果沒有適當?shù)亩糁拼胧t(yī)院都有可能會被COVID-19病例淹沒。這不僅限制了人們治療感染病毒的重病患者的能力，還會導致患有更常見的危及生命疾病(例如心肌梗死和中風)的未被感染個體，無法及時接受他們通常會得到的治療[2]。

遠程醫(yī)療可以通過在家中進行COVID-19篩查、診斷和監(jiān)測來滿足這些需求。由于觀察到許多病例起源于醫(yī)院，因此許多美國衛(wèi)生機構已經(jīng)建立了遠程醫(yī)療系統(tǒng)，以便在家中看病并限制COVID-19可能的傳播。

利用遠程醫(yī)療進行COVID-19診斷時，一旦確診，遠程治療就是防止COVID-19患者在醫(yī)院感染他人的最佳策略，同時患者在舒適的家中接受治療，更有利于患者康復[3]。在家中使用醫(yī)療工具對患者進行持續(xù)監(jiān)測，是醫(yī)生做出醫(yī)療決定的必要條件(醫(yī)生可根據(jù)監(jiān)測報告做出判斷)。此外，通過在家庭和社區(qū)環(huán)境中使用遠程醫(yī)療傳感器監(jiān)測與 COVID-19 感染后相關的標志物，采用早期醫(yī)療干預措施和更積極的治療計劃可以防止患者疾病惡化和死亡。

1 COVID-19遠程視頻

隨著技術的不斷發(fā)展，遠程醫(yī)療視頻有可能為輕癥患者提供其所需的支持性護理，同時最大限度地減少與其他急性病患者的接觸。盡管過去的兩三年，遠程醫(yī)療的使用有所增加，但過敏癥患者采用遠程醫(yī)療的比例仍然很低。

最近的一項調查表明，雖然部分患者愿意使用遠程醫(yī)療[4]，但還是存在一些問題：

1)在多數(shù)情況下，患者更愿意到醫(yī)院進行面對面咨詢、溝通。

2)患者沒有對遠程醫(yī)療產(chǎn)生足夠的信任。

3)患者并不知道如何使用遠程醫(yī)療，缺乏有效引導。

遠程醫(yī)療視頻訪問需要滿足以下要求：

1)評估和計劃，包括對患者病情復雜性的臨床評估以及治療計劃。

2)環(huán)境不會受到遠程醫(yī)療視頻設置的影響，如果需要增加額外的檢查，應該綜合考慮。

3)醫(yī)生應記錄提供此服務所花費的總時間和遠程醫(yī)療模式(音頻或視頻)，以及患者和醫(yī)生兩者的位置信息。

4)遠程醫(yī)療視頻訪問可以根據(jù)檢查事項的醫(yī)療決策或花費的總時間進行計費。

5)就診時，不應將超過50%的時間花在咨詢和護理協(xié)調上。

6)醫(yī)生應像到辦公室一樣定期對患者進行遠程回訪，并記錄診療過程，病史應包括主訴、現(xiàn)病史、系統(tǒng)回顧以及既往史、家族史和社會史，因為這些都是主觀和客觀因素。

基于視頻的遠程醫(yī)療還可用于對新冠病毒進行評估和分類。醫(yī)院盡管可以提供方便快捷的診療服務進行身體檢查，但它也會增加患者和醫(yī)護人員接觸COVID-19的風險。通過基于遠程的視頻互動，患者可以與醫(yī)生進行互動：新冠病毒接觸者除了提供自身的癥狀和暴露風險的全面經(jīng)歷之外，醫(yī)生還可以對患者進行感染癥狀的觀察判斷。

評估應包括以下內容：

1)用家用溫度計測得的體溫。

2)能夠觀察到的一般外觀，如患者是否出現(xiàn)不適、是否出汗，臉部的顏色變化。

3)觀察患者呼吸和深呼吸時，是否使用輔助呼吸機，是否出現(xiàn)呼吸困難和言語中斷。

4)有無咳嗽。

5)觀察口咽部，評估口咽部是否有紅斑和滲出物，扁桃體有沒有擴大或缺失，是否出現(xiàn)病變突出的淋巴結病。

2 COVID-19遠程診斷

新冠病毒的遠程診斷，除了需要提高病毒診斷工具的準確性之外，還需要將診斷工具(POC) 設計成讓普通家庭客戶也能夠接受、使用，圖1所示為新冠病毒遠程醫(yī)療示意圖。在公共場所，需要方便快捷的新冠病毒篩查工具。在醫(yī)院，醫(yī)生需要為患者進行有效感染分類和資源分配，并向醫(yī)院提供患者嚴重程度信息。在家里，被隔離的人需要在重新進入社會之前進行COVID-19檢測，如果檢測結果呈陽性，則需要繼續(xù)通過遠程醫(yī)療系統(tǒng)監(jiān)測他們的癥狀，以減輕醫(yī)院的壓力和降低傳播風險。設計相關診斷工具時，需要認真選擇目標COVID-19的生物標志物、樣本標本、檢測機制和集成平臺[5]。

圖1 新冠病毒遠程醫(yī)療示意圖

目前橫向流動測定已成為商業(yè)快速 POC 測試的標準[6]，其通常在帶有樣品墊、結合墊和吸收墊的硝化纖維膜上，結合測試樣品進行操作區(qū)域檢測，如圖2所示。橫向流動測定可用于檢測特定顆粒 (AuNP) 探針的擴增核酸、抗體。橫向流動測定的核酸與檢測條上的固定探針結合，可能導致AuNP聚集并使測試條顏色發(fā)生變化。核酸橫向流動測定也可以使用固定化 CRISPR酶，它能在結合目標核酸序列時切割報告基因對，在測試線產(chǎn)生熒光信號。

圖2 生物標志物檢測、診斷COVID-19

橫向流動測定技術作為一種廉價、快速的家庭測試工具被廣泛使用[7]，由于其通過物理現(xiàn)象的變化進行診斷，使得它僅能用于定性的診斷分析。為了得到更高效、精準的檢測結果，就需要開發(fā)高度靈敏的定量檢測方法，以便更早地發(fā)現(xiàn)和更準確地篩查無癥狀攜帶者，并能通過遠程醫(yī)療系統(tǒng)獲取在家中治療患者的更多疾病信息。本文提出一種基于新型納米材料的電化學傳感器，這種傳感器定位良好，可提供快速、高靈敏度的測試，可集成應用到移動醫(yī)療平臺中。

現(xiàn)代醫(yī)學可通過監(jiān)測身體的多個指標來判斷某些疾病，細胞因子里的生物標志物快速電化學傳感方向一直是專家關注的領域。如具有 HfO2介電層的石墨烯 FET 被證明對唾液中標志物的檢測可以達到皮摩爾量級。在COVID-19感染期間，線粒體活性氧(reactive oxygen species，ROS)會誘導肺部細胞因子失調，有一種電化學傳感器可使用功能化的多壁碳納米管，通過循環(huán)伏安法在 30 s內檢測出痰樣品中的ROS水平。該測試達到了97%的靈敏度，并且與胸部CT掃描結果密切相關。這種電化學傳感器可適用于大部分家庭新冠病毒的自主測試，以診斷 COVID-19 感染過程中的肺部狀態(tài)。

基于標準實驗室檢測、CT掃描和臨床表現(xiàn)，人工智能技術已被應用在COVID-19的診斷中[8]。圖3所示為通過手持式呼氣分析儀進行呼氣分析，從而識別COVID-19 特征。由于氣體、揮發(fā)性有機化合物 (VOC) 和水蒸氣引起的納米材料的收縮和膨脹，會導致電阻發(fā)生變化，與其他肺部感染相比，它的測試結果與真實感染高度相似，這種簡單、直接的測試程序可以在公共環(huán)境中進行病毒的大規(guī)模篩查。

圖3 通過呼氣分析診斷COVID-19

SARS-CoV-2 診斷工具的快速發(fā)展，使得醫(yī)生可利用病毒產(chǎn)物和免疫反應獲取關鍵診斷信息。從臨床驗證和可重復性的試驗可知，這些新型設備具有解決當前測試難題的巨大潛力。電化學傳感器是與mHealth平臺集成的主要工具，可實現(xiàn)接觸者實時追蹤和遠程醫(yī)療訪問。

3 用于生命體征的監(jiān)測系統(tǒng)

可穿戴傳感器能夠持續(xù)監(jiān)測患者早期感染信號和癥狀的變化情況[9]，有助于應對當前COVID-19測試面臨的挑戰(zhàn)。COVID-19感染的早期癥狀具有非特異性，通常表現(xiàn)為發(fā)燒、咳嗽、呼吸急促和疲勞。使用遠程醫(yī)療設備在家實時監(jiān)測患者的生理信號，可以幫助醫(yī)生深入了解患者的健康狀況，以防止病情突然惡化，從而降低總體死亡率，如圖4所示。

圖4 生物標志物的可穿戴傳感器監(jiān)測

皮膚可穿戴設備和移動健康平臺監(jiān)測器已廣泛用于跟蹤患者，在COVID-19病毒流行期間，有可能被用于收集感染后引起的生理信號以監(jiān)測和識別潛在患者，達到控制 COVID-19 爆發(fā)的目的，如圖5所示。這些可穿戴設備可以部署在有潛在暴露風險的健康人、無癥狀者和癥狀較輕的人身上，方便他們留在家中觀察，并根據(jù)當前的臨床指南進行自我隔離，無需進一步的治療。

圖5 用于連續(xù)監(jiān)測的皮膚接口可穿戴傳感器

當人體被病毒感染時，免疫系統(tǒng)會通過升高體溫來防御它。因此，溫度測量必不可少，這種技術也已經(jīng)被許多國家采用。例如，美國西部的一家醫(yī)院已經(jīng)啟動了連續(xù)體溫監(jiān)測計劃，以此監(jiān)測可能接觸到病毒源的醫(yī)護人員體溫。一次性使用的傳感器貼片可持續(xù)工作長達72 h，并無線傳輸實時數(shù)據(jù)。當發(fā)現(xiàn)護理人員發(fā)燒時，感染者會立即被隔離，以確保公眾的安全。雖然識別潛在的發(fā)燒患者可能有助于在一定程度上控制病毒傳播，但僅測量體溫既不可靠也不準確。發(fā)燒還與許多其他感染特征有關，并且不是COVID-19的標志性癥狀，因為許多患者在感染期間沒有癥狀或不發(fā)燒。

病毒性疾病會增加患者生理壓力，導致心率和血壓升高以及脈搏波形發(fā)生變化。研究表明，COVID-19感染與心血管并發(fā)癥有關，包括心肌炎、心力衰竭和靜脈血栓栓塞。心血管猝死與COVID-19感染高度相關，已成為主要并發(fā)癥。因此，使用可穿戴心電圖 (ECG)傳感器監(jiān)測COVID-19患者的心率變異性 (HRV) 等心臟狀況至關重要。圖6所示為患者遠程實時監(jiān)控圖。呼吸頻率是至關重要的肺部指標，正常的呼吸頻率在休息時為12～20 次/min，而受感染的肺部會導致呼吸頻率升高。與體溫測量相比，監(jiān)測呼吸波動可能是作為COVID-19診斷的一種較準確的方式。需要關注的是，呼吸頻率升高通常需要氧療，如果延誤治療可能會導致采用機械通氣和插管等高侵入性手術，目前死亡率高達80%。使用應變傳感器測量呼吸頻率的同時還可以監(jiān)測咳嗽頻率，有助于對患者生理特征進行實時評估，從而能夠在癥狀惡化之前及時進行醫(yī)療干預。血氧飽和度(SpO2)用于衡量血紅蛋白的攜氧能力，正常的血氧飽和度為94%～100%。呼吸問題可能會導致危及生命的低氧癥，當出現(xiàn)明顯的呼吸短促時，患者的血氧飽和度通常已降至50%，這使得監(jiān)測脈搏血氧飽和度成為預防病情惡化的重要預警因素。脈搏血氧儀是安裝在患者手指上的可穿戴設備，用于連續(xù)無創(chuàng)傷監(jiān)測血氧飽和度。根據(jù)當前的居家指南，可通過用戶的行走步數(shù)來衡量其活動水平。運動已被證明對健康個體和患有各種疾病的患者是有益的，經(jīng)常的體育鍛煉會改善心血管功能、增加呼吸肌的力量，并維持和增強免疫系統(tǒng)?；诟叨榷鄻踊x的用戶健康數(shù)據(jù)，移動健康平臺(例如智能手機應用程序)可以與可穿戴傳感器相結合，作為基本篩查工具自動分析和管理數(shù)據(jù)，并減少不必要的醫(yī)院咨詢。

圖6 遠程實時監(jiān)控

4 結束語

由于無癥狀感染者和無癥狀攜帶者可能導致COVID-19的廣泛傳播，因此有必要通過遠程醫(yī)療進行廣泛和頻繁的快速檢測，找出并隔離感染者或攜帶者從而限制他們的傳播。將可連續(xù)監(jiān)測生理標記的穿戴設備與遠程醫(yī)療平臺配合起來，醫(yī)生可以實時跟蹤患者的健康狀況并確定何時改變治療方案。移動醫(yī)療平臺可以自動分析收集到的數(shù)據(jù)，以獲取患者感染新冠病毒的早期預警信號。這些工具可以對嚴重病例進行早期干預，并有效分配醫(yī)院資源以改善患者的疾病情況。隨著商用可穿戴設備和智能手機的小程序平臺的廣泛使用，它們可用于對個人的健康持續(xù)監(jiān)測以及對疾病狀態(tài)的信號跟蹤。隨著遠程診斷技術和可穿戴傳感器的不斷發(fā)展，遠程醫(yī)療將能更加有效地控制COVID-19傳播。通過廣泛、快速的篩查和家庭測試以及用于癥狀監(jiān)測和防治的可穿戴集成技術，患者感染新冠病毒后能得到有效的遠程治療。