帕金森氏病(PD)的標志之一就是震顫。這種非自愿運動障礙會干擾患者的寫作和飲食等活動，從而降低其生活質(zhì)量。神經(jīng)科醫(yī)生通常使用統(tǒng)一帕金森氏病評分量表(UPDRS)測量震顫，這需要患者執(zhí)行特定任務。不幸的是，該評估是基于現(xiàn)場體檢的，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)準確地測量震顫而無需患者在日?；顒又袌?zhí)行特定任務的方法。

佛羅里達大西洋大學工程與計算機科學學院的研究人員與西奈山伊坎醫(yī)學院和羅切斯特大學醫(yī)學中心合作，正在教授機器來完成這項工作。他們開發(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)境中進行各種自由運動時，對其進行連續(xù)監(jiān)測并估計總的帕金森氏震顫。

這項研究結(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計算機系和計算機系的助理教授，高級作者Behnaz Ghoraani博士說：“在醫(yī)生辦公室進行的一次臨床檢查通常無法捕獲病人在日常生活中的完整連續(xù)震顫。”電機工程和計算機科學專業(yè)，F(xiàn)AU的傳感和嵌入式網(wǎng)絡系統(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器學習算法相結(jié)合，可以在家中或其他地方使用，根據(jù)患者在運動模式中表現(xiàn)出來的方式來估計患者的震顫嚴重程度。”

當今使用的大多數(shù)現(xiàn)有方法都依賴于任務，要求患者執(zhí)行標準化的任務，例如評分量表中使用的任務。此外，這些方法只能提供中等到良好的性能，這是因為用于表征患者自由運動的震顫模式的基礎算法存在局限性。

Ghoraani和她的合作者想測試一下這種想法，即機器學習算法可以跟蹤和量化日常生活活動中的靜息震顫，并將有節(jié)奏的震動與正?；顒臃珠_，而無需執(zhí)行任何標準化任務。

在這項研究中，研究人員研究了兩種機器學習算法的應用：梯度樹增強和基于LSTM的深度學習。這些方法利用放置在PD患者受影響最嚴重的手腕和腳踝上的兩個陀螺儀傳感器的數(shù)據(jù)自動估計震顫的嚴重程度(休息和動作)。他們在患者進行各種活動(例如散步，休息，進餐和穿衣服)時收集數(shù)據(jù)。

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

即使結(jié)果與UPDRS評估中的總震顫子評分不符，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。

“我們開發(fā)的方法僅使用手腕和腳踝上的一個傳感器就可以成功地檢測到手部和腿部的震顫，這一點特別有趣，”合著者，博士學位的Murtadha D. Hssayeni說。FAU計算機與電氣工程和計算機科學系的學生。

在迄今為止的文獻中，UPDRS任務相關方法和所有與任務無關的震顫估計方法中，這種新方法都具有最高的性能。

Ghoraani說：“這一發(fā)現(xiàn)很重要，因為我們的方法能夠提供更好的時間分辨率來估計震顫，從而測量出整個震顫隨時間變化的頻譜。”

PD是僅次于阿爾茨海默氏病的第二大最常見的年齡相關性神經(jīng)退行性疾病。全世界估計有7至1000萬人患有PD。在美國，大約有100萬美國人患有PD。每年，大約有60,000美國人被診斷出患有這種疾病，這一估計數(shù)字并未反映出成千上萬未發(fā)現(xiàn)的病例。

斯特拉·巴塔拉瑪(Stella Batalama)博士說：“對于全世界受帕金森氏病影響的數(shù)百萬人，戈拉尼教授和她的合作者提供了一種可靠的方法來監(jiān)控典型一天中的震顫嚴重程度，這是有希望的。” 。，F(xiàn)AU工程與計算機科學學院院長。“此外，我們團隊開發(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)學院的Joohi Jimenez-Shahed博士;羅切斯特大學醫(yī)學中心神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)學博士和醫(yī)學博士Michelle A. Burack。

這項研究的一部分得到了美國國家科學基金會的支持(批準號CCSS-1936586，Ghoraani，PI)。美國國立衛(wèi)生研究院和美國國立克里夫蘭醫(yī)療器械研究所(1R43NS071882-01A1; T. Mera，PI)和大湖神經(jīng)技術公司(5R44AG044293)分別提供了兩項贈款來支持收集數(shù)據(jù)集。