家用无线设备跟踪帕金森病患者的疾病进展

临床医生通常通过在门诊就诊期间测试他们的运动技能和认知功能来评估患者。这些半主观的测量往往受到外部因素的影响——也许患者在长途开车到医院后感到疲倦。超过40%的帕金森氏症患者从未接受过神经科医生或帕金森氏症专家的治疗，这通常是因为他们住得离市中心太远或出行有困难。

为了解决这些问题，麻省理工学院和其他地方的研究人员展示了一种家用设备，可以监测患者的运动和步态速度，可用于评估帕金森病的严重程度、疾病的进展以及患者对药物的反应.

该设备的大小与Wi-Fi路由器差不多，它使用无线电信号被动地收集数据，这些无线电信号会在患者在家中移动时从患者的身体反射回来。患者不需要佩戴小工具或改变他们的行为。(例如，最近的一项研究表明，这种类型的设备可用于从一个人睡觉时的呼吸模式中检测帕金森氏症。)

研究人员使用这些设备进行了两项研究，共有50名参与者参与。他们表明，通过使用机器学习算法分析他们收集的大量数据(超过200,000次步态速度测量)，临床医生可以比定期的临床评估更有效地跟踪帕金森病的进展。

“通过在家中安装一个设备，可以监控患者并远程告诉医生疾病的进展和患者的药物反应，这样即使患者不能来医院，他们也可以照看患者。诊所——现在他们拥有真实、可靠的信息——这实际上对提高公平性和获取途径大有帮助，”电气工程和计算机科学系(EECS)的Thuan和NicolePham教授、资深作者DinaKatabi说，以及计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)和麻省理工学院Jameel诊所的首席研究员。

共同主要作者是EECS研究生YingchengLiu和GuoZhang。该研究发表在《科学转化医学》上。

人体雷达

这项工作利用了以前在Katabi实验室开发的无线设备，该设备可以分析从人体反弹的无线电信号。它传输的信号仅使用Wi-Fi路由器的一小部分功率——这些超低功率信号不会干扰家中的其他无线设备。当无线电信号穿过墙壁和其他固体物体时，由于我们体内的水，它们会被人体反射。

这创建了一个“人体雷达”，可以跟踪房间中人的运动。无线电波总是以相同的速度传播，因此信号反射回设备所需的时间长度表明了人的移动方式。

该设备包含一个机器学习分类器，即使房间里有其他人在走动，它也可以挑选出从患者身上反射回来的精确无线电信号。复杂的算法使用这些运动数据来计算步态速度——一个人走路的速度。

因为设备在后台运行，整天运行，每天都可以收集海量的数据。研究人员想看看他们是否可以将机器学习应用于这些数据集，以便随着时间的推移深入了解这种疾病。

他们收集了50名参与者，其中34人患有帕金森氏症，并对家庭步态测量进行了两项观察性研究。一项研究持续了两个月，另一项研究持续了两年。通过这些研究，研究人员收集了超过200,000个单独的测量值，他们对这些测量值进行了平均，以消除由于设备状况或其他因素造成的变异性。(例如，设备可能会在清洁过程中意外关闭，或者患者在打电话时可能会走得更慢。)

他们使用统计方法分析数据，发现家庭步态速度可用于有效跟踪帕金森病的进展和严重程度。例如，他们发现帕金森病患者的步态速度下降速度几乎是非帕金森病患者的两倍。

“在患者在房间内移动时持续监测患者，使我们能够对他们的步态速度进行非常好的测量。有了如此多的数据，我们能够进行聚合，从而让我们看到非常小的差异，”张说。

更好、更快的结果

深入研究这些变化提供了一些关键的见解。例如，研究人员可以看到患者步态速度的日内波动与他们对药物的反应方式相对应——服药后步态速度可能会提高，然后在一段时间后开始下降。

“这确实使我们有可能客观地衡量您的活动能力对药物的反应。以前，这几乎是不可能的，因为这种药物效果只能通过让患者记日记来衡量，”刘说。

临床医生可以使用这些数据更有效、更准确地调整药物剂量。这一点尤其重要，因为如果患者服用过多，许多用于治疗疾病症状的药物会导致严重的副作用。

在对50人进行了一年的研究后，研究人员能够证明有关帕金森病进展的统计显着结果。相比之下，迈克尔·J·福克斯基金会经常引用的一项研究涉及500多人，并对其进行了五年多的监测，Katabi说。

“对于试图开发这种疾病药物的制药公司或生物技术公司来说，这可以大大减轻负担和成本，并加快新疗法的开发，”她补充道。

Katabi将这项研究的大部分成功归功于专门的科学家和临床医生团队，他们共同努力解决了沿途出现的许多困难。一方面，他们在Covid-19大流行之前就开始了这项研究，因此工程师最初进入人们的家中设置设备。当这不再可能时，他们开发了一种远程部署设备的方法，并为参与者和临床医生创建了一个用户友好的应用程序。

通过研究过程，他们学会了自动化流程并减少工作量，尤其是对于参与者和临床团队。

当他们希望在其他神经系统疾病(如阿尔茨海默病、ALS和亨廷顿病)的家庭研究中部署设备时，这些知识将被证明是有用的。他们还想探索如何使用这些方法，结合Katabi实验室的其他工作表明可以通过监测呼吸来诊断帕金森氏症，以收集一组可以早期诊断疾病的整体标记，然后用于跟踪并对待它。