论文标题：Wearable Sensors as a Preoperative Assessment Tool: A Review

论文链接：https://doi.org/10.3390/s24020482

期刊名： Sensors

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/sensors

一、文章导读

本文系统综述可穿戴传感器术前应用相关研究进展，分析加速度计、光电脉搏波、心电等传感组合应用特点，探讨数据预处理、缺失值处理方式与各类机器学习、深度学习预测模型性能差异，探究商用设备应用弊端。研究明确其在术前风险评估领域的应用价值，梳理现存的难题并指明了后续研究的发展方向。

二、研究内容

•加速度计 (Accelerometry)：

原始加速度计数据是以多轴加速度信号形式采集，可通过分析该信号识别出代表人体运动的规律特征。三轴加速度计最常从 X、Y、Z 三个轴向完成数据检测，能够测算三个方向的线性加速度。结合时间维度后，该信号可用于量化人体运动状态与日常活动量。具体而言，其不仅可识别行走动作、统计步数，还能划分运动强度等级。已有多项研究证实，从加速度计数据中提取的特征指标与多项健康指标存在关联性，其中步数是最常用提取特征，且已被证实与各类健康状况密切相关。

多数术前相关研究均采用搭载自研专属内置算法系统的商用可穿戴传感器，因此研究人员极少对术前阶段的加速度计原始数据展开分析。尤其是大样本量的大规模研究，普遍选用设备预先计算好的特征数据开展分析，而非原始数据。部分研究采用计步器采集患者数据，这类设备内置加速度计，区别于传统计步装置，能够有效反映人体运动强度。

虽并不普遍，但仍有部分研究者提取设备中的加速度计原始数据。三项研究借助原始数据将运动信号划分成不同活动强度等级，以此量化运动强度，对比静坐时长与中等至高强度体力活动时长。

图1. 传感设备类型占比统计图 (a) 为各类研究中所用传感方式的占比情况；(b) 为不同类型传感器的佩戴位置分布情况

图2. (a) 为三轴加速度计参考坐标轴示意图；(b) 为 PPG 传感器通过反射原理检测心率的工作机制

•光学体积描记术 (Photoplethysmography)

光电体积描记法 (PPG) 也常被称作光学心率监测技术，该传感器可测量人体心率。其利用发光二极管向皮肤发射光源，光线会因动脉脉搏搏动产生衰减变化，再由光电二极管接收反射光线。设备内置数字信号处理器将该信号转化为心率数据。

已有研究对比验证光电体积描记法与心电图的监测结果是否具备一致性。光电体积描记传感器需使发光元件与光电检测器紧贴皮肤，因此极易受肢体活动、元件与皮肤间距影响，进而产生光学噪声干扰监测数据。光电体积描记法因检测心率便捷，在术前阶段应用十分广泛。腕戴式可穿戴设备使用门槛低，无需使用者过多操作，且数据存储时长充足，对科研人员而言实用性极强。

图3. 心电图与光电体积描记法监测波形对比图 (a) 2 秒时长内心电传感器与光电脉搏波传感器采集的心电信号对比；(b) 分段式心电图波形片段

•心电描记术 (Electrocardiography)

心电描记术 (心电图) 通过贴附于皮肤的电极直接检测心脏电活动，电极采集心脏电脉冲信号并转化为心电波形图。依托波形位置与形态可提取心率、心率变异性等多项特征，结合各类特征能够识别并分类异常心动周期信号。相较于光电脉搏波传感器，心电传感器作为预后评估工具具备多重优势。心电图是心率检测的“金标准”，可精准识别心跳节律，据此计算心率变异性，进而评估人体健康状况。心率变异性在预判术中及术后并发症方面应用前景广阔。此外，心电图还可检出房颤等心脏异常病症，已有研究证实，术前房颤能够预测非心脏手术患者术后并发症发生风险。

图4. 研究中所用可穿戴传感器的全身佩戴部位示意图

三、研究总结

单一加速度计设备操作便捷、续航稳定、数据完整性高，但仅能采集人体活动数据，健康评估维度较为单一。加速度计与心电、光电脉搏波传感器融合可实现多维健康监测，有效提升活动识别精度与信号质量，同时也会增加数据采集与分析的难度与复杂度。未来核心研究方向聚焦于三点：

适配术前不同监测时长与场景的各类传感器：不同传感方式的数据采集时长无明显差异，但术前评估覆盖场景广泛。功能简易、存储与续航能力强的设备更适合长期数据采集；集成多信号的复杂设备则适用于短周期生命体征监测。各类传感器可适配术前不同阶段使用，目前尚无相关文献对此展开系统研究。

适配性更强的新型柔性传感设备：新材料有望解决现有数据缺失的诸多问题。例如，剧烈运动易导致心电电极移位，造成数据中断缺失。压阻式柔性传感器具备弯折、拉伸线性响应特性，灵敏度极高，可精准捕捉呼吸、运动等人体活动，并检测脉搏信号。这类新型传感材料可在人体大幅活动状态下持续采集生命体征，相比现有设备性能更优、佩戴舒适度更高，是极具潜力的替代方案。

真实场景数据采集的伦理考量、相关监管和成本问题：开展真实场景下的日常数据采集需重视伦理问题。可穿戴设备会收集大量患者健康隐私数据，现有研究较少关注数据存储与隐私保护，仍需完善相关法规并保障受试者的数据自主权益。此外，现有研究缺少医护人员视角与设备临床验证，多数日常健康类可穿戴设备无需药监审批，研究样本存在人种单一问题，结论难以广泛推广。最后，围手术期 (尤其是术前阶段) 可穿戴传感器的相关成本研究较为匮乏；尽管其对偏远地区患者具备经济监测优势，但仍需系统开展全面的成本效益分析。

Syversen, A.; Dosis, A.; Jayne, D.; Zhang, Z. Wearable Sensors as a Preoperative Assessment Tool: A Review. Sensors 2024, 24, 482.

期刊介绍

主编：Vittorio M. N. Passaro, Politecnico di Bari, Italy

期刊涵盖所有传感器科学和技术研究领域，例如物理传感器、智能传感器、传感网络、生物传感器、化学传感器、雷达、可穿戴电子设备和先进的传感材料及其在物联网、工业、农业、环境、遥感、导航、通信、车辆、成像、生物医药等领域的应用。目前期刊已被SCIE (Web of Science)、PubMed、EI Compendex、Scopus 等数据库收录。

2025 Impact Factor：4.0

2025 CiteScore：9.4

Time to First Decision：17.8 Days

Acceptance to Publication：2.8 Days