《Frontiers in Digital Health》：Digital technologies for non-invasive stress detection, monitoring, and mitigation in children and adolescents: a scoping review
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背景：儿童期和青春期的压力可能扰乱情感、认知和生理发育，并导致长期的健康后果。传统的评估方法，如皮质醇采样和回顾性问卷，通常具有侵入性、负担重，并且不适合在儿科中重复使用。移动健康（mHealth）、可穿戴设备和其他非侵入性传感方法的进步为儿童和青少年的实时压
背景：儿童期和青春期的压力可能扰乱情感、认知和生理发育，并导致长期的健康后果。传统的评估方法，如皮质醇采样和回顾性问卷，通常具有侵入性、负担重，并且不适合在儿科中重复使用。移动健康（mHealth）、可穿戴设备和其他非侵入性传感方法的进步为儿童和青少年的实时压力检测、监测和缓解提供了新机遇。目的：本范围综述综合了关于儿科压力检测、监测和缓解的非侵入性技术的证据，重点关注移动、可穿戴和泛在健康应用。研究人员绘制了所报告的技术、协议、研究背景和干预方法，并指出了未来研究和实践的空白。方法：遵循PRISMA-ScR指南，检索了四个书目数据库——PubMed、Scopus、IEEE Xplore和ACM Digital Library，并将Google Scholar作为补充来源进行筛选。检索范围涵盖2013年1月至2026年4月期间发表的同行评审研究。符合条件的研究涉及0-18岁参与者，评估了用于压力检测、监测或缓解的非侵入性技术方法，并报告了实证结果。数据按技术类型、压力诱导与验证、研究背景、年龄组、评估方法、数据集和干预策略进行图表化。结果：共纳入34项研究。可穿戴和移动传感方法在文献中占主导地位，而研究非接触、环境或混合系统的研究较少。压力诱导和评估方法具有异质性，通常依赖于任务型、情境型或特定情境的压力源，而非标准化的儿科协议。研究在学校、实验室、家庭、治疗和新兴的临床环境中进行，但纵向的真实世界部署仍然有限。13岁以下儿童比青少年的代表性更频繁，而低龄儿童和发展多样性人群的研究仍不均匀。一个较小的子集研究了缓解策略，包括生物反馈、严肃游戏、智能对象以及护理者或家长介导的干预。伦理、隐私和实施问题虽被承认但未得到系统解决。结论：非侵入性技术在儿科压力检测、监测和缓解方面显示出巨大潜力，尤其是通过可穿戴、移动和交互式系统。然而，该领域在方法上仍然分散。未来的工作应开发适合年龄的压力协议，提高数据集的多样性和透明度，进行生态有效的纵向评估，并加强伦理、隐私和公平性考虑，以便将其转化到学校、家庭、远程医疗和临床护理中。
**1 引言**
儿童期和青春期的压力可能塑造情感、认知、行为和生理发育，持续或管理不善的压力与不良的长期健康结果相关。传统压力评估方法通常依赖侵入性生物标志物、实验室程序或回顾性心理测量工具，如皮质醇采样和事后自我报告问卷。这些方法在儿科中面临实际、伦理和方法论挑战，因为重复的侵入性评估、冗长的测试程序或依赖回忆的方法可能带来负担且发育上不适当。最近的技术进步增加了对儿科压力检测、监测和缓解的非侵入性方法的兴趣，包括可穿戴传感系统、移动和移动健康（mHealth）平台、交互式生物反馈工具、智能对象以及少数非接触或环境传感方法。这些系统常用生理信号如心率（HR）、心率变异性（HRV）、皮肤电活动（EDA）、皮肤温度、呼吸和运动，有时也纳入行为指标如语音、面部活动、注视或情境交互模式。它们在家庭、学校、实验室、治疗环境和新兴临床环境中的使用引发了关于可扩展性、年龄适宜性和生态效度的重要问题，本综述旨在解决这些问题。尽管兴趣日益增长，但文献仍然分散。儿科研究在传感模式、压力诱导协议、验证策略、研究背景、目标年龄组和评估框架方面差异很大。许多系统在小样本或狭窄定义的设置中测试，使得跨研究发现比较或评估转化准备度变得困难。此外，儿童和青少年在发育概况、压力反应、对护理者的依赖以及伦理保护需求方面与成人不同，限制了以成人为中心的压力技术直接转移到儿科人群。鉴于这些挑战，需要以结构化方式映射当前非侵入性儿科压力技术的现状。除了识别正在使用的技术，还需要了解它们评估的信号、如何诱导或验证压力、这些系统在何处与谁部署、如何评估性能、有哪些数据集可用以及如何整合缓解或干预组件。本范围综述通过综合明确关注儿童和青少年非侵入性压力检测、监测和缓解的文献来满足这一需求。具体目标包括：(1) 识别的技术和生理或行为参数；(2) 检查用于诱导、测量或验证压力的方法；(3) 探索这些技术应用的背景和年龄组；(4) 评述检测方法、评估框架和报告的性能指标；(5) 总结可用的儿科数据集及其特征；(6) 审查整合到系统中的缓解策略；(7) 强调与纵向使用、包容性、多样性、实施和伦理相关的跨领域限制。表1按四个主题类别（检测、评估、缓解和跨领域挑战）总结了指导本综述的研究问题。
**2 方法学**
**2.1 综述框架**：本范围综述遵循PRISMA-ScR指南。选择范围综述方法是因为它能够系统映射现有文献、识别关键概念并阐明研究空白，而无需基于正式偏倚风险评估排除研究，这与本综述的探索目标一致。**2.2 资格框架**：采用基于PICO/PICOS的框架结构化综述问题和资格标准。目标人群为0-18岁儿童和青少年。感兴趣的干预或暴露为任何用于压力检测、监测或缓解的非侵入性数字或技术方法。比较对象非必需，纳入可行性、观察性、单臂和系统评估研究；但具有基线、控制、前后、压力/非压力或任务条件比较的研究也符合条件。结局包括压力检测、监测、缓解、生理或行为压力指标、模型性能、可行性、可用性、参与度、意识或干预相关效果。符合条件的研究设计包括同行评审的实证期刊文章和会议论文集。本综述使用两个不同术语：非侵入性指不侵入身体或不需要生物采样的方法；非接触指与身体无物理接触，如摄像头或麦克风传感。在这一定义下，表面可穿戴设备（如Empatica E4、Garmin、Shimmer）是非侵入性但接触式的，而纯音频或视觉系统是非侵入性且非接触的。我们将其视为两个独立轴。**2.3 检索策略**：检索了四个书目数据库（PubMed、Scopus、IEEE Xplore、ACM Digital Library），并补充检索Google Scholar。时间跨度为2013年1月至2026年4月。具体检索词包括人群（“children”“adolescents”“pediatric”“youth”）、技术（“non-invasive”“wearable”“ambient sensors”“mobile applications”“contactless”“physiological monitoring”“behavioral biometrics”“ubiquitous computing”）和结局（“stress”“stress detection”“stress monitoring”“stress regulation”“stress management”“anxiety”“emotion regulation”）。检索查询根据每个数据库的语法和索引结构进行调整，并限于英语出版物。Google Scholar作为补充来源，仅检索前200条记录。**2.4 纳入和排除标准**：纳入标准包括明确关注儿童和青少年（0-18岁）、评估非侵入性技术方法、报告关于压力测量或管理的实证结果、以同行评审期刊文章或会议论文集形式发表。排除标准包括专门针对成人人群、使用侵入性或物理侵入性方法、纯理论性或非实证研究、文献综述、编辑评论、观点文章、学位论文等非同行评审出版物。**2.5 研究选择过程**：研究选择分为三个阶段：识别、筛选和资格评估。检索结果导入Zotero去重。去重后，进行标题和摘要筛选，判断是否符合核心纳入标准。符合的潜在文章进行全文评估。三位评审者参与研究选择，分歧通过讨论解决。**2.6 数据提取和分析**：使用演绎和归纳方法提取相关研究特征。预定义数据类别基于先前文献和领域知识，包括传感技术、生理信号（如心率变异性HRV、皮肤电活动EDA、皮肤温度、呼吸）、行为指标（如面部活动、语音、注视、运动）以及设备形式因子如腕带、智能手表、服装、智能对象或非接触传感系统。还提取硬件和软件设置、交互模式、情境变量（研究背景、参与者特征、实验条件、压力诱导方法、真实标签或验证措施）以及主要发现。由一位评审者在Google Sheets中主导数据提取，与另两位评审者讨论不确定案例。**2.7 数据综合**：提取的数据进行描述性和主题性综合。首先，用频率和叙述描述总结研究特征。其次，根据综述问题将研究分为技术模式、压力诱导和验证方法、研究背景和年龄组、评估方法、数据集、缓解策略和跨领域实施挑战。对于压力诱导方法，每项研究基于主要机制归入认知/学业、社会/评价、游戏/交互、自然/被动或临床/程序性压力源类别。由于研究设计、参与者组、压力标签、传感模式和报告结果的异质性，不进行荟萃分析，采用叙述性综合并辅以表格支持跨研究比较。**2.8 质量评估和偏倚风险**：虽然范围综述不强制要求正式偏倚评估，但进行了轻量级方法学质量评估以帮助解释证据强度。评估五个领域：研究目标和目标人群清晰度、研究设计对评价压力检测等的适当性、压力诱导/标签/验证程序的充分性、传感或干预描述的清晰度、结局报告完整性。基于各领域限制的数量和严重性，将研究分为较低、中等或较高方法学关注。质量评估用于叙述性综合，不影响纳入或排除。**2.9 研究选择**：检索共识别549条记录。去重后503条进行标题和摘要筛选，排除406条，剩余97条进行全文评估，排除63条，最终纳入34项研究（图1）。
**3 结果**
共纳入34项研究。**3.1 发表特征**：纳入研究发表于2016至2025年。2022和2023年发表最多（各6篇），其次2019年（5篇）、2024年（4篇），2020、2021和2025年各3篇，2016和2017年各2篇。总体分布表明儿科非侵入性压力研究自2019年起持续增长。**3.2 方法学质量**：方法学质量评估显示报告完整性和评估严谨性存在差异。较低关注的研究通常提供清晰的参与者描述、详细的传感或干预程序、明确压力标签或验证方法以及完整结局报告。中等关注的研究报告实证结果但存在小样本、标签生成细节有限等限制。较高关注的研究多为早期可行性或原型评估。**3.3 使用的技术和模式**：沿着两个互补轴分析：部署形式因子（可穿戴、基于应用、环境/对象集成、混合）和传感模式（接触式生理、非接触、混合/多模态）。基于提取数据，可穿戴系统占主导（23/34）、纯应用（3/34）、环境或对象集成（5/34）、明确混合系统（3/34）。传感层面，多数研究主要依赖接触式生理信号，少数使用音频、视觉或多模态组合。可穿戴系统包括腕带、智能手表、生物传感器套件等，常见生理信号有心率（HR）、皮肤电活动（EDA）、心率变异性（HRV）、皮肤温度和加速度计（表3）。环境和对象集成系统虽不常见但概念重要，包括课堂或家庭智能对象、外围反馈设备、智能玩具和机器人平台（表4）。多模态和混合系统整合了多个传感或传递通道，例如融合生理与行为、情境、视觉或音频数据（表5）。**3.4 压力诱导和验证方法**：在34项研究中，32项报告了明确诱导协议或在可识别自然/情境/程序条件下监测。压力相关条件分为五类：认知/学业（学习任务、计时任务、考试压力等）、社会/评价（模拟访谈、法庭证言、机器人介导交互）、游戏/交互（严肃游戏、游戏化挑战）、自然/被动（日常生活监测）和临床/程序性（儿科牙科治疗阶段）。验证方法包括生理验证（HRV、HR、EDA等阈值）、自我报告（数字量表、问卷、反思日志）、观察者或专家标注（治疗师编码、护理者标记、视频注释）以及混合方法。标准化的儿科协议仍然罕见。**3.5 研究背景和年龄组**：研究背景分布为学校（9）、临床/治疗（9）、混合（7）、家庭（4）、其他/未指定（4）和法庭（1）。学校背景占主导，尤其是学业压力和课堂友好干预。年龄组方面，13岁以下儿童占主导（25/34，73.5%），仅3项研究专门针对青少年（13-18岁），5项包含混合年龄样本，1项未明确。神经多样性人群尤其是自闭症谱系障碍（ASD）儿童代表性高（12/34，35.3%），但更广泛的人口学多样性（如民族、社会经济地位）报告不一致。**3.6 评估方法和检测模型性能**：定量评估占主导（20项），包括统计比较、混淆矩阵、交叉验证、准确率、F1分数等。报告性能因任务而异，机器学习或统计研究在F1≈0.79-0.91、准确率≈82%-92%范围。至少9项研究使用监督机器学习（如SVM、随机森林、kNN、逻辑回归或多模态融合），3项明确使用深度学习。混合或质性评估（6项）和定性/实地研究（5项）对儿童中心干预重要。早期实证/可行性研究（3项）提供设计空间扩展但非验证性系统。**3.7 压力数据集和收集方法**：31项研究涉及原始或研究特定数据集生成。大多数为私人/封闭（28项），公开或部分公开仅3项，3项不适用。生理传感占主导（HR、HRV、EDA、温度、加速度计等），少数包含音频、视觉、行为或情境数据。标签方法包括自我报告、观察者/治疗师编码、事件或阶段标记。样本量从约5到80人，中位数约20。大多数数据收集为单次或短期，纵向收集不常见。**3.8 缓解策略和干预**：17项研究包含某种形式的缓解、自适应支持或护理者反馈。缓解策略包括生物反馈和支持意识（如压力显示、舒缓提示）、游戏或玩具调节工具、护理者或家长支持系统、以及情境感知自适应系统。多数依赖生理信号（HR、HRV、EDA等），少数使用行为交互或情境信息。实时或近实时支持在生物反馈和预警系统中常见，基于会话的干预在严肃游戏中。大多数缓解研究报告了自我意识、情绪调节或参与度改善，但纵向证据有限。
**4 讨论**
**4.1 非接触方法在儿科压力检测中的应用**：接触式传感尤其是可穿戴系统仍占主导。非接触方法在纳入研究中有限，仅音频（Chyan等）和纯视觉（Vural等）两例，以及少量混合系统。非接触系统在舒适性、依从性和减少传感器负担方面有潜力，但尚未成为成熟替代方案。未来工作应直接比较可穿戴与非接触方法。**4.2 压力诱导和验证协议**：诱导和验证策略多样化但缺乏共享方法学骨干。认知和学业压力常见，社会评价范例也存在，游戏和交互范式在儿童和ASD研究中突出。标准化协议缺失，压力标签基于自我报告、治疗师编码、事件定时或生理阈值，异质性高。未来需优先开发年龄适宜的压力诱导和验证框架。**4.3 情境、人口学和考虑因素**：研究分布在学校、治疗、家庭等背景，但长期、跨背景研究有限。13岁以下儿童占主导，低龄儿童和青少年代表性不足。神经多样性人群尤其是ASD代表性强，但更广泛神经多样性和人口学多样性报告不足。文化和情境适应有限。**4.4 方法和技术严谨性**：技术成熟度范围广，从早期可行性到正式分类分析。定量方法主导，监督学习和统计方法常见，深度学习不成熟。硬件品牌偏差明显（Empatica E4、Garmin、Shimmer3），限制泛化性。评估设计不一致，性能比较困难。**4.5 数据集挑战和机遇**：数据集碎片化、小规模和多为私人，限制可重复性和模型开发。标签方式多样，降低互操作性。存在数据基础设施需求，未来需共享注释约定和伦理重用机制。**4.6 干预和缓解策略**：缓解成为突出主题，包括生物反馈、游戏/玩具干预以及护理者系统。但干预研究短期、情境化，纵向证据稀缺。**4.7 伦理、隐私和可扩展性挑战**：提及伦理问题但未深入处理治理框架。建议采取数据最小化、设备端处理、年龄适宜同意、数据保留政策和角色基础访问控制等措施。可扩展性受限于专用传感器、治疗师参与等条件。
**5 对研究和实践的影响**
**5.1 对研究人员**：标准化儿科诱导和验证框架；优先生态效度；扩大发育和人口学覆盖；投资儿科数据基础设施；使用实用建模策略；扩展非接触和混合传感；将缓解作为核心设计目标；操作化伦理和实施。**5.2 对行业和实践**：学校工具应最小化负担；医疗保健系统应强调可解释信号；低摩擦设备更易转化；护理者应作为干预路径；需具体数据治理框架。**5.3 本综述开辟的研究方向**：开发年龄敏感压力协议；创建纵向跨背景数据集；在相同儿科人群中比较非接触与混合方法；设计低龄儿童方法；评估从检测到支持的纵向结局；将伦理、隐私和成本作为核心科学维度。
**6 有效性威胁**：限制包括限于英文同行评审文献、无预先注册协议、领域高度异质性、分类决策需判断、报告质量差异以及类别操作化依赖解释。
**7 结论**：34项研究表明在可穿戴传感、游戏和护理者干预、多模态建模以及新兴临床应用中取得有意义进展，但也暴露方法论和转化不成熟。儿科压力监测不仅是传感问题，也是发育、情境、伦理和实施挑战。未来需要工程、心理学、教育、医疗和设计领域的持续合作。
