帕金森病的癥狀之一是震顫。這種不自覺的運(yùn)動(dòng)障礙會(huì)干擾患者的書寫和進(jìn)食活動(dòng)，從而降低他們的生活質(zhì)量。神經(jīng)科醫(yī)生通常使用統(tǒng)一的帕金森病量表來測(cè)量震顫，這需要患者執(zhí)行特定的任務(wù)。不幸的是，這種評(píng)估是基于現(xiàn)場(chǎng)體檢，只能提供患者日常生活中震顫經(jīng)歷的快照。
為了有效地管理和治療PD患者的震顫，迫切需要一種無需患者在日?；顒?dòng)中執(zhí)行特定任務(wù)就能連續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量震顫的方法。
佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)工程和計(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)器來完成這項(xiàng)任務(wù)。他們開發(fā)了一種與可穿戴傳感器相結(jié)合的算法，當(dāng)患者在自然環(huán)境中自由活動(dòng)時(shí)，該算法可以持續(xù)監(jiān)控患者并估計(jì)總的帕金森氏震顫。
這項(xiàng)發(fā)表在《傳感器》的研究結(jié)果表明，這種新方法潛力巨大，可以在一天內(nèi)為患者提供全方位的震顫。
FAU計(jì)算機(jī)系助理教授、資深作者貝赫納茲古拉阿尼博士說：在醫(yī)生辦公室進(jìn)行的臨床檢查通常無法捕捉到患者在日常生活中完整而持續(xù)的震顫。電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)，F(xiàn)AU傳感和嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究所和FAU大腦研究所研究員。結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法的可穿戴傳感器可以在家里或其他地方使用，根據(jù)患者在運(yùn)動(dòng)模式中的表現(xiàn)方式來估計(jì)他們的震顫嚴(yán)重程度。
目前使用的大多數(shù)現(xiàn)有方法依賴于任務(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至良好的性能，因?yàn)橛糜诒碚骰颊咦杂蛇\(yùn)動(dòng)的震顫模式的基本算法具有局限性。
Ghoraani和她的合作者希望測(cè)試機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以跟蹤和量化日常生活活動(dòng)中的靜止震顫，并在不執(zhí)行任何標(biāo)準(zhǔn)化任務(wù)的情況下將有節(jié)奏的震顫與正?；顒?dòng)分開的想法。
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：梯度樹增強(qiáng)和基于LSTM的深度學(xué)習(xí)。這些方法通過使用放置在帕金森病患者手腕和腳踝上的兩個(gè)陀螺儀傳感器的數(shù)據(jù)來自動(dòng)估計(jì)震顫的嚴(yán)重程度。他們?cè)诓∪藦氖赂鞣N活動(dòng)時(shí)收集數(shù)據(jù)。
本研究的結(jié)果表明，梯度樹增強(qiáng)方法可以高精度地估計(jì)總震顫和靜態(tài)震顫，并且在大多數(shù)情況下，UPDRS可以估計(jì)相同的結(jié)果。
即使結(jié)果與UPDRS評(píng)估中的總震顫評(píng)分不一致，這種方法也表明患者服藥后震顫減輕。另一方面，基于LSTM的方法性能較低。
合著者、醫(yī)生Murtadha D. Hssayeni說，我們開發(fā)的方法只需在手腕和腳踝上安裝一個(gè)傳感器，就能成功檢測(cè)手和腿的震顫，這一點(diǎn)特別有趣。FAU是計(jì)算機(jī)和電氣工程及計(jì)算機(jī)科學(xué)系的學(xué)生。
到目前為止，這種新方法在UPDRS任務(wù)相關(guān)方法和所有任務(wù)無關(guān)的震顫估計(jì)方法中具有最高的性能。
古拉尼說：這一發(fā)現(xiàn)非常重要，因?yàn)槲覀兊姆椒梢蕴峁└玫臅r(shí)間分辨率來估計(jì)震顫，從而測(cè)量整個(gè)震顫隨時(shí)間的頻譜。
PD是僅次于阿爾茨海默病的第二大常見年齡相關(guān)性神經(jīng)退行性疾病。據(jù)估計(jì)，全世界有700萬至1000萬人患有帕金森病。在美國，大約有100萬美國人患有帕金森病。每年，大約有6萬美國人被診斷患有這種疾病，這一估計(jì)并沒有反映成千上萬未發(fā)現(xiàn)的病例。
斯特拉巴塔拉博士說：對(duì)于全世界數(shù)百萬受帕金森病影響的人來說，戈蘭尼教授和她的合作者提供了一種可靠的方法來監(jiān)測(cè)典型一天中震顫的嚴(yán)重程度，這是有希望的。FAU工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院院長。此外，我們團(tuán)隊(duì)開發(fā)的方法將為臨床醫(yī)生有效管理和治療該疾病患者提供重要信息。
這項(xiàng)研究的合著者是西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院的Joohi Jimenez-Shahed博士。羅徹斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)學(xué)博士。
這項(xiàng)研究的一部分得到了美國國家科學(xué)基金會(huì)的支持。國家衛(wèi)生研究院、國家克利夫蘭醫(yī)療設(shè)備研究所和大湖神經(jīng)技術(shù)公司提供了兩筆贈(zèng)款來支持?jǐn)?shù)據(jù)集的收集。
