體動記錄儀作為一種監測睡眠-覺醒狀態的新技術,具有經濟、非侵入性、能在日常生活下持續監測等特點,使其在科研和臨床上都有廣泛的應用,包括對不同人群睡眠質量的調查和多種睡眠障礙的診斷等。但體動記錄儀在國內認識度低,應用不多,本文將針對體動記錄儀在睡眠和睡眠疾病中的應用展開綜述。
引用本文： 王德璽, 張宗平, 劉紅, 李韻, 雷飛, 唐向東. 體動記錄儀在睡眠和睡眠障礙監測中的應用. 生物醫學工程學雜志, 2014, 31(1): 210-213. doi: 10.7507/1001-5515.20140040 復制
引言
早在20世紀50年代末期，Schulman和Reisman便利用體動記錄儀評估兒童的過度活動[1]。經過幾十年的發展，體動記錄儀在硬件性能上有了顯著提高，電池續航時間更長，存儲數據更多，這為其能在日常生活中長時間監測睡眠提供了基礎。美國睡眠醫學會(American Academy of Sleep Medicine，AASM)于2007年提出了體動記錄儀不僅能夠在科研中應用，而且在臨床上對睡眠疾病的診斷也具有重要價值[2]。
體動記錄儀主要工作原理是通過持續測量肢體的運動量，在“睡眠-覺醒周期”與“休息-運動周期”有著近乎一對一的相關性[3]的基礎上，推算出睡眠-覺醒周期。如今，體動記錄儀制作成類似手表大小的儀器，可以固定在手腕或腳踝上，以數秒至數分鐘為一幀，記錄此段時間內的肢體運動量，并儲存在存儲器中，共可記錄數周至數月的數據。記錄的數據導入到計算機中，經過軟件包分析轉化為多個睡眠參數，比如睡眠潛伏期、總睡眠時間、睡眠效率和睡眠-覺醒節律等，同時也可以將睡眠-覺醒節律以圖片的形式輸出(見圖 1)，這都有助于臨床上睡眠障礙的診斷和療效評估。
圖1
正常人體動記錄儀檢查結果
Figure1.
Actigraphy data of a normal subject
1 體動記錄儀與睡眠
多導睡眠圖(polysomnography，PSG)一直是客觀睡眠監測的金標準，不過它也有不足之處，例如：必須在實驗室中和相關技術人員監控下進行，PSG監測所必須的電極和束帶的不適感帶來的“首夜效應”和較高檢查費用，這都使得它不適合在大樣本人群中進行睡眠結構異常的篩查，而體動記錄儀能夠彌補這些缺陷[4]。Beaudreau等[5]就利用了體動記錄儀調查了2 968名老年女性的睡眠情況，這種情形下使用PSG監測是不可行的。同樣地，對難以配合PSG監測的人群，例如兒童，體動記錄儀也易于被他們所接受，且具有較高的可信度[6]。有研究利用體動記錄儀記錄急性淋巴細胞性白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)患者化療前后的睡眠情況，發現ALL患者在化療期間夜間覺醒時間更長、日間睡眠時間增多，這可能與化療藥物破壞了睡眠節律有關[7]。另一項研究利用體動記錄儀對精神分裂癥患者進行監測時，發現他們常常受到生物節律破壞的影響[8]。因此，體動記錄儀監測的簡便性，能夠使我們在大樣本和某些不能配合PSG檢查的特殊人群中進行睡眠節律監測，并能客觀地觀察不同疾病對睡眠的影響。
2 體動記錄儀與睡眠疾病
2.1 體動記錄儀與失眠
失眠是睡眠障礙中最常見的一種，主要表現為入睡難、易醒、早醒或非恢復性睡眠。失眠患者每日睡眠狀況變異度大，單夜的PSG監測并不能準確地反映患者的睡眠情況。雖然體動記錄儀不能提供睡眠分期的結果，但作為一個客觀睡眠監測的輔助工具，它能夠持續監測患者數周睡眠情況，并能反映患者晝夜節律的變化，在失眠患者中應用較多[9-11]。Van Veen等[12]發現伴有慢性失眠的注意缺陷多動障礙(attention-deficit hyperactivity disorder，ADHD)患者睡眠起始時間和結束時間都遲于不伴慢性失眠ADHD患者，且其晝夜節律的穩定性差。為了更好地利用體動記錄儀評估失眠嚴重程度，Natale等[9]對126名失眠患者進行了體動記錄儀監測，發現睡眠潛伏期、總睡眠時間和大于5 min的覺醒次數能有效評價失眠嚴重程度。體動記錄儀能夠連續多夜監測睡眠，其監測數據可用于觀察藥物等治療的療效。Peterson等[13]對服用唑吡坦患者采用了PSG與體動記錄儀兩種監測方法，并對兩者的結果進行比較，發現體動記錄儀能夠有效地估算被監測者的睡眠時間，同時能較準確地反映唑吡坦的療效。在另一項研究中則直接利用體動記錄儀監測結果作為判斷患者睡眠改善程度的標準，發現失眠患者經過行為治療后睡眠潛伏期縮短，總睡眠時間和睡眠效率都有所提高[8]。
2.2 體動記錄儀與周期性肢動癥
周期性肢動癥(periodic limb movement disorder，PLMD)是指睡眠期間反復的、高度刻板發生的肢體運動，最常發生于下肢。PSG是PLMD的主要診斷工具，其周期性腿動指數(periodic limb movement index，PLMI)≥5 作為PLMD 診斷標準。但體動記錄儀能多夜監測周期性肢體運動發作頻率，這是PSG無法比擬的。2002年，Morrish等[14]利用體動記錄儀在100名志愿者中進行了PLMD流行率調查，認為在社區調查中體動記錄儀是一種可靠的調查PLMD的工具。為了驗證體動記錄儀在兒童中診斷PLMD的特異度和敏感度，Rogers等[15] 在20名貧血兒童中同時進了體動記錄儀與PSG監測，他們將體動記錄儀用膠帶固定在兒童雙腳腳背上，并將體動記錄儀記錄的PLMI與PSG結果比較，發現體動記錄儀敏感度達到了1.00，特異度為0.69，認為體動記錄儀是一個有效篩查兒童PLMD的工具。不同品牌的體動記錄儀產生的結果可能不一樣。2009年，Gschliesser等[16]在24名PLMD患者中使用兩種不同品牌的體動記錄儀并進行評估，最終認為PAM-RL以2 s為采樣頻率時所得出的PLMD最接近PSG結果。
2.3 體動記錄儀與睡眠呼吸障礙
盡管有研究表明體動記錄儀估算阻塞性睡眠呼吸暫停患者睡眠時間的準確度不高，特別是重度阻塞性睡眠呼吸暫停患者[17]，但目前仍有不少研究用其推算睡眠時間，評價睡眠質量[18-19]。Elbaz 等[18]聯合使用體動記錄儀和簡易呼吸初篩儀對20例睡眠呼吸暫停患者進行觀察，利用體動記錄儀提供的總睡眠時間能夠將簡易呼吸初篩儀對重度睡眠呼吸暫停患者的診斷靈敏度和陰性預測值分別從50%和75%提高到88%和92.5%。Heinzer等[20]采用了一個很巧妙的方法來觀察體位治療在阻塞性睡眠呼吸暫停患者中的依從性，他們將體動記錄儀植入到體位治療裝置中以記錄體位治療裝置運動狀態，從而得出體位治療時間。在患有阻塞性睡眠呼吸暫停的兒童中，其睡眠中的運動可能與記憶減退有關，而體動記錄儀能很好地記錄患兒睡眠中的運動量，因此，體動記錄儀可能具備預測認知功能的作用[21]。
2.4 體動記錄儀與快速眼動期睡眠行為障礙
體動記錄儀在快速眼動期睡眠行為障礙(rapid eye movement sleep behaviour disorder，RBD)中的應用報道不多。Naismith等[22]在22名接受體動記錄儀監測的帕金森病患者中，使用快速眼動睡眠期行為障礙問卷將患者分為兩組：RBD+(n=13)和RBD-(n=9)，比較這兩組患者體動記錄儀結果發現RBD+者夜間覺醒次數明顯高于RBD-者，認為體動記錄儀能夠幫助早期診斷RBD。
3 體動記錄儀在睡眠應用中的局限
體動記錄儀工作原理是建立在睡眠-覺醒周期之上，通過記錄運動狀態和運動量，來推算睡眠時間，而非腦電活動的記錄，且沒有統一的判讀規則，因此需采用一些特殊的方法來提高其準確度。首先，配合睡眠日記的使用，以確定開關等時間。其次，在不同的病種和人群中需使用不同判讀規則[23]。例如，Meltzer[6]就建議在兒童中使用標準判讀規則，而在阻塞性睡眠呼吸暫停和PLMD患者中使用 “5分鐘規則”進行判讀，這樣所得出的睡眠潛伏期、總睡眠時間和覺醒時間與PSG 結果最為接近。另外，對于部分特殊患者應采取適當的記錄方法。例如，Zollman等[24]通過對數名顱腦外傷患者的體動記錄儀結果分析，發現伴有肢體麻痹、痙攣或攣縮的患者自我報告睡眠時間明顯低于體動記錄儀記錄結果，因此建議伴肢體功能障礙的患者盡量將體動記錄儀佩戴在受影響較小的肢體上，以提高數據采集的可信度。
4 總結與展望
體動記錄儀作為一種較新的睡眠監測技術，具有經濟、非侵入性、能在自然狀態下連續監測等特性[23]，結果有較高的可信度，使它在臨床上的地位越來越獲肯定。首先，體動記錄儀在晝夜生物節律疾病(如睡眠時相延遲綜合征)的診治中具有明顯的優勢；第二，可以對睡眠疾病治療療效進行評估；第三，能夠用于不能配合PSG監測的兒童和精神障礙患者；第四，能夠在人群中進行PLMD的篩查；另外，對于大樣本人群睡眠狀況的研究，體動記錄儀提供了一個簡便、客觀的方法。
雖然體動記錄儀在應用上存在一些不足，但隨著科技的發展，體動記錄儀對肢體運動的靈敏度將逐漸提高，隨著技術人員對數據處理方法的優化和人們對睡眠生理更深層次的了解，以上問題都可能得到解決。
引言
早在20世紀50年代末期，Schulman和Reisman便利用體動記錄儀評估兒童的過度活動[1]。經過幾十年的發展，體動記錄儀在硬件性能上有了顯著提高，電池續航時間更長，存儲數據更多，這為其能在日常生活中長時間監測睡眠提供了基礎。美國睡眠醫學會(American Academy of Sleep Medicine，AASM)于2007年提出了體動記錄儀不僅能夠在科研中應用，而且在臨床上對睡眠疾病的診斷也具有重要價值[2]。
體動記錄儀主要工作原理是通過持續測量肢體的運動量，在“睡眠-覺醒周期”與“休息-運動周期”有著近乎一對一的相關性[3]的基礎上，推算出睡眠-覺醒周期。如今，體動記錄儀制作成類似手表大小的儀器，可以固定在手腕或腳踝上，以數秒至數分鐘為一幀，記錄此段時間內的肢體運動量，并儲存在存儲器中，共可記錄數周至數月的數據。記錄的數據導入到計算機中，經過軟件包分析轉化為多個睡眠參數，比如睡眠潛伏期、總睡眠時間、睡眠效率和睡眠-覺醒節律等，同時也可以將睡眠-覺醒節律以圖片的形式輸出(見圖 1)，這都有助于臨床上睡眠障礙的診斷和療效評估。
圖1
正常人體動記錄儀檢查結果
Figure1.
Actigraphy data of a normal subject
1 體動記錄儀與睡眠
多導睡眠圖(polysomnography，PSG)一直是客觀睡眠監測的金標準，不過它也有不足之處，例如：必須在實驗室中和相關技術人員監控下進行，PSG監測所必須的電極和束帶的不適感帶來的“首夜效應”和較高檢查費用，這都使得它不適合在大樣本人群中進行睡眠結構異常的篩查，而體動記錄儀能夠彌補這些缺陷[4]。Beaudreau等[5]就利用了體動記錄儀調查了2 968名老年女性的睡眠情況，這種情形下使用PSG監測是不可行的。同樣地，對難以配合PSG監測的人群，例如兒童，體動記錄儀也易于被他們所接受，且具有較高的可信度[6]。有研究利用體動記錄儀記錄急性淋巴細胞性白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)患者化療前后的睡眠情況，發現ALL患者在化療期間夜間覺醒時間更長、日間睡眠時間增多，這可能與化療藥物破壞了睡眠節律有關[7]。另一項研究利用體動記錄儀對精神分裂癥患者進行監測時，發現他們常常受到生物節律破壞的影響[8]。因此，體動記錄儀監測的簡便性，能夠使我們在大樣本和某些不能配合PSG檢查的特殊人群中進行睡眠節律監測，并能客觀地觀察不同疾病對睡眠的影響。
2 體動記錄儀與睡眠疾病
2.1 體動記錄儀與失眠
失眠是睡眠障礙中最常見的一種，主要表現為入睡難、易醒、早醒或非恢復性睡眠。失眠患者每日睡眠狀況變異度大，單夜的PSG監測并不能準確地反映患者的睡眠情況。雖然體動記錄儀不能提供睡眠分期的結果，但作為一個客觀睡眠監測的輔助工具，它能夠持續監測患者數周睡眠情況，并能反映患者晝夜節律的變化，在失眠患者中應用較多[9-11]。Van Veen等[12]發現伴有慢性失眠的注意缺陷多動障礙(attention-deficit hyperactivity disorder，ADHD)患者睡眠起始時間和結束時間都遲于不伴慢性失眠ADHD患者，且其晝夜節律的穩定性差。為了更好地利用體動記錄儀評估失眠嚴重程度，Natale等[9]對126名失眠患者進行了體動記錄儀監測，發現睡眠潛伏期、總睡眠時間和大于5 min的覺醒次數能有效評價失眠嚴重程度。體動記錄儀能夠連續多夜監測睡眠，其監測數據可用于觀察藥物等治療的療效。Peterson等[13]對服用唑吡坦患者采用了PSG與體動記錄儀兩種監測方法，并對兩者的結果進行比較，發現體動記錄儀能夠有效地估算被監測者的睡眠時間，同時能較準確地反映唑吡坦的療效。在另一項研究中則直接利用體動記錄儀監測結果作為判斷患者睡眠改善程度的標準，發現失眠患者經過行為治療后睡眠潛伏期縮短，總睡眠時間和睡眠效率都有所提高[8]。
2.2 體動記錄儀與周期性肢動癥
周期性肢動癥(periodic limb movement disorder，PLMD)是指睡眠期間反復的、高度刻板發生的肢體運動，最常發生于下肢。PSG是PLMD的主要診斷工具，其周期性腿動指數(periodic limb movement index，PLMI)≥5 作為PLMD 診斷標準。但體動記錄儀能多夜監測周期性肢體運動發作頻率，這是PSG無法比擬的。2002年，Morrish等[14]利用體動記錄儀在100名志愿者中進行了PLMD流行率調查，認為在社區調查中體動記錄儀是一種可靠的調查PLMD的工具。為了驗證體動記錄儀在兒童中診斷PLMD的特異度和敏感度，Rogers等[15] 在20名貧血兒童中同時進了體動記錄儀與PSG監測，他們將體動記錄儀用膠帶固定在兒童雙腳腳背上，并將體動記錄儀記錄的PLMI與PSG結果比較，發現體動記錄儀敏感度達到了1.00，特異度為0.69，認為體動記錄儀是一個有效篩查兒童PLMD的工具。不同品牌的體動記錄儀產生的結果可能不一樣。2009年，Gschliesser等[16]在24名PLMD患者中使用兩種不同品牌的體動記錄儀并進行評估，最終認為PAM-RL以2 s為采樣頻率時所得出的PLMD最接近PSG結果。
2.3 體動記錄儀與睡眠呼吸障礙
盡管有研究表明體動記錄儀估算阻塞性睡眠呼吸暫停患者睡眠時間的準確度不高，特別是重度阻塞性睡眠呼吸暫停患者[17]，但目前仍有不少研究用其推算睡眠時間，評價睡眠質量[18-19]。Elbaz 等[18]聯合使用體動記錄儀和簡易呼吸初篩儀對20例睡眠呼吸暫停患者進行觀察，利用體動記錄儀提供的總睡眠時間能夠將簡易呼吸初篩儀對重度睡眠呼吸暫停患者的診斷靈敏度和陰性預測值分別從50%和75%提高到88%和92.5%。Heinzer等[20]采用了一個很巧妙的方法來觀察體位治療在阻塞性睡眠呼吸暫停患者中的依從性，他們將體動記錄儀植入到體位治療裝置中以記錄體位治療裝置運動狀態，從而得出體位治療時間。在患有阻塞性睡眠呼吸暫停的兒童中，其睡眠中的運動可能與記憶減退有關，而體動記錄儀能很好地記錄患兒睡眠中的運動量，因此，體動記錄儀可能具備預測認知功能的作用[21]。
2.4 體動記錄儀與快速眼動期睡眠行為障礙
體動記錄儀在快速眼動期睡眠行為障礙(rapid eye movement sleep behaviour disorder，RBD)中的應用報道不多。Naismith等[22]在22名接受體動記錄儀監測的帕金森病患者中，使用快速眼動睡眠期行為障礙問卷將患者分為兩組：RBD+(n=13)和RBD-(n=9)，比較這兩組患者體動記錄儀結果發現RBD+者夜間覺醒次數明顯高于RBD-者，認為體動記錄儀能夠幫助早期診斷RBD。
3 體動記錄儀在睡眠應用中的局限
體動記錄儀工作原理是建立在睡眠-覺醒周期之上，通過記錄運動狀態和運動量，來推算睡眠時間，而非腦電活動的記錄，且沒有統一的判讀規則，因此需采用一些特殊的方法來提高其準確度。首先，配合睡眠日記的使用，以確定開關等時間。其次，在不同的病種和人群中需使用不同判讀規則[23]。例如，Meltzer[6]就建議在兒童中使用標準判讀規則，而在阻塞性睡眠呼吸暫停和PLMD患者中使用 “5分鐘規則”進行判讀，這樣所得出的睡眠潛伏期、總睡眠時間和覺醒時間與PSG 結果最為接近。另外，對于部分特殊患者應采取適當的記錄方法。例如，Zollman等[24]通過對數名顱腦外傷患者的體動記錄儀結果分析，發現伴有肢體麻痹、痙攣或攣縮的患者自我報告睡眠時間明顯低于體動記錄儀記錄結果，因此建議伴肢體功能障礙的患者盡量將體動記錄儀佩戴在受影響較小的肢體上，以提高數據采集的可信度。
4 總結與展望
體動記錄儀作為一種較新的睡眠監測技術，具有經濟、非侵入性、能在自然狀態下連續監測等特性[23]，結果有較高的可信度，使它在臨床上的地位越來越獲肯定。首先，體動記錄儀在晝夜生物節律疾病(如睡眠時相延遲綜合征)的診治中具有明顯的優勢；第二，可以對睡眠疾病治療療效進行評估；第三，能夠用于不能配合PSG監測的兒童和精神障礙患者；第四，能夠在人群中進行PLMD的篩查；另外，對于大樣本人群睡眠狀況的研究，體動記錄儀提供了一個簡便、客觀的方法。
雖然體動記錄儀在應用上存在一些不足，但隨著科技的發展，體動記錄儀對肢體運動的靈敏度將逐漸提高，隨著技術人員對數據處理方法的優化和人們對睡眠生理更深層次的了解，以上問題都可能得到解決。
