Развитие и большие

Oct 26, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 16211 (2022) Цитировать эту статью

1488 Доступов

2 цитаты

41 Альтметрика

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье была опубликована 20 января 2023 г.

Эта статья была обновлена

Цифровые биомаркеры походки (включая скорость ходьбы) указывают на функциональное снижение и предсказывают госпитализацию и смертность. Однако часто используемые устройства для поясницы или нижних конечностей не предназначены для постоянного использования в течение всей жизни. Хотя наручные устройства распространены повсеместно и многие крупные исследовательские хранилища содержат данные с датчиков на запястье, широко принятые и проверенные цифровые биомаркеры походки, полученные с помощью наручных акселерометров, пока недоступны. Здесь мы описываем разработку усовершенствованных алгоритмов обработки сигналов, которые извлекают цифровые биомаркеры походки из наручных устройств и проверяют их с использованием 1-недельных данных от 78 822 участников Британского биобанка. Наши биомаркеры походки демонстрируют хорошую надежность при повторных тестах, четкое согласие с электронными измерениями скорости походки и темпа, сообщаемых самими людьми, и значительно дискриминируют людей с плохим самооценкой здоровья. Благодаря почти повсеместному распространению умных часов наши алгоритмы предлагают новый подход к удаленному мониторингу скорости, качества, количества и распределения ходьбы на уровне населения на протяжении всей жизни, оценки прогрессирования заболевания, прогнозирования риска неблагоприятных событий и предоставления цифровых конечных точек походки для клинических испытаний. .

Использование технологий для количественной оценки ежедневной ходьбы может обеспечить важные показатели здоровья отдельных людей и населения1. Цифровые биомаркеры походки — это количественные показатели походки, полученные на основе данных носимых устройств. Являясь подмножеством цифровых биомаркеров, ориентированных на походку и показатели подвижности2,3, они могут быть получены удаленно и могут предоставить дополнительную информацию для клинической оценки походки4. Цифровые биомаркеры походки могут быть связаны с функциональным статусом5 и общим состоянием здоровья6; и являются прогнозами функционального ухудшения, госпитализации7 и смертности8.

Предыдущие исследования показали, что носимые устройства, расположенные на пояснице или нижних конечностях, могут обеспечить достоверные и надежные цифровые биомаркеры походки. Однако их расположение на этих участках тела неудобно, что ограничивает приемлемость и соответствие требованиям пользователя9,10. Напротив, наручные устройства, в том числе умные часы, пользуются большим признанием и приближаются к почти всеобщему распространению. Данные об ускорении при ношении на запястье были получены в ходе крупных продольных исследований, включая исследования UK Biobank11, NHANES12 и Newcastle85+13. Например, Британский биобанк включает в свое хранилище данных о здоровье11 данные об активности 103 578 человек, полученные с помощью наручного трехосного акселерометра AX3 за 1 неделю. Хотя измерения уровней физической активности11 и типов активности14 были получены, извлечение цифровых биомаркеров походки из этих исследований еще не проводилось.

Это упущение, вероятно, связано с рядом технических проблем при извлечении цифровых биомаркеров походки с использованием наручного устройства. Устройства, носимые на запястье, расположены далеко от центра масс пользователя и подвержены движениям руки, что увеличивает шум измерений и, как следствие, снижает точность и надежность15,16. Как следствие, традиционные методы извлечения цифровых биомаркеров походки, такие как обнаружение пика сигнала и интеграция ускорения с обновлениями нулевой скорости, могут быть затруднены из-за значительных изменений в ориентации и независимых движений рук. Фактически, исследования, проведенные на сегодняшний день с целью извлечения цифровых биомаркеров походки из наручных устройств, в основном ограничивались ограниченной ходьбой на беговых дорожках и дорожках заданной длины; результирующие алгоритмы, вероятно, не подходят для более сложных действий при ходьбе в реальных условиях17,18. В двух исследованиях использовались наручные датчики (включая барометры и акселерометры) для оценки скорости и частоты шагов19,20. Хотя оба исследования сообщили об обнадеживающих результатах, включение в них только здоровых добровольцев и умеренных размеров выборки (n ≤ 30 участников) может ограничить возможность обобщения их результатов на более широкие группы населения. Неудивительно, что консенсус относительно того, какие цифровые биомаркеры походки лучше всего подходят для удаленной оценки, еще не достигнут2.