Program komputerowy z czujnikami śledzący ruchy ramion pacjenta podczas rehabilitacji po udarze mózgu

Nowe badanie pokazuje, że program komputerowy wyposażony w czujniki może dokładnie identyfikować i obliczać ruchy ramion u osób zaangażowanych w rehabilitację po udarze. Teraz, kiedy może to zrobić, następnym krokiem, jak twierdzą autorzy badania, jest użycie narzędzia do określenia intensywności ruchów, które przynoszą największą poprawę zdolności pacjentów do samodzielnego poruszania się i dbania o siebie po udarze.

Konieczność podjęcia działań wynika z faktu, że u ponad połowy osób po udarze ruchy ramion, a także innych kończyn są niebezpiecznie ograniczone. Według szacunków Amerykańskich Centrów Kontroli i Zapobiegania Chorobom każdego roku prawie 800 000 Amerykanów cierpi na udar.

Badanie, prowadzone przez naukowców z Grossman School of Medicine na Uniwersytecie Nowojorskim, wykazało, że narzędzie opracowane na Uniwersytecie Nowojorskim o nazwie PrimSeq było w 77% skuteczne w identyfikowaniu i liczeniu ruchów ramion zalecanych podczas ćwiczeń rehabilitacyjnych pacjentom, którzy udar. Czujniki przymocowane do ramion i pleców służyły do ​​śledzenia ruchów w trzech wymiarach. Twórcy twierdzą, że planują przeprowadzić dalsze testy na większej liczbie pacjentów po udarze, aby ulepszyć ich model komputerowy, zmniejszyć liczbę wymaganych czujników, a następnie opracować mniejszy prototyp urządzenia, które można nosić na ramieniu i górnej części ciała.

Nasze badanie pokazuje, że instrument cyfrowy, który ma spełniać tę samą funkcję, co smartwatch, jest bardzo dokładny w śledzeniu intensywności ruchów pacjentów podczas leczenia rehabilitacyjnego po udarze. „

Heidi Chambra, MD, starszy pracownik naukowy, profesor nadzwyczajny na Wydziale Neurologii i Medycyny Rehabilitacyjnej na NYU Langone

„Taka pomoc jest bardzo potrzebna, ponieważ zliczenia z nagrań wideo lub innych czujników do noszenia na ciele nie zapewniają ustandaryzowanych pomiarów dokładnej liczby ćwiczeń rehabilitacyjnych, które otrzymuje każdy pacjent” – mówi dr Chambra. „Wszelkie ulepszenia otrzymanej »dawki« ćwiczeń muszą opierać się na dokładnych automatycznych pomiarach typu i liczby ruchów ramion zaangażowanych w dane ćwiczenie”.

Wcześniejsze badania na zwierzętach sugerują, że intensywne ćwiczenia górnej części ciała mogą sprzyjać regeneracji po udarze. Jednak badania na ludziach pokazują, że osoby po udarze otrzymują średnio jedną dziesiątą ćwiczeń, które okazały się skuteczne u zwierząt. Naukowcy twierdzą, że dzieje się tak głównie dlatego, że nie było łatwego sposobu – do czasu opracowania PrimSeq – na dokładne śledzenie ruchów ramion.

Opublikowano w czasopiśmie CYFROWE ZDROWIE PLOS W dniu 16 czerwca nowe badanie online zarejestrowało ruchy górnej części ciała 41 osób dorosłych, które przeszły udar podczas wykonywania rutynowych ćwiczeń rehabilitacyjnych, aby odzyskać kontrolę nad ramionami i dłońmi. Ćwiczenia i ruchy ramion polegały na karmieniu samych pacjentów widelcem i uzbrajaniu się w grzebień.

Ponad 51 616 ruchów górnej części ciała zostało zarejestrowanych z 9 czujników, przy czym cyfrowe zapisy każdego ruchu ramienia zostały następnie dopasowane do kategorii funkcjonalnych, takich jak ruch związany z sięganiem lub chwytaniem obiektu.

Oprogramowanie sztucznej inteligencji (uczenie maszynowe) zostało następnie zaprogramowane do wykrywania wzorców w danych i kojarzenia tych wzorców z określonymi ruchami. Powstały instrument PrimSeq został następnie przetestowany na oddzielnej grupie ośmiu pacjentów po udarze, którzy nosili czujniki podczas wykonywania różnych ćwiczeń.

Następnie wykorzystano PrimSeq, aby sprawdzić, czy może dokładnie zidentyfikować 12 545 ich ruchów zarejestrowanych zgodnie z ich funkcją. Program był skuteczny w dokładnej ocenie większości ruchów u pacjentów, z których wszyscy mieli łagodną do umiarkowanej niepełnosprawność ramienia po udarze.

„PrimSeq ma zaawansowane wyniki w identyfikowaniu i liczeniu ruchów funkcjonalnych u pacjentów po udarze mózgu, a my zbieramy więcej danych, aby nadal zwiększać ich dokładność” – mówi współkierujący badaczem Carlos Fernandez Granda, profesor matematyki i nauki o danych na Uniwersytecie Nowojorskim.

„Podczas gdy nasze badania starają się znaleźć optymalny poziom intensywności treningu potrzebny do regeneracji, chciałbym podkreślić, że nasze narzędzie jest bardzo obiecujące do użytku klinicznego, ponieważ alternatywa nie ma w ogóle dokładnej liczby” – mówi dr Chambra. „Jeśli inne badania okażą się skuteczne, oczywiście przetestujemy system w badaniach klinicznych”.

Autorzy zamierzają udostępnić PrimSeq bezpłatnie ekspertom rehabilitacji udarowej na całym świecie i już opublikowali swoje dane wykorzystane do stworzenia programu w Internecie.

Finansowanie badania pochodziło z grantów National Institutes of Health R01LM013316 i K02NS104207 oraz NCATS UL1TR001445. Dodatkowe wsparcie finansowe zapewniły grant NRT-HDR1922658 National Science Foundation oraz grant American Heart-Amazon Web Service 19AMTG35210398.

Oprócz dr Fernandez-Grandy i dr Chambry, innymi badaczami z NYU Langone i NYU biorącymi udział w tym badaniu są współśledczy Avinash Barnandi, Akash Kaku, Anita Venkatesan, Natasha Pandit, Audrey Wirtanen, Harish Rajamohan i Kanan Venkataramanan. Innym współautorem badania jest Dawn Nilsen z Columbia University w Nowym Jorku.