帕金森氏病(PD)的標(biāo)志之一就是震顫。這種非自愿運(yùn)動(dòng)障礙會(huì)干擾患者的寫作和飲食等活動(dòng)，從而降低其生活質(zhì)量。神經(jīng)科醫(yī)生通常使用統(tǒng)一帕金森氏病評(píng)分量表(UPDRS)測(cè)量震顫，這需要患者執(zhí)行特定任務(wù)。不幸的是，該評(píng)估是基于現(xiàn)場(chǎng)體檢的，該體檢僅提供了患者在日常生活中震顫經(jīng)歷的快照。

為了有效地管理和治療PD患者的震顫，迫切需要一種能夠連續(xù)準(zhǔn)確地測(cè)量震顫而無(wú)需患者在日?；顒?dòng)中執(zhí)行特定任務(wù)的方法。

佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院的研究人員與西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院和羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心合作，正在教授機(jī)器來(lái)完成這項(xiàng)工作。他們開(kāi)發(fā)了與可穿戴式傳感器相結(jié)合的算法，可以在患者在自然環(huán)境中進(jìn)行各種自由運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)其進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)并估計(jì)總的帕金森氏震顫。

這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在《傳感器》雜志上，表明這種新方法具有巨大的潛力，可以在一天內(nèi)為患者提供全方位的震顫。

FAU計(jì)算機(jī)系和計(jì)算機(jī)系的助理教授，高級(jí)作者Behnaz Ghoraani博士說(shuō)：“在醫(yī)生辦公室進(jìn)行的一次臨床檢查通常無(wú)法捕獲病人在日常生活中的完整連續(xù)震顫。”電機(jī)工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)，F(xiàn)AU的傳感和嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究所(I-SENSE)和FAU的腦研究所(I-BRAIN)研究員。“可穿戴式傳感器與機(jī)器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合，可以在家中或其他地方使用，根據(jù)患者在運(yùn)動(dòng)模式中表現(xiàn)出來(lái)的方式來(lái)估計(jì)患者的震顫嚴(yán)重程度。”

當(dāng)今使用的大多數(shù)現(xiàn)有方法都依賴于任務(wù)，要求患者執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化的任務(wù)，例如評(píng)分量表中使用的任務(wù)。此外，這些方法只能提供中等到良好的性能，這是因?yàn)橛糜诒碚骰颊咦杂蛇\(yùn)動(dòng)的震顫模式的基礎(chǔ)算法存在局限性。

Ghoraani和她的合作者想測(cè)試一下這種想法，即機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以跟蹤和量化日常生活活動(dòng)中的靜息震顫，并將有節(jié)奏的震動(dòng)與正?；顒?dòng)分開(kāi)，而無(wú)需執(zhí)行任何標(biāo)準(zhǔn)化任務(wù)。

在這項(xiàng)研究中，研究人員研究了兩種機(jī)器學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用：梯度樹(shù)增強(qiáng)和基于LSTM的深度學(xué)習(xí)。這些方法利用放置在PD患者受影響最嚴(yán)重的手腕和腳踝上的兩個(gè)陀螺儀傳感器的數(shù)據(jù)自動(dòng)估計(jì)震顫的嚴(yán)重程度(休息和動(dòng)作)。他們?cè)诨颊哌M(jìn)行各種活動(dòng)(例如散步，休息，進(jìn)餐和穿衣服)時(shí)收集數(shù)據(jù)。

該研究的結(jié)果表明，梯度樹(shù)增強(qiáng)方法可以高精度地估計(jì)總震顫和靜止震顫子得分，并且在大多數(shù)情況下，使用UPDRS可以估計(jì)出相同的結(jié)果。

即使結(jié)果與UPDRS評(píng)估中的總震顫子評(píng)分不符，該方法也顯示出患者服藥后的震顫減少。另一方面，基于LSTM的方法提供了較低的性能。

“我們開(kāi)發(fā)的方法僅使用手腕和腳踝上的一個(gè)傳感器就可以成功地檢測(cè)到手部和腿部的震顫，這一點(diǎn)特別有趣，”合著者，博士學(xué)位的Murtadha D. Hssayeni說(shuō)。FAU計(jì)算機(jī)與電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系的學(xué)生。

在迄今為止的文獻(xiàn)中，UPDRS任務(wù)相關(guān)方法和所有與任務(wù)無(wú)關(guān)的震顫估計(jì)方法中，這種新方法都具有最高的性能。

Ghoraani說(shuō)：“這一發(fā)現(xiàn)很重要，因?yàn)槲覀兊姆椒軌蛱峁└玫臅r(shí)間分辨率來(lái)估計(jì)震顫，從而測(cè)量出整個(gè)震顫隨時(shí)間變化的頻譜。”

PD是僅次于阿爾茨海默氏病的第二大最常見(jiàn)的年齡相關(guān)性神經(jīng)退行性疾病。全世界估計(jì)有7至1000萬(wàn)人患有PD。在美國(guó)，大約有100萬(wàn)美國(guó)人患有PD。每年，大約有60,000美國(guó)人被診斷出患有這種疾病，這一估計(jì)數(shù)字并未反映出成千上萬(wàn)未發(fā)現(xiàn)的病例。

斯特拉·巴塔拉瑪(Stella Batalama)博士說(shuō)：“對(duì)于全世界受帕金森氏病影響的數(shù)百萬(wàn)人，戈拉尼教授和她的合作者提供了一種可靠的方法來(lái)監(jiān)控典型一天中的震顫嚴(yán)重程度，這是有希望的。” 。，F(xiàn)AU工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)。“此外，我們團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的方法將為臨床醫(yī)生提供重要信息，以有效地管理和治療這種疾病的患者。”

該研究的共同作者是西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院的Joohi Jimenez-Shahed博士;羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)學(xué)博士和醫(yī)學(xué)博士Michelle A. Burack。

這項(xiàng)研究的一部分得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持(批準(zhǔn)號(hào)CCSS-1936586，Ghoraani，PI)。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院和美國(guó)國(guó)立克里夫蘭醫(yī)療器械研究所(1R43NS071882-01A1; T. Mera，PI)和大湖神經(jīng)技術(shù)公司(5R44AG044293)分別提供了兩項(xiàng)贈(zèng)款來(lái)支持收集數(shù)據(jù)集。