可穿戴设备在癫痫监测、预测和治疗中的应用与研究进展

癫痫是一种由于大脑神经元异常放电活动导致短暂大脑功能紊乱的常见神经系统疾病，儿童和老年人是癫痫的高发人群。目前，全世界范围有超过7 000万癫痫患者，癫痫因此成为备受全球卫生部门关注的重要问题[1]。癫痫发作的不可预测性给患者和监护人带来了沉重的负担，超过50%的患者报告癫痫发作对其日常生活造成了重大影响[2-8]。在年龄20～45岁的青壮年人群中，癫痫猝死发生率是正常人群猝死的27倍[9]。此外，患有癫痫的儿童更容易出现抑郁和焦虑等心理问题[10]。因此，癫痫患者的生活质量和健康有重大影响，需全面的医疗和社会支持系统来管理。

癫痫的诊治需要详细的临床病史和专业辅助检查，但长时间的住院监测和高昂费用会降低患者的依从性。此外，传统方法难以在患者的日常生活中捕捉发作，可能会漏掉一些非惯常发作，影响诊断和治疗。近年来，随着技术进步，癫痫患者可以使用可穿戴设备实时监测并记录癫痫发作，及时将信息传递给医疗机构用于紧急救助和长期管理。在癫痫监测中，侵入式可穿戴设备如微创皮下脑电图设备被植入头皮下，持续监测脑电活动并捕捉癫痫发作前的异常电信号。非侵入式可穿戴设备，如耳后脑电图设备和智能手表，通过分析脑电波和心率等信号，实现日常生活中的实时监控。这些可穿戴设备在监测和预测癫痫发作方面展示出巨大潜力[11]。本文综述了可穿戴设备在癫痫监测、预测和治疗方面的研究进展。

准确记录癫痫发作次数可以帮助医生更好地管理患者的病情，从而选择出最佳的治疗方案，并监测该方案的有效性。但是在日常生活中癫痫患者难以准确记录癫痫发作。有研究表明，与通过视频脑电图监测的客观评估相比，患者自我记录的癫痫发作次数少于实际发作次数的50%，且记录的准确性还会随着时间的推移而显著降低[12]。有研究开发了一款手机软件Brain4U，虽然包括诸多功能如癫痫发作日记、提醒及跟踪药物服用情况，但是对于发作记录的准确性很大程度上依赖患者及家属的依从性[13]。相比之下，可穿戴的自动发作检测设备将比人为记录更有优势[14]。下文阐述了侵入式和非侵入式可穿戴设备的进展及展望。

1.1   侵入式可穿戴设备在癫痫监测中的进展

近些年，侵入式可穿戴设备的设计更加小型化、便携化，使其适合长时间佩戴。2019年，Weisdorf等[15]完成了首项在真实生活环境中进行的微创皮下脑电图设备（24/7 EEG SubQ设备）监测研究，该研究在院外进行了长达3个月的监测。研究结果表明，3个月的超长期居家癫痫监测是可行的，设备具有良好的耐受性，没有出现严重的不良事件。后续研究在9例癫痫患者和12例健康受试者中植入了皮下脑电设备，共记录了965天的数据。结果表明，设备在长时间使用中表现稳定，能够可靠地记录和传输数据，这为设备的进一步开发及临床应用提供了重要依据[16]。与头皮脑电相比，皮下脑电设备能够有效地捕捉到更高质量的脑电信号，减少噪声干扰[17]。侵入式可穿戴设备在癫痫监测中展现了显著的优势，但是这种设备需要通过手术植入，可能会引起皮肤刺激、头痛等不良反应，从而降低了设备使用的舒适度。此外，数据伪迹问题、患者的依从性等使其应用也面临一些挑战。因此，相较于侵入式可穿戴设备，非侵入式可穿戴设备在癫痫监测具有更高的患者接受度。

1.2   非侵入式可穿戴设备在癫痫监测中的进展

近年，一些关于耳后脑电图设备的研究为非侵入式监测癫痫发作提供了新的思路。Zibrandtsen等[18]的研究比较了颞叶癫痫患者在发作期和间歇期佩戴耳后脑电图设备和头皮脑电图设备的监测效果，结果表明耳后脑电图能可靠地检测与颞叶癫痫相关的脑电图模式，其敏感性和特异性与头皮脑电图相当。还有一些研究也证明了从耳后脑电图记录中检测癫痫患者的发作是可行的[19-21]。但是，并非所有的癫痫发作都表现出典型的发作期脑电图模式，这限制了其在临床应用中的有效性。

在患者的日常生活中，准确区分日常活动和癫痫发作是可穿戴设备应用的主要难点之一。这需要设备能够高效处理和分析大量复杂的信号，同时排除日常活动带来的干扰，以确保监测结果的准确性和可靠性。Japaridze等[22]研究了一款检测失神发作的弹性头带式可穿戴设备，通过自动行为测试，证明该设备能正确记录日常活动，并且捕捉到癫痫发作。其结果已通过临床视频脑电图记录验证。这种自动化检测方法有望提高癫痫监测和管理的效率和准确性。El Atrache等[23]利用的是佩戴在癫痫患者手腕或脚踝上的可穿戴传感器记录光电容积描记法（Photoplethysmography，PPG）数据，研究发现PPG监测技术能够在不同的癫痫发作阶段捕捉到与自主神经系统活动相关的显著生理变化。但是，受外部干扰和运动伪影等情况的影响，腕带式PPG传感器的准确性还有待研究[24-26]。

与此同时，三博脑科医院研究了腕带式可穿戴设备结合PPG信号在监测癫痫发作中的应用。在本研究中共监测了22例患者，期间共记录到10例患者的22次癫痫发作。我们对这10例患者佩戴期间的PPG数据进行了详细分析。研究方法包括从原始PPG数据中提取单个脉搏波形，并从每个脉搏中进一步提取参数。通过统计学分析，我们发现其中脉搏波宽度以及描述PPG信号的中频数的P值均<0.05，表明这些参数可能与癫痫发作的生理变化密切相关，这些初步结果为使用PPG技术在日常环境中实时监测癫痫提供了科学依据。

1.3   癫痫发作监测的前景展望

癫痫患者面临更高的突发意外死亡（Sudden unexpected death in epilepsy，SUDEP）风险[27]。有研究发现SUDEP高风险患者通常是年轻癫痫患者，他们最有可能在睡眠中因癫痫发作而死亡[28]。SUDEP患者在癫痫发作期间心脏自主神经的刺激增加，尤其是在睡眠期间发作时，心率变化更为明显[29，30]。由荷兰开发的一款夜间监测手环，使用的是固定于上臂的多模态传感器手环来监测夜间癫痫发作情况。该研究证明了结合心率和运动可以可靠地检测夜间癫痫发作[31，32]。这种夜间监测设备有望让患者及其家人对夜间可能发生的癫痫发作采取必要的预防措施。

在Meritam等[33]进行的一项关于腕带式可穿戴设备的研究，结果显示这种腕带式加速度计设备（Epi-Care）在家庭环境中使用是有效的。根据参与者的反馈，设备在检测双侧强直-阵挛性发作方面表现出较高的敏感度和较低的误报率。此外，使用这种设备还帮助减少了与癫痫相关的伤害，因为它能够及时通知监护人癫痫发作的发生，使他们有机会采取措施保护患者，比如定位患者位置或移除可能造成伤害的物品。这显示出该设备不仅能提高病情监测的准确性，还能提高患者的安全性和生活质量。目前，有两种可穿戴设备获得美国食品药品监督管理局和欧盟批准，并且已在多个国家销售。第一种设备名为BrainSentinel SPEAC，通过一个粘性贴片固定在受试者的二头肌上，通过检测肌电图（Electromyography，EMG）中的变化来识别抽搐[34]。第二种，Empatica Embrace是一款腕戴智能手表，通过加速度计和皮肤电活动（Electrodermal Activity，EDA）传感器监测用户的运动。通过蓝牙与佩戴者的智能手机保持连接。手机上的应用程序将数据和检测结果发送到云服务器，并在检测到癫痫发作时向护理人员发出警报[35]。此外，还有其他几种符合欧盟标准的设备，包括Biovotion Everion是一款配备多模态传感器的腕带式设备，能够连续监测多种生理参数，提供详细的健康数据；ByteFlies Sensor Dots是一种贴片式可穿戴设备，可记录脑电图和心电图，便于长期监测和数据分析；Livassured NightWatch是一款佩戴在上臂的夜间癫痫发作监测设备，使用心率传感器和运动传感器，能够及时检测夜间发作并发出警报，提高夜间安全性；Epi-Care Free是一款腕带式癫痫发作监测设备，使用加速度计和皮肤电活动传感器来监测癫痫发作，提供高精度的发作检测和及时的警报功能。除了现有的商用可穿戴生物传感器，还有许多处于早期阶段的传感器，这些设备未来可能应用于癫痫监测。例如，为运动员设计的汗液采样传感器能无创测量葡萄糖、乳酸、钠等代谢物以及药物水平，类似技术的流体传感器也已集成到护齿器和织物中用于采样唾液和其他体液。已知多种激素如褪黑素[36]、皮质醇和生长激素[37]等在癫痫发作前后会发生变化，为癫痫检测提供了新的生物标志物，这些技术的发展有望使癫痫监测涵盖更广泛的癫痫类型。

难以预测的癫痫发作不仅影响患者的社交和生活质量，更可能威胁患者的生命安全。有研究对141例癫痫患者进行了调查问卷，结果显示超过90%的患者希望能够预测癫痫发作[5]。为了解决这一问题，研究人员正在探索各种技术手段，包括侵入式或非侵入式可穿戴设备，以提高癫痫发作的预测准确性。

2.1   侵入式可穿戴设备预测癫痫发作

有研究发现反馈式神经刺激（Responsive neurostimulation，RNS）通过放置在患者颅内致痫灶的电极片来收集电信号并进行实时分析，能够预判患者癫痫发作并达到抑制癫痫发作的效果[38]。尽管这种技术具有显著的优势，但也存在一些缺点，例如伤口感染、导线移位或与设备有关的问题[39]。一些患者还可能会出现与电刺激相关的轻微副作用，如刺痛感、肌肉抽搐，或情绪认知等方面的改变[40]。还有一些研究人员发现脑电图监测到的高频振荡可以作为诊断和预后的生物标志物，分析高频振荡能够识别癫痫发作起始区并预测术后结果 [41，42]。

2.2   非侵入式可穿戴设备预测癫痫发作

心率监测和多模态生物信号检测在癫痫预测和早期识别中扮演着重要角色，尤其是在发作前的关键时刻[26]。Behbahani等[43]通过单导联心电图记录分析了12例患者的133次癫痫发作，发现癫痫患者发作前5min心率变异性部分参数有明显变化。Jeppesen 等[44]利用粘贴在左下肋骨的心率监测器进行研究，表明心率变异性可能是癫痫发作的最早临床体征，能够在明显的临床表现出现之前预测局灶性癫痫发作。Cogan等[45]报道的多模态检测在记录到的所有癫痫发作中均发现了心率上升至少15%。虽然心率变异性在某些患者中能够有效预测癫痫发作，但个体差异显著、研究样本量不足、高误报率以及在日常生活中的实用性问题仍需解决[46]。

传统的癫痫治疗是服用抗癫痫发作药物，但抗癫痫发作药物有多种副作用[47]。并且随着时间的推移，大脑的适应性以及代偿机制导致一些个体产生耐药性，使得药物对癫痫发作的控制能力下降[48]。由于大脑结构和功能的差异，对某些人有效的抗癫痫发作药物可能对另一些人不起作用[49，50]。据统计，约有1/3的癫痫患者进行了两种或两种以上的抗癫痫发作药物治疗，但仍会出现癫痫发作[51]。很多耐药性癫痫患者会选择切除手术来治疗癫痫，但是，超过30%的患者在术后仍然有癫痫发作[52-54]，可穿戴设备为这些患者带来了新的希望，帮助更好地管理病情和制定治疗方案。

3.1   侵入式可穿戴设备治疗癫痫发作

侵入式可穿戴设备在治疗癫痫发作中展现出显著的潜力。下面这两个研究虽然都使用了同一公司开发的设备，但AspireSR设备的研究强调基于心脏活动的癫痫发作检测算法及其触发迷走神经刺激（Vagus nerve stimulation，VNS）治疗的效果，而106型号迷走神经刺激（Model 106设备）治疗系统则更注重自动刺激模式在临床中的应用和效果评估。以下是对两个研究的总结，分别评估了不同型号的VNS设备在癫痫治疗中的效果和应用。Boon等[55]研究评估了AspireSR设备治疗的效果。结果显示，设备灵敏度超过80%，能有效检测并触发VNS治疗。在记录的66次发作中，27次触发了VNS治疗，其中10次在VNS刺激期间发作被中断。随访发现，佩戴该设备一年以上的患者，癫痫发作的严重程度和生活质量显著改善。尽管设备的假阳性率在每小时0.5～7.2次之间，但总体治疗效果可以接受。该研究表明基于心脏变化的自动化VNS在癫痫治疗中具有潜力。此外，Fisher等[56]利用的是同一公司的Model 106设备，结果表明，该设备在检测到心动过速后有效地减少了发作时间，显著改善了患者的生活质量和发作严重程度，并且在研究的12个月期间有50%的患者发作的严重程度显著改善，且耐受性良好。这两个研究虽然使用了同一公司开发的设备，但AspireSR设备的研究强调基于心率变化的癫痫发作检测算法及其触发VNS治疗的效果，而Model 106设备则更注重自动刺激模式在临床中的应用和效果评估。

3.2   非侵入式可穿戴设备治疗癫痫发作

经皮耳迷走神经刺激术（transcutaneous Vagus nerve stimulation，t-VNS）是一种无创的迷走神经刺激方法[57]。装置佩戴在耳轮脚、耳廓和三角窝等耳部位置，通过产生电脉冲来刺激迷走神经从而达到治疗癫痫的效果。Rong等[58]研究了50例药物难治性癫痫患者。患者接受治疗24周。随着治疗时间的延长，抗癫痫疗效逐渐显现，54%的患者能够达到无发作或发作频率显著减少。He等[59]对患儿进行了t-VNS治疗效果的前瞻性研究。研究结果表明，在治疗治疗8周后癫痫发作频率平均减少31.8%，24周后发作减少54.2%，这表明t-VNS治疗对减少癫痫发作具有显著效果，特别是在治疗的16～24周期间。还有一些研究也观察到t-VNS治疗时间延长与发作频率减少之间可能存在正相关关系[60-63]。此外，一项随机、双盲对照试验研究了刺激频率与癫痫发作频率降低之间的相关性。治疗组使用25 Hz的t-VNS刺激，对照组使用1 Hz的t-VNS刺激。结果显示，与对照组相比，完整治疗周期结束后，25Hz组患者的癫痫发作频率显著降低。虽然文中提到该结果没有统计学意义，但是其他研究也表明，高频VNS在减少癫痫发作频率方面是有效的[64-67]。这些研究结果提供了有价值的初步证据，但是以上这些研究的患者数较少并且治疗时间和刺激参数方面存在异质性，仍需更大样本、长时间、严格对照的临床试验来验证其疗效和安全性。

穿戴技术在癫痫预测和诊治中的作用越来越显著，它们能够实时自动检测癫痫发作，有望改善患者的生活质量，并推动癫痫研究的进一步发展。然而，目前研究主要集中在院内应用，家庭环境中的研究较少。设备在家庭中使用时的误报率和稳定性问题还需解决。现有研究多关注短期佩戴，还需要进一步评估长期佩戴的可靠性、稳定性、安全性和临床效益，同时考虑设备的舒适性和易用性。此外，个人信息保护尤为重要，确保数据的匿名化和脱敏处理。国际抗癫痫联盟分会调查发现多数国家尚未制定可穿戴癫痫检测设备的相关指南和共识[27]，对这些设备的具体要求仍不明确。表1总结了近年来关于可穿戴设备在癫痫患者中的应用研究[15，18，19，31，33，44，55，56，68-95]。未来的研究和开发需进一步解决这些问题，以便更好地利用穿戴技术改善癫痫患者的生活质量和治疗效果。

利益冲突声明 　所有作者无利益冲突。

参考文献略。

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