Namuose esantis belaidis įrenginys stebi Parkinsono liga sergančių pacientų ligos progresavimą | MIT naujienos


Parkinsono liga yra sparčiausiai besivystanti neurologinė liga, šiuo metu ja serga daugiau nei 10 milijonų žmonių visame pasaulyje, tačiau gydytojai vis dar susiduria su didžiuliais iššūkiais sekdami jos sunkumą ir progresavimą.

Gydytojai paprastai vertina pacientus, tikrindami jų motorinius įgūdžius ir pažinimo funkcijas apsilankymų klinikoje metu. Šiuos pusiau subjektyvius matavimus dažnai iškreipia išoriniai veiksniai – galbūt pacientas yra pavargęs po ilgo važiavimo į ligoninę. Daugiau nei 40 proc Parkinsono liga sergančių asmenų niekada negydo neurologas ar Parkinsono ligos specialistas, dažnai dėl to, kad jie gyvena per toli nuo miesto centro arba jiems sunku keliauti.

Siekdami išspręsti šias problemas, MIT ir kitur mokslininkai pademonstravo namuose įrengtą prietaisą, galintį stebėti paciento judėjimą ir eisenos greitį, kuris gali būti naudojamas įvertinti Parkinsono ligos sunkumą, ligos progresavimą ir paciento reakciją į vaistus. .

Įrenginys, kuris yra maždaug „Wi-Fi“ maršrutizatoriaus dydžio, pasyviai renka duomenis naudodamas radijo signalus, kurie atsispindi paciento kūne, kai jis juda savo namuose. Pacientui nereikia nešioti įtaiso ar keisti savo elgesio. (A neseniai atliktas tyrimasPavyzdžiui, parodė, kad šio tipo prietaisas gali būti naudojamas Parkinsono ligai nustatyti pagal žmogaus kvėpavimo modelius miegant.)

Tyrėjai naudojo šiuos prietaisus, kad atliktų vienerių metų trukmės tyrimą namuose, kuriame dalyvavo 50 dalyvių. Jie parodė, kad naudodamas mašininio mokymosi algoritmus pasyviai surinktiems duomenims analizuoti (daugiau nei 200 000 eisenos greičio matavimų), gydytojas gali veiksmingiau sekti Parkinsono ligos progresavimą ir atsaką į gydymą, nei atliktų periodinius klinikinius vertinimus.

„Galimybė turėti namuose prietaisą, kuriuo galima stebėti pacientą ir nuotoliniu būdu pranešti gydytojui apie ligos progresavimą bei paciento reakciją į vaistus, kad galėtų prižiūrėti pacientą, net jei pacientas negali atvykti į ligoninę. klinika – dabar jie turi tikros, patikimos informacijos – kuri iš tikrųjų labai padeda gerinti teisingumą ir prieigą“, – sako vyresnioji autorė Dina Katabi, Thuan ir Nicole Pham Elektros inžinerijos ir kompiuterių mokslo (EECS) katedros profesorė. pagrindinis tyrėjas Kompiuterių mokslo ir dirbtinio intelekto laboratorijoje (CSAIL) ir MIT Jameel klinikoje.

Pagrindiniai autoriai yra EECS absolventai Yingcheng Liu ir Guo Zhang. Tyrimas paskelbtas šiandien Mokslas Transliacinė medicina.

Žmogaus radaras

Šiame darbe naudojamas belaidis įrenginys, anksčiau sukurtas Katabi laboratorijoje, kuris analizuoja radijo signalus, kurie atsimuša į žmonių kūną. Jis perduoda signalus, kurie naudoja nedidelę „Wi-Fi“ maršruto parinktuvo galios dalį – šie itin mažos galios signalai netrukdo kitiems belaidžiams įrenginiams namuose. Nors radijo signalai praeina per sienas ir kitus kietus objektus, jie atsispindi nuo žmonių dėl mūsų kūnuose esančio vandens.

Taip sukuriamas „žmogaus radaras“, galintis sekti žmogaus judėjimą kambaryje. Radijo bangos visada sklinda tuo pačiu greičiu, todėl laikas, per kurį signalai atsispindi atgal į įrenginį, rodo, kaip žmogus juda.

Įrenginyje yra mašininio mokymosi klasifikatorius, kuris gali atrinkti tikslius radijo signalus, atsispindinčius nuo paciento, net kai kambaryje juda kiti žmonės. Išplėstiniai algoritmai naudoja šiuos judėjimo duomenis eisenos greičiui apskaičiuoti – kaip greitai žmogus vaikšto.

Kadangi įrenginys veikia fone ir veikia visą dieną, kiekvieną dieną, jis gali rinkti didžiulį duomenų kiekį. Tyrėjai norėjo išsiaiškinti, ar jie galėtų pritaikyti mašininį mokymąsi šiems duomenų rinkiniams, kad laikui bėgant įgytų įžvalgų apie ligą.

Jie surinko 50 dalyvių, iš kurių 34 sirgo Parkinsono liga, ir atliko vienerius metus trukusį eisenos matavimų namuose tyrimą. Tyrimo metu mokslininkai surinko daugiau nei 200 000 individualių matavimų, kurių vidurkis siekė išlyginti kintamumą dėl sąlygų, nesusijusių su liga. liga. (Pavyzdžiui, pacientas gali paskubėti atsiliepti į žadintuvą arba eiti lėčiau kalbėdamas telefonu.)

Jie naudojo statistinius metodus duomenims analizuoti ir nustatė, kad namų eisenos greitis gali būti naudojamas veiksmingai stebėti Parkinsono ligos progresavimą ir sunkumą. Pavyzdžiui, jie parodė, kad Parkinsono liga sergančių asmenų eisenos greitis sumažėjo beveik dvigubai greičiau, palyginti su nesergančiais.

„Nuolatinis paciento stebėjimas jam judant po kambarį leido mums gauti tikrai gerus jo eisenos greičio matavimus. Ir turėdami tiek daug duomenų, galėjome atlikti agregaciją, kuri leido pamatyti labai mažus skirtumus“, – sako Zhang.

Geresni, greitesni rezultatai

Išsamiau apie šiuos kintamumus buvo pateikta keletas pagrindinių įžvalgų. Pavyzdžiui, tyrėjai parodė, kad kasdieniai paciento ėjimo greičio svyravimai atitinka jų reakciją į vaistus – ėjimo greitis gali pagerėti po dozės, o po kelių valandų pradėti mažėti, nes vaisto poveikis išnyksta.

„Tai leidžia mums objektyviai įvertinti, kaip jūsų mobilumas reaguoja į vaistus. Anksčiau tai padaryti buvo labai sudėtinga, nes šį vaisto poveikį buvo galima išmatuoti tik pareikalavus pacientui vesti žurnalą“, – sako Liu.

Gydytojas galėtų naudoti šiuos duomenis, kad veiksmingiau ir tiksliau koreguotų vaistų dozę. Tai ypač svarbu, nes vaistai, vartojami ligos simptomams gydyti, gali sukelti rimtų šalutinių poveikių, jei pacientas vartoja per daug.

Tyrėjai sugebėjo parodyti statistiškai reikšmingus Parkinsono ligos progresavimo rezultatus, ištyrę 50 žmonių tik vienerius metus. Priešingai, dažnai cituojamame Michaelo J. Foxo fondo tyrime dalyvavo daugiau nei 500 asmenų ir jie buvo stebimi daugiau nei penkerius metus, sako Katabi.

„Farmacijos įmonei ar biotechnologijų bendrovei, bandančiai kurti vaistus nuo šios ligos, tai gali labai sumažinti naštą ir išlaidas bei paspartinti naujų gydymo būdų kūrimą“, – priduria ji.

Katabi didžiąją dalį tyrimo sėkmės dėkoja atsidavusiai mokslininkų ir gydytojų komandai, kuri dirbo kartu, kad išspręstų daugybę sunkumų, iškilusių kelyje. Pirma, jie pradėjo tyrimą prieš Covid-19 pandemiją, todėl komandos nariai iš pradžių lankydavosi žmonių namuose, kad nustatytų įrenginius. Kai tai nebebuvo įmanoma, jie sukūrė patogią telefono programą, kuri nuotoliniu būdu padėtų dalyviams, kai jie naudoja įrenginį namuose.

Tyrimo metu jie išmoko automatizuoti procesus ir sumažinti pastangas, ypač dalyviams ir klinikinei komandai.

Šios žinios bus naudingos, nes jie nori naudoti prietaisus kitų neurologinių sutrikimų, tokių kaip Alzheimerio liga, ALS ir Hantingtono liga, tyrimuose namuose. Jie taip pat nori ištirti, kaip šie metodai galėtų būti naudojami kartu su kitais darbas iš Katabi laboratorijos Parodantys, kad Parkinsono ligą galima diagnozuoti stebint kvėpavimą, kad būtų galima surinkti holistinį žymenų rinkinį, kuris galėtų anksti diagnozuoti ligą, o vėliau jai sekti ir gydyti.

„Šis radijo bangų jutiklis gali padėti daugiau priežiūros (ir tyrimų) perkelti iš ligoninių į namus, kur to labiausiai geidžiama ir reikia“, – sako Ročesterio universiteto medicinos centro neurologijos profesorius Ray Dorsey, bendraautorius. Parkinsono ligos pabaiga, ir šio mokslinio darbo bendraautorius. „Jo potencialas tik pradedamas matyti. Judame link dienos, kai galime diagnozuoti ir numatyti ligas namuose. Ateityje mes netgi galėsime numatyti ir idealiai užkirsti kelią tokiems įvykiams kaip griuvimai ir širdies priepuoliai.

Šį darbą iš dalies remia Nacionaliniai sveikatos institutai ir Michael J. Fox fondas.