越来越多的研究结果表明在所有级别的高冲击性运动中的专业和业余运动员，都更容易受到长期的脑损伤。这种神经退行性病变最初在职业拳击比赛中被称为 "醉拳综合征"，与暴露于重复的轻度脑外伤或单一的中度或重度脑外伤有关，现在被称为慢性创伤性脑病（CTE）。

为了解决这些问题，选手可能受到脑震荡影响的运动（包括但不限于美式足球、美式橄榄球、橄榄球、自行车、板球和拳击）都实施了 "脑震荡协议"，以便在任何有可能造成头部伤害的事件发生后予以遵守。然而，这些协议并不统一，世界各地执行协议的管理机构也不尽相同，而且往往由裁判员、训练员、教练或队医来决定参赛者是否可以继续比赛。

诊断脑震荡往往是一件困难的事情，因为受伤后会有多个相互作用的生理系统受到损害。中枢神经系统、周围神经系统、感觉、神经血管和肌肉骨骼系统的抑制都可以证明脑震荡的诊断。虽然有各种仪器工具可用于评估上述任何系统，但这是一项耗时、耗资的工作，给脑震荡的预测、诊断、治疗和康复带来重大挑战。(Ralston et al (2020)) 尽管全世界都承认，但仍然没有诊断脑震荡的 "黄金标准 "评估工具，这仍然是一个临床决定。

什么是Phybrata？

生理振动加速度（Phybrata）传感是美国公司PROTXX开创的一种创新的精确健康监测新方法。由PROTXX开发的标准Phybrata测试要求病人在睁眼时静止20秒（Eo），闭眼时再静止20秒（Ec）。在这种静态平衡测试中，Phybrata传感器使用基于微机电系统（MEMS）的惯性运动单元（IMU）来检测身体的微观非自愿振动运动（三个方向的线性加速度）。Phybrata信号既记录了健康人的正常运动，也记录了因生理损伤而导致的平衡和姿势稳定性下降的病理性运动。图1显示了PROTXX iOS应用程序报告的Phybrata时间序列数据和空间散点图样本，说明了Eo与Ec测试之间以及 "健康 "和 "受损 "测试对象之间可直观观察到的差异。在这个例子中，损伤是由脑震荡损伤引起的。

图1. 睁眼（Eo）和闭眼（Ec）的X（前后，AP）、Y（垂直）、Z（内侧-外侧，ML）加速度时间序列数据和年龄/性别匹配的（A）健康基线参与者（B）诊断为脑震荡的病人的AP/ML加速度空间散点图。

PROTXX将Phybrata信号中独特的空间域、时间域和频率域特征结合成振动特征（或数字生物标志物），用于识别和量化特定生理系统的损伤，包括中枢神经系统（CNS）、周围神经系统（PNS）、感觉系统（视觉、前庭、体感）和肌肉骨骼系统的损伤，如下图2所示。

图2. 基于其利用头和眼睛的生物力学稳定作为身体平衡和运动参考平台的独特技术，Phybrata信号被用来检测和量化身体不同生理系统的损伤。

对于 "受损 "的人，PROTXX已经开发了额外的Phybrata生物标志物，可以识别和量化中枢神经系统、初级神经系统、感觉（前庭、视觉、体感）和肌肉骨骼系统的损伤。对于脑震荡的具体情况，Ralston等人（2020年）的ROC曲线表明，平均功率（Eo+Ec）/2可用于支持脑震荡的临床诊断，而Eo和Ec/Eo可作为独立的测量指标，分别用于确认伴随的神经系统和前庭损伤。所有这三种测量方法对其各自的诊断都显示出曲线下面积（AUC）、敏感性和特异性都超过90%。请注意，由上述参考文献中的接受者操作特征（ROC）分析产生的、并在表4中总结的每个指标的 "截止 "值（转载如下）是每个指标的95%置信度阈值，用于分类出现的相应损伤 。

上述关于脑震荡损伤的结果与目前的临床解决方案的诊断性能（敏感性、特异性、准确性、曲线下面积（AUC））相匹配，这些解决方案结合了多种测试（计算机动态姿态描记、眼球追踪、神经认知评估）的数据，以产生更复杂的多模式脑震荡生物标志物。()

图5（下图）显示了15名运动员（17-23岁）的Eo和Ec Phybrata功率直方图和前后/内侧加速度空间散点图样本：基线测试时5名健康运动员（图5A）；5名体检时只观察到前庭损伤的脑震荡患者（图5B）；以及5名体检时观察到其他神经系统损伤的脑震荡患者（图5C）。只有前庭损伤的患者始终显示Eo phybrata功率低于健康受试者的95%置信区间（CI），但Ec phybrata功率高于健康受试者的95% CI（图5B）。另一方面，被诊断为神经系统损伤的患者通常显示Eo和Ec的功率都明显高于健康受试者各自的95%CI（图5C）。

在每次Phybrata Eo-Ec测试后，Protxx-Clinic移动应用程序会立即显示病人的Phybrata表现以及同龄健康人的正常范围，以便将病人的表现分为 "健康 "和 "受损"。所关注的特定损伤的生物标志物也与用于量化损伤程度的95%置信区间一起绘制。病人的测试结果也可以与以前的phybrata测试进行比较，病人的phybrata生物标志物随时间的变化可以用来量化和跟踪特定生理损伤对药物、治疗或康复的反应。在完成两个固定的20秒测试（1个睁眼，1个闭眼）后，收集的数据被传向云端，进行信号处理、数据分析和报告生成。phybrata测试的结果以一些清晰、直观的图表提供（图6）。**个和第二个屏幕显示就诊记录和病人标识符，并附有结果摘要。报告的第三个屏幕将病人的Eo和Ec的phybrata功率，与他们的年龄相一致，绘制在不同年龄段的健康人的平均Eo和Ec功率图上。这个图表使受试者和操作者能够看到当前测试的结果与同龄健康人的平均值之间的关系。

从原始的传感器数据中得出三个phybrata指标：

1）phybrata功率
2) 闭眼/睁眼的phybrata功率比（Ec-Eo比）。
3) 左/右phybrata功率比（左/右不对称）。

图6：测试报告屏幕--a)访问记录，b)报告摘要，c)与健康受试者的年龄比较，d)皮层功率和左/右不对称性条形图

加速散点图屏幕（图7）显示空间散点图，说明病人在Eo和Ec测试中的运动。散点图以自上而下的视角显示，其轴线标签为向前-向后和向左-向右运动。点代表测试期间每个时间点的头部加速度，以G为单位测量。一般来说，一个好的phybrata测试会有紧密、对称的散点图，所有的加速度都集中在中心点周围。Ec型散点图通常比Eo型散点图显示出明显的散点。

图7. 测试报告屏幕。 e) 加速度原始数据追踪，f) 加速器散点图

加速度原始数据跟踪屏幕显示Eo和Ec测试的加速度计原始跟踪。这些轨迹表示头部的加速度，以G为单位，作为20秒Eo和Ec测试期间的时间函数。红色轨迹代表头部的前后加速度，其中向前是（+），向后是（-）。- 绿色轨迹代表头部的上下加速度，其中向上是（+），向下是（-）。- 蓝色轨迹代表头部的左-右加速度，其中左为（+），右为（-）。大多数运动将出现在前后（红色）和左右（蓝色）的轨迹中。典型的运动将有一些较长的侧向运动，以及一些较短的运动。你应该看到一些运动，特别是在前后（红色）和左右（蓝色）的轨迹中，但没有突然的尖峰或从零开始的大偏差。

这种由PROTXX制造的Phybrata传感器可从Brainbox获得，它提供了一种简单的、可穿戴的、非侵入性的、临床上直观的替代方法，可替代目前采用的更复杂的多系统方法，用于客观识别和量化影响脑震荡受伤后多个生理系统的损伤和感觉重塑。Phybrata测试有助于更全面地了解每个病人的独特损伤特征，有助于指导有针对性的康复策略，并在临床上和通过远程病人监测跟踪恢复轨迹。这些结果呈现出一种一致的、相结合的模式，整合了目前工业、运动和临床医学的研究和实践的前沿结果，并提供了改善脑震荡患者的临床评估、康复管理和恢复活动决策的重要机会。()

References

. Jennifer Hay, Victoria E. Johnson, Douglas H. Smith & William Stewart. Annual Review of Patholoy: Mechanisms of disease. January 2016

. Edward B. Lee, Kevin Kinch, Victoria E. Johnson, John Q. Trojanowski, Douglas H. Smith & William Stewart. Acta Neuropathalogica. June 2019.

. Ralston JD, Raina A, Benson BW, Peters RM, Roper JM, Ralston AB. medical devices: evidence and research. 2020

. Grafton ST, Ralston AB, Ralston JD. medical devices: evidence and research. 2019