מחקר מהמכללה להנדסה ומדעי המחשב ומכון החישה (I-SENSE) באוניברסיטת פלורידה אטלנטיק מגלה שחיישנים לבישים צמודים ברגל ומצלמת עומק תלת מימדית יכולים למדוד במדויק איך אנשים הולכים – אפילו בסביבות קליניות עמוסות – ומציעים אלטרנטיבה חזקה ונגישה יותר לכלי הערכת הליכה מסורתיים.
ההליכה, דפוס ההליכה של אדם, היא סמן חשוב יותר ויותר לבריאות הכללית, המשמשת לאיתור סיכון לנפילה, ניטור שיקום וזיהוי סימנים מוקדמים של מחלות ניווניות עצביות כגון מחלת פרקינסון ואלצהיימר. למרות ששבילים אלקטרוניים כמו Zeno™ Walkway נחשבו מזמן לסטנדרט הזהב לניתוח הליכה, העלות הגבוהה, טביעת הרגל הגדולה והניידות המוגבלת שלהם מגבילים שימוש נרחב – במיוחד מחוץ להגדרות מעבדה מבוקרות.
כדי להתגבר על מחסומים אלה, חוקרים ומשתפי FAU ערכו את המחקר הידוע הראשון להערכת בו-זמנית שלוש טכנולוגיות חישה שונות: יחידות מדידה אינרציאליות לבישות APDM (IMUs); מצלמת העומק Azure Kinect של מיקרוסופט; ו-Zeno™ Walkway – בתנאים קליניים זהים בעולם האמיתי. מצלמת חישת העומק לוכדת נתוני תלת מימד, תמונות צבע ותנועות גוף לשימוש בבינה מלאכותית, רובוטיקה ומעקב אחר תנועה.
ממצאי המחקר, שפורסמו בכתב העת Sensors, חושפים שמכשירי IMU המורכבים על כף הרגל וה-Azure Kinect לא רק תואמים את הדיוק של הכלים המסורתיים אלא גם מאפשרים ניתוח הליכה ניתן להרחבה, מרחוק וחסכוני.
"זו הפעם הראשונה ששלוש הטכנולוגיות הללו הושוו ישירות זו לצד זו באותה סביבה קלינית", אמר Behnaz Ghoraani, Ph.D., סופר בכיר ופרופסור חבר במחלקה להנדסת חשמל ומדעי המחשב של FAU ובמחלקה להנדסה ביו-רפואית, ועמית I-SENSE. "רצינו לענות על שאלה שהתחום שואל כבר זמן רב: האם כלים נגישים יותר כמו מצלמות לבישות ומצלמות נטולות סמנים יכולים להתאים באופן מהימן לסטנדרט הקליני לניתוח הליכה מפורט? התשובה היא כן – במיוחד כשמדובר בחיישנים המורכבים על כף הרגל וה-Azure Kinect".
המחקר גייס 20 מבוגרים בגילאי 52 עד 82, שהשלימו גם ניסויי הליכה של משימות בודדות וגם דו-משימתיות – שיטה המשמשת לעתים קרובות כדי לחקות תנאי הליכה בעולם האמיתי הדורשים ריבוי משימות או תשומת לב מחולקת. ההליכה של כל משתתף נלכדה על ידי שלוש המערכות בו-זמנית, הודות לפלטפורמת חומרה שנבנתה בהתאמה אישית שפיתחו חוקרי FAU, אשר סינכרנה במדויק את כל מקורות הנתונים לאלפית השנייה.
החוקרים העריכו 11 סמני הליכה שונים, כולל מדדים בסיסיים כמו מהירות הליכה ותדירות צעדים, כמו גם אינדיקטורים מפורטים יותר כמו זמן צעדים, שלבי תמיכה וזמן התנופה. סמנים אלה נותחו באמצעות שיטות סטטיסטיות כדי להשוות את המדידות של כל מכשיר לאלו מ-Zeno™ Walkway.
התוצאות היו ברורות: חיישנים רכובים ברגל הראו התאמה כמעט מושלמת עם השביל על פני כמעט כל סמני ההליכה. ה-Azure Kinect גם ביצע ביצועים מרשימים, תוך שמירה על דיוק חזק אפילו במרפאה המורכבת והמציאותית שבה נכחו מספר אנשים, כולל מטפלים וצוות, בשדה הראייה של המצלמה. לעומת זאת, חיישנים מותניים, המשמשים בדרך כלל במחקרי הליכה לבישה, הפגינו דיוק ועקביות נמוכים משמעותית, במיוחד עבור אירועי מחזור הליכה עדין.
מחקרים רבים משתמשים בחיישני גב תחתון מכיוון שהם קלים להרכבה. עם זאת, נתונים ממחקר זה מראים שלעתים קרובות הם אינם מצליחים ללכוד את הפרטים שהכי חשובים לרופאים – במיוחד סמנים מבוססי תזמון שיכולים לחשוף סימנים מוקדמים לבעיות נוירולוגיות.
"על ידי בדיקת הכלים הללו בסביבה קלינית מציאותית עם כל הרעש החזותי הבלתי צפוי שמגיע איתו, התקדמנו בצעדים גדולים לקראת אימותם לשימוש יומיומי", אמר ג'וראני. "זה לא רק ניסוי מעבדה. הטכנולוגיות האלה מוכנות לענות על דרישות העולם האמיתי".
חשוב לציין, המחקר הוא הראשון להשוות את ה-Azure Kinect מול שביל אלקטרוני עבור סמני הליכה מיקרו-זמניים – ממלא פער קריטי בספרות ומאשר את הערך הקליני הפוטנציאלי של המכשיר.
ההשלכות של מחקר זה הן מרחיקות לכת. ככל שמערכות הבריאות מאמצות יותר ויותר בריאות טלפונית וניטור מרחוק, טכנולוגיות ניתנות להרחבה כמו חיישני רגל לבישים ומצלמות עומק מופיעות ככלים רבי עוצמה. הם מאפשרים לרופאים לעקוב אחר ניידות, לזהות סימנים מוקדמים של ירידה תפקודית ולהתאים התערבויות – ללא צורך בציוד יקר ועתיר מקום".
סטלה בטאלמה, Ph.D., דיקן המכללה להנדסה ומדעי המחשב של FAU
מחברי המחקר הם הסופרת הראשונה מרג'אן נסאג'פור ומחמוד סייפלאחי, שניהם דוקטורנטים במכללה להנדסה ומדעי המחשב של FAU; ואמי רוזנפלד, חוקרת פיזיותרפיסטית ועוזרת מנהל חינוך; מגדלנה I. Tolea, Ph.D., עוזרת פרופסור לנוירולוגיה ומנהלת שותפה למחקר; וג'יימס א' גאלווין, MD, פרופסור לנוירולוגיה, ראש החטיבה לנוירולוגיה ומנהל המרכז המקיף לבריאות המוח, כולם עם בית הספר לרפואה של אוניברסיטת מיאמי מילר.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע והמכונים הלאומיים לבריאות.
