使用可穿戴传感器比较脑瘫儿童与其正常发育同龄人在睡眠生物力学方面的差异：可行性研究

《Sleep Medicine》：Comparison of sleep biomechanics between children with cerebral palsy and their typically developing peers using wearable sensors: Feasibility study

　　可穿戴传感器用于评估发育正常儿童与脑瘫儿童睡眠生物力学，比较GMFCS I-II与IV-V组翻身频率差异显著（p<0.001）。

　　

Nicholas Buckley | Paul Davey | Kevin Baptist | Bas Jansen | Angela Jacques | Anne Smith | Sian A. Williams | Amity Campbell

澳大利亚珀斯科廷大学科廷联合健康学院

摘要

目的

探讨可穿戴传感器在测量正常发育（TD）儿童和脑瘫（CP）儿童的睡眠生物力学方面的可行性，并比较两组之间的睡眠生物力学差异。

材料与方法

11名脑瘫儿童（4名男性，Gross Motor Function Classification System (GMFCS) I-II级：n=7，GMFCS IV-V级：n=4）以及19名正常发育儿童（11名男性，年龄5-18岁）在睡眠期间佩戴了传感器，持续五夜。使用Body Orientation During Sleep Framework对身体旋转情况进行编码，以测量睡眠中的体位变化情况。根据预设的评估指标评估传感器的可行性（如舒适度、可靠性），并通过混合模型比较正常发育组、GMFCS I-II级脑瘫组和GMFCS IV-V级脑瘫组的睡眠生物力学特征。

结果

可穿戴传感器得到了良好的耐受性（满意度超过80%）。正常发育组与GMFCS I-II级脑瘫组之间的体位变化没有显著差异。而GMFCS IV-V级脑瘫组的每小时体位变化次数显著少于正常发育组（正常发育组：平均2.72 ± 0.38次，GMFCS I-II级脑瘫组：2.7 ± 0.65次，GMFCS IV-V级脑瘫组：0.46 ± 0.61次）。

解读

脑瘫患儿中，运动功能障碍较重的儿童在睡眠中的体位变化频率较低。这可能有助于解释身体形态的异常变化；需要进一步研究。使用可穿戴传感器记录睡眠生物力学数据可以为长期监测睡眠中的体位变化提供一种低成本的方法。

引言

大量脑瘫儿童存在睡眠问题，如入睡和维持睡眠的障碍。与正常发育儿童相比，其睡眠问题的发生率在23.4%到85%之间，尤其是运动功能障碍较重的儿童¹。儿童睡眠质量不佳会影响神经认知发育、行为和整体健康²。睡眠问题也可能体现在身体上，有证据表明脑瘫儿童的体位变化频率低于正常发育儿童¹。 脑瘫的运动功能通过Gross Motor Function Classification System (GMFCS)进行分类³。GMFCS I和II级的脑瘫儿童通常能够独立行走和翻身，而运动功能障碍较重的儿童（即GMFCS III-V级）则较难独立移动，因此在睡眠中可能需要协助调整体位⁴。睡眠生物力学研究包括测量睡眠期间身体各部分的运动以及个体的整体和局部体位（如躯干、上肢、下肢）。先前的研究表明，正常发育儿童的睡眠中体位变化频率为每小时2.1至4.4次⁵。相比之下，一项针对年龄匹配的GMFCS V级脑瘫儿童的研究显示，他们的体位变化频率低于正常发育儿童（每晚7.0次，而正常发育儿童为36.3次⁶）。尽管现有证据表明睡眠中体位变化频率存在差异，但相关研究较少，且使用的方法各不相同——标准化研究方法将有助于更准确地了解这一现象。 可穿戴传感器已被证明是测量正常发育成人睡眠生物力学的有效且耐受性良好的工具⁷。Movella DOT惯性测量单元（IMU）平台（Movella，荷兰恩斯赫德）是一种小型（11.2克，36.3 x 30.4 x 10.8毫米）的可穿戴传感器，用于测量角度方向。虽然这些传感器在健康成人志愿者中的使用显示出了有效性和可靠性^8,9，但尚未对其在儿童（无论是正常发育儿童还是脑瘫儿童）中的适用性进行过研究。儿童的身体体积较小，因此相对于他们的体型来说，传感器可能较大，这可能会影响睡眠时的舒适度。此外，脑瘫儿童存在较高的感官问题风险¹⁰，这可能会影响传感器的舒适度和使用依从性，进而影响睡眠生物力学的自然记录。 本研究旨在评估可穿戴传感器是否适用于测量正常发育儿童和脑瘫儿童的睡眠生物力学。次要目的是比较不同运动功能水平的正常发育儿童和脑瘫儿童的睡眠生物力学特征，包括体位变化频率以及睡眠体位的数量和持续时间。

研究设计

研究设计

根据Thabane等人的方法¹¹进行了初步可行性研究，预先制定了关键可行性问题。随后进行了横断面研究，以比较正常发育儿童、运动功能障碍较低的脑瘫儿童（GMFCS I-II级）和运动功能障碍较高的脑瘫儿童（GMFCS IV-V级）的睡眠生物力学特征。该研究获得了科廷大学健康研究伦理委员会的批准

结果

共招募了30名参与者（正常发育儿童19名，脑瘫儿童11名，GMFCS分级分别为I级3名、II级4名、III级0名、IV级1名、V级3名，详见表2），其中29名参与可行性数据分析，28名参与睡眠生物力学分析。虽然研究计划中并未排除GMFCS III级的儿童，但实际上没有招募到此类儿童。脑瘫组中有1名参与者因传感器指示灯干扰睡眠而在第一晚退出了研究

讨论

本研究旨在评估使用可穿戴传感器测量正常发育儿童和脑瘫儿童睡眠生物力学的可行性。研究结果表明，使用可穿戴传感器可以有效地测量两组的睡眠生物力学特征。我们发现，正常发育儿童和GMFCS I-II级脑瘫儿童的睡眠生物力学特征相似，而GMFCS IV-V级脑瘫儿童的体位变化频率明显较低

结论

可穿戴传感器适用于测量正常发育儿童和脑瘫儿童的睡眠生物力学。未来的研究可以利用这一工具来进一步了解睡眠生物力学的驱动因素及其在发育中的作用，特别是那些目前尚不完全明了的因素。通过更深入地理解睡眠生物力学，可以揭示其在儿童发育中的重要作用

作者贡献声明

Angela Jacques： 数据分析。 Anne Smith： 文章撰写、审稿与编辑、指导。 Sian A Williams： 文章撰写、审稿与编辑、指导、软件使用、项目管理、方法论设计。 Nicholas Buckley： 文章撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、软件使用、资源协调、项目管理、方法论设计、数据分析、概念构建。 Paul Davey： 软件开发。 Kevin Baptist：

利益声明

所有作者均无需要声明的利益冲突。

资金支持

本研究未获得任何资金支持。

竞争利益声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。