Носимый датчик, помогающий пациентам с БАС общаться | Советы девушкам

Люди с боковым амиотрофическим склерозом (БАС) страдают от постепенного снижения способности контролировать свои мышцы. В результате они часто теряют способность говорить, что затрудняет общение с другими людьми.

Команда исследователей Массачусетского технологического института разработала эластичное устройство , напоминающее кожу , которое можно прикрепить к лицу пациента и измерить небольшие движения, такие как подергивание или улыбка. Используя этот подход, пациенты могли выражать различные чувства, такие как «Я люблю тебя» или «Я голоден», небольшими движениями, которые измеряются и интерпретируются устройством.

Исследователи надеются, что их новое устройство позволит пациентам общаться более естественным образом, без необходимости иметь дело с громоздким оборудованием. Носимый датчик является тонким и может быть замаскирован с косметикой , чтобы соответствовать любому тону кожи , что делает его ненавязчивым.

«Наши устройства не только гибкие, мягкие, одноразовые и легкие, они также визуально невидимы», – говорит Канан Дагдевирен, доцент кафедры медиаискусств и наук в Массачусетском технологическом институте и руководитель исследовательской группы LG Electronics. «Вы можете замаскировать это, и никто не подумает, что у вас что-то на коже».

Исследователи протестировали первоначальную версию своего устройства на двух пациентах с БАС (одна женщина и один мужчина, для гендерного баланса) и показали, что она может точно различать три разных выражения лица – улыбку, открытый рот и сжатые губы.

Аспирант Массачусетского технологического института Фарита Тасним и бывший научный сотрудник Тао Сун являются ведущими авторами исследования, которое сегодня публикуется в журнале Nature Biomedical Engineering . Другие авторы Массачусетского технологического института – студентка Рэйчел Макинтош, постдок Дана Солав и научный сотрудник Линь Чжан. Юаньдун Гу из Института микроэлектроники A * STAR в Сингапуре и Никта Амири, Мостафа Тавакколи Анбарани и М. Амин Карами из Университета Буффало также являются авторами.

Датчик, похожий на кожу

Лаборатория Дагдевирена, группа Conformable Decoders, специализируется на разработке конформных (гибких и растягиваемых) электронных устройств, которые могут прикрепляться к телу для различных медицинских приложений. Она заинтересовалась поиском способов помочь пациентам с нервно-мышечными расстройствами общаться после встречи со Стивеном Хокингом в 2016 году, когда всемирно известный физик посетил Гарвардский университет, а Дагдевирен был младшим научным сотрудником Гарвардского общества стипендиатов.

Хокинг, скончавшийся в 2018 году, страдал от медленно прогрессирующей формы БАС. Он мог общаться с помощью инфракрасного датчика, который мог обнаруживать подергивания его щеки, который перемещал курсор по строкам и столбцам букв. Несмотря на эффективность, этот процесс может занять много времени и потребовать громоздкого оборудования.

Другие пациенты с БАС используют аналогичные устройства, которые измеряют электрическую активность нервов, контролирующих лицевые мышцы. Однако этот подход также требует громоздкого оборудования и не всегда точен.

«Эти устройства очень твердые, плоские и квадратные, и надежность – большая проблема. Вы можете не получить стабильных результатов даже у одних и тех же пациентов в течение одного дня», – говорит Дагдевирен.

Команда исследователей Массачусетского технологического института разработала эластичное устройство, напоминающее кожу, которое можно прикрепить к лицу пациента и измерить небольшие движения, такие как подергивание или улыбка. Предоставлено: Давид Садат.
Большинство пациентов с БАС в конечном итоге теряют способность контролировать свои конечности, поэтому набор текста не является жизнеспособной стратегией, помогающей им общаться. Команда Массачусетского технологического института поставила перед собой задачу разработать носимый интерфейс, который пациенты могли бы использовать для более естественного общения без громоздкого оборудования, требуемого современными технологиями.

Созданное ими устройство состоит из четырех пьезоэлектрических датчиков, заключенных в тонкую силиконовую пленку. Датчики, изготовленные из нитрида алюминия, могут обнаруживать механическую деформацию кожи и преобразовывать ее в электрическое напряжение, которое можно легко измерить. Все эти компоненты легко производить в серийном производстве, поэтому, по оценкам исследователей, каждое устройство будет стоить около 10 долларов.

Исследователи использовали процесс, называемый корреляцией цифровых изображений на здоровых добровольцах, чтобы помочь им выбрать наиболее подходящие места для размещения датчика. Они нарисовали случайный черно-белый узор в виде пятен на лице, а затем сделали много снимков этой области с помощью нескольких камер, когда испытуемые выполняли лицевые движения, такие как улыбка, подергивание щеки или прохождение формы определенных букв. Изображения были обработаны программным обеспечением, которое анализирует, как маленькие точки перемещаются относительно друг друга, чтобы определить степень напряжения, испытываемого в одной области.

«У нас были испытуемые, которые делали разные движения, и мы создали карты деформации каждой части лица», – говорит Макинтош. «Затем мы посмотрели на наши карты деформации и определили, где на лице мы видим правильный уровень деформации для нашего устройства, и определили, что это подходящее место для размещения устройства для наших испытаний».

Исследователи также использовали измерения деформаций кожи, чтобы обучить алгоритм машинного обучения различать улыбку, открытый рот и сжатые губы. Используя этот алгоритм, они протестировали устройства с двумя пациентами с БАС и смогли достичь примерно 75-процентной точности различения этих различных движений. Уровень точности у здоровых испытуемых составил 87 процентов.

Улучшенное общение

Исследователи говорят, что на основе этих обнаруживаемых движений лица можно создать библиотеку фраз или слов, которые соответствуют различным комбинациям движений.

«Мы можем создавать настраиваемые сообщения на основе движений, которые вы можете делать», – говорит Дагдевирен. «Технически вы можете создавать тысячи сообщений, которые сейчас недоступны для других технологий. Все зависит от конфигурации вашей библиотеки, которая может быть разработана для конкретного пациента или группы пациентов».

Информация с датчика отправляется на портативный блок обработки, который анализирует ее, используя алгоритм, который исследователи обучили различать движения лица. В текущем прототипе это устройство подключено к датчику проводом, но, по словам исследователей, соединение можно сделать беспроводным для упрощения использования.

Исследователи подали заявку на патент на эту технологию и теперь планируют испытать ее на дополнительных пациентах. По словам исследователей, помимо помощи пациентам в общении, устройство также можно использовать для отслеживания прогрессирования болезни пациента или для измерения того, оказывает ли лечение, которое они получают, какой-либо эффект.

«Существует множество клинических испытаний, в которых проверяется, является ли конкретное лечение эффективным для обращения вспять БАС», – говорит Тасним. «Вместо того, чтобы просто полагаться на то, что пациенты сообщают, что они чувствуют себя лучше или сильнее, это устройство могло бы дать количественную оценку эффективности».

Leave comment

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

шестнадцать + четырнадцать =