Войти

Акселерометры в реабилитации

07.10.2024
706 просмотров
Вопросы и комментарии

Введение

Носимые устройства, также известные как носимые гаджеты, привлекли значительное внимание благодаря возможности неинвазивного, в реальном времени мониторинга физических и физиологических параметров в смарт-уходе и цифровой медицине. Эти устройства носят на теле, и они предоставляют физиологические показатели напрямую на смарт-устройства, предлагая ценную информацию о показателях здоровья. [1][2][3]

Акселерометры — это носимые устройства, разработанные для измерения ускорения сегмента тела, к которому они прикреплены[4]. Эти устройства играют важную роль в изучении движения человека в различных приложениях, включая обнаружение активности, оценку постурального баланса, оценку физической функции в спорте и исследование падений. Они работают на основе закона движения Ньютона, измеряя линейное ускорение, которое представляет собой изменение скорости объекта со временем. [5]

Применение в Реабилитации

Анализ Ходьбы

Анализ ходьбы с использованием акселерометров часто предполагает размещение датчиков на различных сегментах тела для захвата пространственно-временных параметров паттерна ходьбы индивидуума. Собранные данные затем анализируются для клинических применений, получения данных о специфических для заболеваний особенностях и мониторинга реабилитации, предоставляя ценную информацию для медицинских специалистов и исследователей.

Размещение Датчиков
  • Акселерометры стратегически размещаются на различных частях тела, таких как уши, бедра, таз, ступни и другие, в зависимости от конкретных условий и целей оценки.
  • Может использоваться несколько датчиков одновременно для получения комплексных данных о движении всего тела.
  • Акселерометры записывают ускорения и замедления сегментов тела во время цикла ходьбы.
  • Акселерометры, такие как трехосевые акселерометры, фиксируют движение в трех измерениях, предоставляя детализированную информацию о движении в фронтальной, сагиттальной и поперечной плоскостях.
  • Собранные данные используются для оценки специфических аспектов ходьбы, таких как симметрия, баланс, длина шага, частота шагов и временные параметры.
Клиническое Применение
  • Анализ ходьбы с использованием акселерометров применяется при различных клинических состояниях, включая ортопедические и неврологические состояния.
  • Анализ ходьбы адаптируется к характеристикам конкретных заболеваний или состояний, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона, церебральный паралич, ортопедические травмы и другое.
  • Например, при болезни Паркинсона анализ ходьбы может фокусироваться на обнаружении замерзаний при ходьбе (FoG) и других аномалий.
  • Акселерометры могут быть использованы для мониторинга прогресса реабилитации пациентов путем отслеживания изменений в паттернах ходьбы с течением времени. Они также могут использоваться для оценки эффективности реабилитационных программ.

[6]

Мониторинг Уровней Физической Активности

Физическая активность (ФА) играет решающую роль в поддержании здоровья и благополучия людей. В последние годы акселерометры стали важными инструментами для оценки ФА. Эти устройства являются неотъемлемой частью клинической практики и значительно способствуют оценке уровней ФА и мониторингу прогресса лечения у людей с хроническими заболеваниями. [7][8]

Размещение Датчиков
Выбор места установки акселерометра субъективен и зависит от различных факторов, таких как целевые активности и учет нагрузки на участников. Наиболее распространенные места установки датчиков для измерения физической активности включают:
  • Запястье: Наиболее популярный выбор места для установки акселерометров, но имеет ограничения по точности в различных активностях.
  • Таз: Размещение на тазу считается наиболее надежным местоположением благодаря высокой точности при оценке различных видов активностей.
  • Лодыжка: Размещение датчика на лодыжке часто полезно для более быстрых активностей, но следует использовать с осторожностью при оценке более медленных активностей.
  • Бедро: Датчики, установленные на бедре, демонстрируют хорошие результаты в различных активностях.
Клиническое Применение
  • Акселерометры играют важную роль в мониторинге физической активности у высоко риска населения с целью выявления сидячих привычек, которые могут привести к различным заболеваниям, включая, но не ограничиваясь инсультом и раком.[11][12]
  • Акселерометры используются для контроля физической активности в старшей возрастной группе, способствуя разработке и оценке вмешательств, направленных на сокращение периодов длительного сидения. [13]
  • Кроме того, эту технологию можно использовать для мониторинга кардиометаболического здоровья людей путем отслеживания их физической активности. [14]

Другие Приложения

  • Оценка позы
  • Тренировка баланса
  • Профилактика падений

[6]

Преимущества Акселерометров

  • Измерения, производимые акселерометрами, могут быть включены в оценки пациентов в ситуациях, когда пациенты часто испытывают трудности с заполнением стандартных анкетообразных инструментов, которые предоставляются периодически. [15]
  • Акселерометры могут использоваться для удаленного мониторинга пациентов, что играет значительную роль в улучшении результатов у пациентов и участии в научных исследованиях. Они могут быть использованы для проведения определенных оценок, таких как тест "поднимись и иди" (TUG), которые могут позволить клиницистам принимать решения о лечении без необходимости видеть пациента в клинике.[15][16][17]
  • Акселерометры могут быть использованы в телемедицине для мониторинга уровня физической активности пациентов. [18]

Проблемы Использования Акселерометров в Реабилитации

  • Смещение или изменение: Со временем внутренние механические или электрические компоненты акселерометров могут претерпевать изменения, что приводит к смещению или смещенному оффсету в измерениях. Это смещение может влиять на надежность измерений.
  • Чувствительность акселерометров: Чувствительность акселерометров может приводить к усилению микроскопических механических движений, что вводит шум в измерения. Этот шум может вмешиваться в точность измерений акселерометров.
  • Эффекты гравитации: Гравитационная сила Земли проецируется вдоль осей чувствительности, создавая сбивающий эффект на движения вдоль этих осей. Понимание и учет этого влияния гравитации часто представляет собой проблему в клинической практике.

[6]

Ссылки

  1. ↑ Miller DJ, Sargent C, Roach GD. Валидация шести носимых устройств для оценки сна, частоты сердечных сокращений и изменчивости сердечного ритма у здоровых взрослых. Датчики. 2022 Авг 22;22(16):6317.
  2. ↑ Lu L, Zhang J, Xie Y, Gao F, Xu S, Wu X, Ye Z. Носимые устройства для здоровья в здравоохранении: нарративный систематический обзор. JMIR MHealth and UHealth. 2020 Ноя 9;8(11):e18907.
  3. ↑ Lin WY, Chen CH, Lee MY. Разработка и внедрение носимого модуля на основе акселерометра для обнаружения движения/наклона в Интернете вещей и его применение для предотвращения падений с кровати. Биосенсоры. 2021 Окт 29;11(11):428.
  4. ↑ Migueles JH, Cadenas-Sanchez C, Ekelund U, Delisle Nyström C, Mora-Gonzalez J, Löf M, Labayen I, Ruiz JR, Ortega FB. Сбор и обработка данных акселерометра для оценки физической активности и других результатов: систематический обзор и практические соображения. Спортивная медицина. 2017 Сен;47:1821-45.
  5. ↑ Celik Y, Vitorio R, Powell D, Moore J, Young F, Coulby G, Tung J, Nouredanesh M, Ellis R, Izmailova ES, Stuart S. Интеграция датчиков для анализа походки.
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2Jarchi D, Pope J, Lee TK, Tamjidi L, Mirzaei A, Sanei S. Обзор анализа походки на основе акселерометрии и нового применения в клинической практике. IEEE reviews in biomedical engineering. 2018 Feb 16;11:177-94.
  7. ↑ Allahbakhshi H, Hinrichs T, Huang H, Weibel R. Основные факторы обнаружения типа физической активности с использованием данных реальной жизни: систематический обзор. Frontiers in physiology. 2019 Feb 12;10:75
  8. ↑ Davoudi A, Mardini MT, Nelson D, Albinali F, Ranka S, Rashidi P, Manini TM. Влияние размещения сенсоров и их количества на распознавание физической активности и оценку энергетических затрат у пожилых людей: валидационное исследование. JMIR mHealth and uHealth. 2021 May 3;9(5):e23681.
  9. ↑ Davoudi A, Mardini MT, Nelson D, Albinali F, Ranka S, Rashidi P, Manini TM. Влияние размещения сенсоров и их количества на распознавание физической активности и оценку энергетических затрат у пожилых людей: валидационное исследование. JMIR mHealth and uHealth. 2021 May 3;9(5):e23681.
  10. ↑ Marshall MR, Montoye AH, Conway MR, Schlaff RA, Pfeiffer KA, Pivarnik JM. Размещение, размещение, размещение: влияние размещения акселерометра на результаты физических активностей на основе шагов во время беременности и послеродового периода. American Journal of Lifestyle Medicine. 2023 Jan;17(1):123-30.
  11. ↑ Hooker SP, Diaz KM, Blair SN, Colabianchi NA, Hutto BA, McDonnell MNo, Vena JE, Howard VJ. Связь времени сидячей активностью, измеренной с помощью акселерометра, и физической активности с риском инсульта у взрослых в США. JAMA Network Open. 2022 Jun 1;5(6):e2215385-.
  12. ↑ Parada Jr H, McDonald E, Bellettiere J, Evenson KR, LaMonte MJ, LaCroix AZ. Ассоциации физической активности, измеренной акселерометром, и случаев рака, связанных с физической активностью, у пожилых женщин: результаты исследования WHI OPACH Study. British Journal of Cancer. 2020 Apr 28;122(9):1409-16.
  13. ↑ Giné-Garriga M, Sansano-Nadal O, Tully MA, Caserotti P, Coll-Planas L, Rothenbacher D, Dallmeier D, Denkinger M, Wilson JJ, Martin-Borràs C, Skjødt M. Сидячая активность, измеренная акселерометром, и физическая активность и их корреляты у пожилых людей в Европе: исследование SITLESS. The Journals of Gerontology: Series A. 2020 Sep 1;75(9):1754-62.
  14. ↑ Whitaker KM, Pettee Gabriel K, Buman MP, Pereira MA, Jacobs Jr DR, Reis JP, Gibbs BB, Carnethon MR, Staudenmayer J, Sidney S, Sternfeld B. Ассоциации сидячей активности, измеренной акселерометром, и физической активности с кардиометаболическими факторами риска, оцененными в перспективе: исследование CARDIA. Journal of the American Heart Association. 2019 Jan 8;8(1):e010212.
  15. ↑ 15.0 15.1 Ó Breasail M, Biswas B, Smith MD, Mazhar MK, Tenison E, Cullen A, Lithander FE, Roudaut A, Henderson EJ. Носимые технологии GPS и акселерометры для мониторинга мобильности и физической активности при нейродегенеративных расстройствах: систематический обзор. Sensors. 2021 Dec 10;21(24):8261.
  16. ↑ van Eijk RP, Bakers JN, Bunte TM, de Fockert AJ, Eijkemans MJ, van den Berg LH. Акселерометрия для удаленного мониторинга физической активности при боковом амиотрофическом склерозе: продольное когортое исследование. Journal of neurology. 2019 Oct;266:2387-95.
  17. ↑ Del Din S, Kirk C, Yarnall AJ, Rochester L, Hausdorff JM. Носимые датчики для удаленного мониторинга моторных симптомов болезни Паркинсона: видение, современное состояние и будущие вызовы. Journal of Parkinson's disease. 2021 Jan 1;11(s1):S35-47.
  18. ↑ Kline PW, Melanson EL, Sullivan WJ, Blatchford PJ, Miller MJ, Stevens-Lapsley JE, Christiansen CL. Улучшение физической активности через дополнительную телереабилитацию после полной артропластики коленного сустава: протокол рандомизированного контролируемого исследования. Physical therapy. 2019 Jan;99(1):37-45.