Summary
توضح هذه الورقة تقييم الأداء الحركي الإجمالي للرضع من خلال جهاز متعدد المستشعرات يمكن ارتداؤه وخط أنابيب التحليل القائم على التعلم العميق المؤتمت بالكامل. تحدد الطريقة أنماط الموقف والحركة للرضع من الاستلقاء حتى يتقنوا المشي بشكل مستقل.
Abstract
يعد تطوير طرق موضوعية وكمية للتقييم الحركي الإجمالي المبكر أمرا ضروريا لفهم النمو العصبي بشكل أفضل ودعم التدخلات العلاجية المبكرة. هنا ، نقدم طريقة لقياس الأداء الحركي الإجمالي باستخدام جهاز متعدد المستشعرات يمكن ارتداؤه ، MAIJU (تقييم الحركة للرضع باستخدام بدلة JUmpsuit) ، والذي يقدم تقييما آليا وقابلا للتطوير وكميا وموضوعيا باستخدام خط أنابيب مؤتمت بالكامل قائم على السحابة. تم تجهيز هذه البدلة القابلة للارتداء بأربعة مستشعرات للحركة تسجل البيانات المتزامنة على الهاتف المحمول باستخدام اتصال Bluetooth منخفض الطاقة. يؤدي التحليل غير المتصل في الخادم السحابي إلى إنشاء نتائج تم تحليلها بالكامل في غضون دقائق لكل تسجيل. تتضمن هذه النتائج تقريرا رسوميا لجلسة التسجيل ومصفوفة نتائج مفصلة تعطي تصنيفات ثانية بثانية للوضعية والحركة وحمل الرضع ووقت اللعب الحر. تظهر نتائجنا الأخيرة فضيلة مثل هذا التقييم الحركي الكمي الذي يوفر طريقة فعالة محتملة لتمييز الاختلافات في النمو الحركي الإجمالي للرضيع.
Introduction
يعد التطور الحركي الإجمالي المبكر ضروريا للأداء المعرفي العصبي عالي المستوى الذي يظهر لاحقا من خلال دعم استكشاف الرضع للبيئة. لذلك ، فإن الأطباء والباحثين على حد سواء لديهم اهتمام كبير بتقييم التطور الحركي الإجمالي المبكر1،2،3. لتقديم الدعم للطب القائم على الأدلة أو الدراسات العلمية ، من الضروري أن تكون التقييمات الحركية الإجمالية كمية وموثوقة وموضوعية وصالحة بيئيا. ومع ذلك ، هناك ندرة في هذه الأساليب المتاحة إما للبحوث العلمية السريرية أو الأساسية.
يتقدم التطور الحركي الإجمالي المبكر النموذجي من خلال تسلسل يمكن التنبؤ به من المهارات المكتسبة حديثا. يتم ملاحظتها بشكل شائع عند الرضع على أنها تصل إلى معالم حركية منفصلة4 ، حيث غالبا ما يعتبر الوقوف والمشي معالم مهمة في طريقها إلى ذخيرة سلوكية أكثر تعقيدا5. بالإضافة إلى الملاحظة المباشرة أو المسوحات الأبوية حول المعالم الحركية ، تم تطوير العديد من البطاريات القياسية المستخدمة على نطاق واسع6،7،8،9 لإجراء تقييمات الرضع في بيئة المختبر أو المستشفى. ومع ذلك ، فإن هذه التقييمات تعاني من محاذير متعددة: فهي تحتاج إلى خبرة كبيرة من المهنيين المدربين ، وهي ذاتية وقاطعة جزئيا ، وتقيم أداء الرضع في بيئة (مستشفى أو مختبر) غير طبيعية من منظور الرضع.
يتيح تسجيل النشاط الحركي التلقائي للرضع على مدى فترات أطول في البيئة الأصلية ، مثل منزلهم ، مقاييس أكثر صلة بالقدرات الحركية. في إحدى هذه الطرق الممكنة ، يتم إجراء التقييم للتسلسل الكامل لتطور القدرة الحركية للرضيع من الاستلقاء إلى المشي بطلاقة باستخدام نظام يمكن ارتداؤه ، مثل MAIJU القابل للارتداء (التقييم الحركي للرضع باستخدام بدلة JUmpsuit)10،11،12. يتضمن نظام MAIJU القابل للارتداء (الشكل 1) ثوبا نسيجيا لكامل الجسم مزودا بأجهزة استشعار للحركة للسماح بإجراء تقييمات وتسجيلات خارج المستشفى / المختبر دون إشراف يتم تحليلها باستخدام خط أنابيب آلي ، مما يوفر تقييما ثانيا بثانية لأنماط الموقف والحركة. يمكن استخدام هذه الاكتشافات الخوارزمية لكل وضعية ونوع حركة على حدة ، أو يمكن دمجها لإجراء تقييم شامل للمستوى العقلاني للقدرات الحركية للرضيع. التعبير المنشور مؤخرا والخالي من الوحدة لمقياس النضج الحركي هذا هو BIMS (Baba Infant Motor Score)10,12.
سوف تصف هذه المقالة تقييم الأداء الحركي الإجمالي للرضع باستخدام بدلة متعددة أجهزة الاستشعار يمكن ارتداؤها. الأساس المنطقي والأداء العملي وخط أنابيب التحليل والمنظورات المستقبلية المحتملة لاستخدام المقاييس التي يمكن الحصول عليها من خط أنابيب التحليل الآلي المتاح للتسجيلات باستخدام جهاز متعدد المستشعرات يمكن ارتداؤه10،11،12. هذه الطريقة مناسبة للقياس الكمي التفصيلي للأنشطة الحركية الإجمالية التلقائية في جميع الرضع الذين يظهرون قدرات حركية بين الاستلقاء والمشي بطلاقة.
يتكون النظام القابل للارتداء متعدد المستشعرات من ثلاثة مكونات: 1) الثوب العام لكامل الجسم المجهز بأربعة مستشعرات للحركة ، 2) جهاز محمول يستخدم تطبيق iOS مصمم خصيصا ، و 3) خط أنابيب تحليل قائم على السحابة (Babacloud يمكن الحصول على بيانات الاعتماد الخاصة به من المؤلفين)11. تقوم مستشعرات وحدة القياس بالقصور الذاتي المقاومة للماء (IMU) ببث البيانات المتزامنة (مقياس التسارع ثلاثي المحاور والجيروسكوب) بتردد أخذ عينات 13-52 هرتز إلى هاتف محمول باستخدام اتصال Bluetooth منخفض الطاقة. يتم تخزين البيانات في البداية في ذاكرة (المستشعر أو) الجهاز المحمول ، متبوعا بتحليل غير متصل بالإنترنت في الخادم السحابي بعد إيقاف التسجيل.
Protocol
تمت مراجعة الدراسات التي أجريت باستخدام هذا النظام من قبل لجنة الأخلاقيات في مستشفى الأطفال الجديد ، مستشفى جامعة هلسنكي ، وأعطى المستشفى الإذن بتنفيذ المشاريع البحثية الموضحة في الدراسات الأصلية المذكورة في هذا العمل. تم الحصول على موافقة مستنيرة لتصوير الطفل في الفيديو.
1. تجهيز الدعوى لجلسة تسجيل
- حدد مقاس البدلة الصحيح. حاليا ، تبدأ الأحجام من الحجم 68 سم ، وهناك خمسة خيارات مختلفة للأحجام (68 سم و 74 سم و 80 سم و 86 سم و 92 سم). تأكد من أن البدلة تناسبها بشكل مريح ومريح ويمكن للطفل التحرك بحرية دون تدخل.
- ابدأ التسجيل ، أي جمع البيانات باستخدام تطبيق مسجل البيانات ، Maijulogger ، كما هو موضح في الملف التكميلي 1.
- في الصفحة الأولى ، أدخل "رقم تعريف الموضوع". يتم تعيين عدد مستشعرات الحركة المستخدمة في التقييم على 4 كإعداد افتراضي، كما هو موضح في الصفحة الأولى.
- انتقل إلى المرحلة التالية بالضغط على السهم للأمام.
- تجهيز أربعة أجهزة استشعار بالبطاريات (الإصدار CR2025).
- قم بإقران كل مستشعر بتطبيق الهاتف المحمول عن طريق تحديد موقع الطرف والضغط عليه في التطبيق وتقريب المستشعر من الجهاز المحمول.
- تأكد من ظهور رقم المستشعر الصحيح في التطبيق.
- تأكد من مستوى شحن البطارية الكافي (موصى به > 80٪) عن طريق التحقق من المؤشرات الموجودة أسفل رقم المستشعر.
ملاحظة: استبدل بطاريات المستشعر، إذا لزم الأمر، برفع الغطاء الخلفي.
- قم بإصلاح كل مستشعر باستخدام الحوامل الإضافية في جيب الكم الصحيح.
- تأكد من أن أجهزة الاستشعار موجهة بشكل صحيح.
- تحقق دائما من أحدث دليل مستخدم للحصول على التفاصيل. سيؤدي الاتجاه غير الصحيح إلى بيانات غير قابلة للاستخدام.
- تابع للتحقق من اقتران المستشعر الصحيح بالضغط على السهم الأمامي في التطبيق.
- هز المستشعرات واحدة تلو الأخرى وتحقق من التطبيق لترى أن المؤشر الصحيح يهتز.
- عند اكتمال عمليات التحقق ، انتقل إلى صفحة البدء بالضغط على السهم للأمام.
ملاحظة: إذا لزم الأمر ، يمكن ضبط مدة التسجيل (hh: mm) يدويا عن طريق الضغط على زر الإعدادات في بداية كل تسجيل.- اضغط على زر التسجيل لبدء التسجيل. انتظر حتى تصبح المستشعرات جاهزة قبل ارتداء البدلة على الرضيع (قد يستغرق ذلك بضع دقائق).
- بالنسبة للتسجيلات المنزلية غير الخاضعة للإشراف ، اضبط قفل الشاشة على الجهاز المحمول لتجنب تشغيله الأبوي وحزم البدلة لتسليمها إلى المستلم.
- استخدم ساعيا أو خدمة مماثلة لتسليم البدلة إلى المستلم فور إعدادها.
2. تحضير وتضميد الرضيع لجلسة تسجيل
- تأكد من أن الرضيع يرضع (أي يتغذى ويغير الحفاضات) ويشعر بالأمان والراحة لوقت لعب طبيعي وعفوي.
- انزع البدلة لاحقا لتغيير الحفاض ، إذا لزم الأمر.
- ارتدي البدلة على الرضيع كما هو الحال مع الملابس العادية.
- تأكد من أن جيوب المستشعر متجهة للخارج (أي بعيدا عن خط الوسط للجسم بدلا من الدوران نحو مقدمة أو مؤخرة الرضيع).
- تأكد من أن البدلة تتناسب بشكل مريح مع الأطراف في كل موقع مستشعر.
- اضبط الأشرطة بالقرب من الجيوب لشد المستشعر على الطرف ، إذا لزم الأمر.
ملاحظة: من الممكن أيضا إضافة ملابس أسفل البدلة أو الضمادات لربط المستشعرات في حال كانت الأطراف رفيعة جدا بحيث لا يمكن تثبيتها بشكل كاف بالأشرطة.
- اضبط الأشرطة بالقرب من الجيوب لشد المستشعر على الطرف ، إذا لزم الأمر.
3. جلسة تسجيل
- احتفظ بالجهاز المحمول بالقرب من الرضيع لضمان نقل بيانات موثوق به عبر اتصال Bluetooth (أي في نفس الغرفة أو في نطاق 10 أمتار في حالة التسجيل في مكان مفتوح) عند التسجيل باستخدام تدفق البيانات المباشر.
- إذا كان ذلك ممكنا ، احتفظ بالجهاز المحمول في حقيبة ، مثل غلاف الكمبيوتر اللوحي ، للتعامل بشكل أسهل وأكثر أمانا. سيحاول بروتوكول Bluetooth إعادة الاتصال في حالة فقد اتصال BLE.
ملاحظة: لا ينصح بإيقاف التسجيل مؤقتا ثم متابعته لأنه قد يعطل المزامنة بين المستشعرات أو السلامة الزمنية للبيانات المسجلة ، كما قد تفقد اتصال BLE. في مثل هذه المناسبات ، يكون الخيار الوحيد هو إيقاف تشغيل التطبيق وبدء التسجيل من جديد.
- إذا كان ذلك ممكنا ، احتفظ بالجهاز المحمول في حقيبة ، مثل غلاف الكمبيوتر اللوحي ، للتعامل بشكل أسهل وأكثر أمانا. سيحاول بروتوكول Bluetooth إعادة الاتصال في حالة فقد اتصال BLE.
- رتب المناطق المحيطة لتسهيل اللعب بالألعاب والأشياء الأخرى وشجع الرضيع على التحرك بحرية. على سبيل المثال ، قم بإخلاء مساحة للتنقل أو ضع حصيرة على الأرض حتى يتم تشجيع الرضيع على التحرك عند رؤية الألعاب المناسبة للعمر. الهدف هو تسجيل الحركة الطبيعية للرضيع.
- تأكد من أن الرضيع يشعر بالراحة والأمان بما يكفي للانخراط في اللعب العفوي دون الشعور بالقلق بسبب وجود أشخاص جدد أو أماكن غير مألوفة.
- سجل ما لا يقل عن 1 ساعة من اللعب الحر أو طالما رغبت أسئلة الدراسة. يمكن دمج فترات اللعب / الحركة المتعددة لاحقا أثناء التحليل.
- إذا كان ذلك مطلوبا بموجب بروتوكول البحث المحدد ، فقم بتدوين المزيد من الملاحظات لتسهيل الفحص التفصيلي للنتائج الفردية. استخدم التعليقات التوضيحية المتزامنة في الوقت الفعلي في تطبيق مسجل البيانات كنص مجاني أو تسجيلات صوتية أو تسجيلات فيديو.
- بالنسبة للتسجيلات المنزلية غير الخاضعة للإشراف ، اضبط التسجيل على التوقف تلقائيا (على سبيل المثال ، اضبط المدة (hh: mm) للتسجيل يدويا بالضغط على زر الإعدادات ).
- في الإعدادات الخاضعة للإشراف ، قم بإنهاء التسجيل بالضغط على الزر إيقاف في التطبيق.
- اخلع البدلة وحزمها للعودة إلى المختبر.
- اغسل البدلة بعد كل تسجيل بعد إزالة المستشعرات من جيوب البدلة. إذا كان ذلك متاحا ، استخدم المنظفات ، بما في ذلك نقل الرطوبة التي تستهدف المواد الاصطناعية11.
- افحص البدلة بصريا بعد الغسيل بحثا عن عيوب ميكانيكية قبل تخزينها للاستخدام على الطفل التالي.
4. التحليل المستند إلى السحابة: تحميل البيانات الأولية وتنزيل النتائج
- انقر فوق الملف المسجل في عرض قاعدة البيانات للتطبيق ، ثم انقر فوق تصدير إلى Babacloud ، الذي يفتح الصفحة الرئيسية للسحابة الحسابية (https://babacloud.fi/) باستخدام متصفح الويب على الجهاز المحمول (الملف التكميلي 2).
- أدخل اسم المستخدم وكلمة المرور في صفحة تسجيل الدخول. إذا لزم الأمر ، اطلب بيانات اعتماد جديدة من عنوان البريد الإلكتروني المقدم على صفحة Babacloud الرئيسية.
- اختر الملف المسجل للتحميل. بعد ذلك ، اختر رقم تعريف للموضوع وأضف المعلومات المطلوبة كما هو موضح في سير عمل Babacloud. إذا كان ذلك مناسبا للحالة ، فأدخل أيضا عمر الموضوع أو معلومات أخرى (على سبيل المثال ، وقت اللعب) إلى "إضافة تسمية ملف خام أخرى". أخيرا ، احفظ جلسة التحميل بالضغط على حفظ زر.
ملاحظة: كإعداد افتراضي ، سيقوم تطبيق مسجل البيانات بإنشاء ملف مضغوط من بيانات الحركة لتمكين نقل البيانات بشكل أسهل وأسرع عبر الأثير عبر شبكة wi-fi أو شبكة الهاتف المحمول. ستتطلب واجهة Babacloud بيانات اعتماد يمكن الحصول عليها وفقا للتعليمات على صفحة الويب الخاصة بهم. يمكن أيضا نقل البيانات الأولية المسجلة مباشرة من الهاتف إلى جهاز آخر لتحليلها حسب الطلب. تأكد من حذف البيانات غير الضرورية من ذاكرة الجهاز المحمول لتجنب الخلط بين جلسات التسجيل. يتم وضع جلسات التسجيل تلقائيا في مجلداتها الخاصة ، والتي يتم تسميتها بالطوابع الزمنية الخاصة بها. - قم بتنزيل الحزمة المضغوطة من مخرجات التحليل من الخادم السحابي باستخدام جهاز محمول أو مستعرض ويب للكمبيوتر. انقر فوق معرف الموضوع الصحيح ، ثم اختر الارتباط إلى التحليل المطلوب ، والذي يفتح تنزيل الملف تلقائيا.
ملاحظة: في حزمة النتائج المضغوطة ، يمكن العثور على العنصرين التاليين: مصفوفة نتائج مفصلة ، والتي تعطي جميع التصنيفات الثانية بالثانية للوضعية والحركة وحمل الرضع ووقت اللعب الحر (الشكل 2 أ ، الملف التكميلي 3). تقارير بيانية تعطي لمحة عامة عن جلسة الدراسة (الملف التكميلي 4).
Representative Results
تحدد الطريقة المقدمة الأداء الحركي الإجمالي للرضع من خلال تصنيف أنواع المواقف والحركات لكل ثانية من جلسة التسجيل. لذلك ، تتضمن حزمة النتائج من خط أنابيب التحليل الآلي مصفوفة تصنيف كاملة (الملف التكميلي 3) وملخصا رسوميا (الملف التكميلي 4) من جلسة التسجيل بأكملها. اعتمادا على سؤال الدراسة الدقيق ، يمكن فحص هذه النتائج على مستويات مختلفة.
تم استخدام فحص النتائج لتطوير هذه الطريقة والتحقق من صحتها.
في ما يلي ، نقدم أربعة مستويات من فحص النتائج المستخدمة لتطوير هذه المنهجية والتحقق من صحتها. يقدم الملف التكميلي 5 أمثلة تمثيلية لتجارب التحقق الرئيسية التي تم نشرها مسبقا بالتفصيلالكامل 10،11،12.
أولا ، تم التحقق من صحة الخوارزميات الآلية المدربة على اكتشاف الحركة والموقف مقابل الملاحظات البشرية من المستوى الثاني بالثاني لسلوك حركة الرضع. استخدمنا العديد من الخبراء المدربين بالتوازي الذين راجعوا بشكل أعمى تسجيلات الفيديو المتزامنة مع التسجيلات القابلة للارتداء. تمت مقارنة جميع فئات الموقف والحركة المختلفة بشكل منفصل مع التعليقات التوضيحية البشرية الفردية ، ووجدنا اتفاقا عاليا جدا بين الخوارزمية والإنسان للمواقف (متوسط كابا 0.93) ؛ تم العثور على اتفاق جوهري لفئات الحركة (كابا فئة فرعية محددة في الغالب في حدود 60-80٪). انظر الملف التكميلي 5A للحصول على مثال مصفوفة الارتباك10. أيضا ، تم تقييم مستويات اتفاق interrater للتأكد من أن الخوارزميات تعمل عند مستوى مكافئ بشريتقريبا 10,11.
ثانيا ، قمنا بتقييم مدى تطابق القياس الكمي القائم على المصنف لفئات الحركة والموقف مع القياس الكمي المقابل من التعليقات التوضيحية البشرية من المستوى الثاني. توضح أمثلة مخططات التشتت الموضحة في الملف التكميلي 5B10 أن العديد من الفئات الرئيسية لها تطابق تام تقريبا (معامل الارتباط >0.96) بين الكمية البصرية الخوارزمية والبشرية. هذا يدعم بشكل مباشر فكرة أن التوزيعات الخاصة بالعمر للكمية الحركية (الشكل 3 أ ، ب) موثوقة12.
ثالثا ، تم التحقق من صحة فكرة التقييم الشامل للنضج الحركي من خلال تدريب التنبؤ بالعمر التنموي من كميات الحركة المركبة (انظر أعلاه) التي ترتبط ارتباطا وثيقا بالعمر الفعلي عند الرضع الذين يتطورون عادة (r = 0.89; الملف التكميلي 5C). بعد ذلك ، تم قياس التنبؤ بالعمر إلى 0-100 كمقياس بدون وحدة BIMS (Baba Infant MotorScore 10) ، وتم التحقق من فائدته لبناء مخططات نمو المحرك (الملف التكميلي 5D) باستخدام مجموعة الرضع النامية بشكل نموذجي تظهر بشكل كبير مسارات نمو تعتمد على العمر ويمكن التنبؤ بها. لقد تحققنا أيضا من دقتها النسبية من خلال إظهار أن الدقة في مخططات نمو المحرك تقارن جيدا بمخططات النمو المادي المعروفة12.
رابعا ، تم التحقق من إمكانية اكتشاف الشذوذ باستخدام المقاييس المحددة في تجربة إثبات المبدأ حيث تبين أن المقاييس الحركية الفردية تميز بوضوح بين الرضع ذوي الأداء الحركي الضعيف والجيد ، على التوالي (الملف التكميلي 5E) 10.
أسئلة الدراسة الإضافية المحتملة على مستويات مختلفة من التحليلات
يوضح الشكل 3 أمثلة على الاستخدامات الإضافية للمعلومات التي توفرها البدلة القابلة للارتداء وخط أنابيب التحليل الآلي الخاص بها. أولا ، يمكن رسم التطور المبكر لمهارات الموقف والحركة كدالة للعمر ومقارنتها بالتوزيعات المعتمدة على العمر (الشكل 3 أ ، "مخططات النمو"12) ، أو يمكن تتبع التطور بمرور الوقت لكل فرد (الشكل 3 ب). ثانيا ، عندما يتطلب سؤال الدراسة تقييما حركيا إجماليا أكثر شمولية ، يمكن للمرء استخدام مزيج من نسب وضعية الفرد وحركته (كما هو موضح في الملف التكميلي 5D ، محسوبا من السلسلة الزمنية في الملف التكميلي 5C) لإنشاء مؤشر مثل BIMS (Baba Infant Motor Score). تدعم هذه المقاييس الاستخدام المباشر في مخططات النمو الحركي (الملف التكميلي 5C ، D) وحساب الاشتقاقات الإحصائية مثل درجة z (الشكل 3A). يسمح استخدام سلسلة اكتشافات الخوارزمية بدوام كامل (الشكل 3C والملف التكميلي 3) بإجراء دراسات حول البنية الزمنية التفصيلية لحركة الرضع بأسئلة مثل "كم عدد انتقالات الموقف التي يؤديها الرضيع في وحدة زمنية؟" أو "ما هو توزيع العصور الدائمة أثناء وقت اللعب التلقائي؟".
الشكل 1: نظرة عامة على النظام القابل للارتداء متعدد المستشعرات وتدفق الدراسة النموذجي من التسجيل إلى التحليل. الشكل 1 مقتبس من Airaksinen et al.12المنشور بموجب ترخيص CC_BY. يتم نشر صورة الرضيع بموافقة الوالدين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: تصنيف الموقف والحركة ومثال على تصور البيانات الخام ومخرجات التحليل (أ) مخطط تصنيف الموقف والحركة الذي تستخدمه المصنفات الخوارزمية داخل خط أنابيب التحليل المؤتمت بالكامل لجهاز متعدد المستشعرات يمكن ارتداؤه. تمت إعادة طباعة هذا الرقم من Airaksinen et al.10 (B) مثال على 10 دقائق من بيانات مستشعر مقياس التسارع الخام من كل ذراع من الأذرع الأربعة كما يخرج من تسجيلات MAIJU. تصور الأشرطة الأفقية أدناه مخرجات المصنف الآلي لاكتشافات الموقف (الشريط العلوي) والحركة (الشريط السفلي) لنفس حقبة 10 دقائق. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: مثال على النتائج المستمدة من مخرجات المصنف الخام. (أ) مثال على مقارنة البيانات بين عمر الرضيع ودرجة بابا للرضع الحركية (BIMS). يصور المنحنى الأخضر على شكل حرف S المسار التنموي ل BIMS في عدد أكبر من السكان. تصور النقطة مثالا فرديا تم قياسه في 14 شهرا ، مع BIMS ~ 74 ، وهو ما يتوافق مع أقل بقليل من متوسط المستوى النموذجي للعمر (الخط الأخضر). (ب) مثال على مجموعة ذات مسارات فردية للتطور الحركي باستخدام درجة بابا الحركية للرضع على (BIMS). يمثل كل سطر رضيعا مسجلا في عدة نقاط عمرية (نقاط في الخط). الخطوط ملونة لمتوسط الانحراف بالنسبة إلى المتوسط النموذجي للعمر (منحنى أزرق على شكل حرف S في الخلفية ؛ انظر أيضا اللوحة A. (C) مصفوفة إخراج تمثيلية من المصنف التلقائي لأنها تأتي من خط أنابيب Babacloud. يصور العمود الأول الوقت المنقضي من بداية التسجيل (بالثواني) لكل نافذة تحليل في التصنيف (مدة النافذة 2.3 ثانية ، مع تداخل بنسبة 50٪). يظهر العمودين الثاني والثالث اكتشاف المصنف للموقف والحركة ، على التوالي. العمودين الثالث والرابع عبارة عن مصنفات مساعدة تصور العصور التي كان فيها الرضيع محمولا من قبل شخص آخر ، وعندما كان الرضيع يشارك في اللعب المستقل ، على التوالي. (د) رسم توضيحي لتقرير موجز. اللوحتان A و B مقتبسة من Airaksinen et al.10. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الملف التكميلي 1: دليل سريع للتسجيل باستخدام MAIJU القابل للارتداء. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الملف التكميلي 2: دليل سريع لنقل البيانات من Maijulogger إلى خادم التحليل في Babacloud. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الملف التكميلي 3: مثال على مصفوفة تصنيف مفصلة تعطي جميع التصنيفات الثانية بالثانية للوضعية والحركة وحمل الرضع ووقت اللعب الحر. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الملف التكميلي 4: مثال ملف PDF كامل لتقرير ملخص رسومي. هذا مأخوذ من ملف الخوارزمية الذي يتضمن ، (أ) معلومات أساسية أساسية حول جلسة التسجيل (معرف الموضوع والعمر ، وتاريخ التسجيل ، والمدة ، والمبلغ الإجمالي للفترات المستخدمة في التحليلات النهائية). (ب) عرض بياني للتسجيل الكامل يشير إلى توزيع المواقف على التسجيل الكامل والحقب المستبعدة من التقييم الكمي. ج) التوزيعات النموذجية المعروضة مع مؤامرات الكمان لجميع المواقف الستة (الجانب الأيسر) و 12 نوعا من الحركات (الجانب الأيمن). وبالمثل ، تصور الرسومات الموجودة على الجانب الأيمن نوع الحركات التي يشير إليها كل وضع ، وتظهر أيضا تسلسل الأداء الحركي المتطور بشكل تدريجي (النقاط التي تشير إلى النتائج من تسجيل فردي ومخططات كمان ملونة تشير إلى توزيعات تعتمد على العمر لوضعية / حركة مجموعة بيانات ذات صلة). والجدير بالذكر أن القيم الأولية التي تشير إليها النقاط تظهر الكميات الفعلية للأداء الحركي المحدد ، ويمكن استخدامها مباشرة في سياقات أخرى. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الملف التكميلي 5: تجارب التحقق على مستويات مختلفة من التحليل. (أ) مصفوفات الارتباك التي تظهر التوافق بين التعليقات التوضيحية البشرية (الفئة المستهدفة) واكتشافات الخوارزمية (الفئة المتوقعة) لكل من فئتي الموقف والحركة. (ب) مقارنة الكميات الحركية على مدى جلسات التسجيل الكاملة بين التعليقات التوضيحية البشرية والاكتشافات المستمدة من المصنف الآلي. (ج) الارتباط بين التنبؤ بالعمر النمائي من البيانات القابلة للارتداء (الجانب الأيسر من المحور Y) وإعادة قياسه لإنشاء درجة BIMS (الجانب الأيمن من المحور Y). يظهر العمر الفعلي للرضيع في وقت التسجيل على المحور السيني. (د) الارتباط بين التنبؤ بالعمر والعمر الفعلي عند استخدام وظيفة تركيبية. تتناسب القيم الموضحة مع النموذج عند استخدام متوسط المجموعة في الإطارات الزمنية الموضحة (أزرق) ، أو جميع القيم الأولية (أسود) ، أو عند حساب المقاييس المتكررة لكل فرد (أخضر). (ه) تشير مقارنة المقاييس الحركية الفردية بين مجموعات الرضع ذوي الأداء الجيد والضعيف إلى أن العديد من المقاييس الحركية المكتشفة تلقائيا قد تميز مجموعات الرضع هذه. اللوحة A و B و C مقتبسة من Airaksinen et al.10. اللوحة D مقتبسة من Airaksinen et al.12. اللوحة E مقتبسة من "Airaksinen et al.11. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
Discussion
يعد التقييم الكمي والتتبع التنموي للأداء الحركي للرضع باستخدام حل يمكن ارتداؤه ، مثل MAIJU ، أمرا بسيطا من الناحية الفنية للتعلم والأداء ، ويمكن تنفيذه بسهولة في الرعاية الصحية أو ممارسة البحث السريري10،11،12. بالمقارنة مع طرق التقييم الحركي الأخرى الموجودة ، فإن هذا النوع من التسجيل في المنزل للنشاط الحركي التلقائي للرضع يحسن الصلاحية البيئية للتقييم. علاوة على ذلك ، فإنه يوفر تحليلا كميا وشفافا ومؤتمتا بالكامل للأداء الحركي للرضع. الأهم من ذلك ، أن المقاييس المستخدمة في التحليل بديهية وقابلة للتفسير ، مما يتيح مقارنتها بسهولة مع التقييمات السريرية والبحثية الأخرى ، مثل العوامل البيئية أو التطور المعرفي أو التقييمات النفسية الاجتماعية. يوفر التقييم الشامل للتطور الحركي دقة تقارن جيدا بمقاييس النمو البدني التقليدية12.
تشمل الخطوات الحاسمة في البروتوكول الإعداد الدقيق للبدلة القابلة للارتداء. عند التحضير للتسجيل ، يعد اختيار الحجم الصحيح للبدلة أمرا بالغ الأهمية ، حيث يلزم وجود مرفقات المستشعر في الأكمام والساقين للجلوس بإحكام للحصول على تسجيل موثوق لحركات الجسم. أيضا ، من أجل تسجيل ناجح ، من الضروري وضع المستشعرات في الجيوب بالاتجاه الصحيح ، كما هو موضح في البروتوكول. لن تسمح حوامل المستشعر بتدوير المستشعرات أثناء التسجيل. ومع ذلك ، يسجل المستشعر الموجه بشكل غير صحيح البيانات التي يصعب إصلاحها ، إن لم يكن من المستحيل ، إصلاحها بعد ذلك. يجب تشجيع الرضيع على التحرك بحرية واستقلالية أثناء التسجيل. قد يختلف طول التسجيل وفقا لأسئلة الدراسة المحددة. يتم دمج عصور الحركة التلقائية المتعددة لتجميع حركة تلقائية كافية لكل جلسة تسجيل.
يسمح التشغيل المرن والعملي لحل MAIJU القابل للارتداء باستخدامه في سياقات متغيرة في كل من الإعدادات الخاضعة للإشراف وغير الخاضعة للإشراف ، مثل مختبرات الأبحاث أو المنازل. تظهر النتائج الحديثة من تجاربنا السريرية أن التسجيلات غير الخاضعة للإشراف بالكامل التي يتم إجراؤها في المنزل قد توفر نتائج مماثلة مع التسجيلات التي تتم تحت إشراف كامل أو جزئي12. ومع ذلك ، من المحتمل أن يتأثر السلوك الحركي التلقائي للطفل بعدة عوامل ، مثل البيئة المحيطة (على سبيل المثال ، اللعب في الخارج مقابل الداخل ، وتخطيط المساحة ، والأثاث ، والألعاب) ، ومستوى يقظة الطفل ، ومشاركة الوالدين أثناء التسجيل المنزلي. عندما يتم إجراء التسجيلات في أماكن غير خاضعة للإشراف في المنزل ، من المهم تشجيع الطفل على اللعب بشكل عفوي ، أي اللعب أو التحرك بشكل مستقل ، دون أن يحمل شخص آخر الطفل أو يحمله إذا لم يكن ذلك ضروريا ، والحفاظ على تسجيل الهاتف المحمول في نطاق Bluetooth (في نفس الغرفة)10. تحدث غالبية حالات استكشاف الأخطاء وإصلاحها الحالية أثناء التسجيلات بسبب فقدان اتصال Bluetooth. ستعمل التطورات المستقبلية في تكنولوجيا المستشعر على تحسين اتصال Bluetooth ، وسيسمح الإدخال القادم لذاكرة مستشعر أكبر بالتسجيل في وضع عدم الاتصال عن طريق تخزين بيانات الحركة مباشرة في ذاكرة المستشعر.
التسجيلات خارج المستشفى مع حل يمكن ارتداؤه من هذا النوع قابلة للتطوير بسهولة وقد تحسن سلامة الرضع ، على سبيل المثال ، من خلال تمكين المراقبة عن بعد أثناء ظروف مثل الوباء. تم تدريب خوارزميات المصنف الحالية لدينا للتعرف على وجه التحديد على القدرات الحركية والمواقف والحركات الموضحة في مخطط وصف الحركة (الشكل 2 أ). تم تحديد هذه الظواهر على أنها سمة من سمات حركة الرضع خلال العامين الأولين من الحياة. ستتطلب الأنواع الأخرى من الحركات أو المواقف التي تظهر عند الأطفال الأكبر سنا ، مثل الجري أو القفز ، مخططات وصف الحركة المعدلة والخوارزميات ذات الصلة ليتم تدريبها على التعرف عليها. التحليل المعتمد على سياق الموقف هو نهج مثمر محتمل حيث يتم تحليل النشاط الحركي للرضيع بشكل منفصل في أوضاع مختلفة لدعم الدراسة ، على سبيل المثال ، الارتباطات التنموية لسلوك الرضيع5،6،7،8،9،13. بدلا من ذلك ، يمكن أن يدعم تحليل الحركة المعتمد على السياق أيضا تقييم عدم التماثل في الوظيفة الحركية عند التنبؤ بتطور الشلل الدماغي أحادي الجانب10،12،14،15. علاوة على ذلك ، يمكن دمج تقييم القدرات الحركية باستخدام نظام MAIJU مع طرق الدراسة الأخرى ، على سبيل المثال ، تتبع العين أو التصوير أو تسجيل الفيديو ، لتوفير بيانات متعددة الوسائط ، تمتد إلى أنواع وسياقات مختلفة. قد تكون البيانات متعددة الوسائط مفيدة ، على سبيل المثال ، في تقييم آثار التفاعل الاجتماعي أو فعالية التدخل العلاجي.
من أجل نجاح التقنيات الجديدة القابلة للارتداء في بيئات المراقبة خارج المستشفى مع الرضع ، يجب معالجة بعض القيود والتحديات والمخاوف الأخلاقية. تم تدريب خطوط أنابيب التحليل الخاصة بنا والتحقق من صحتها باستخدام الرضع الذين يتطورون عادة في فنلندا10،11،12. يجب أن تكون مخرجات التحليل الخام مع المواقف والحركات النقية عالمية. ومع ذلك ، قد تتطلب مساراتها التنموية تعديلات للثقافات والمواقع الجغرافية المتنوعة. وفقا لتعليقات الوالدين فيما يتعلق بالأجهزة القابلة للارتداء ، يتم النظر إليها بشكل إيجابي بسبب ملاءمة الرضع16. ومع ذلك ، قد يثير الآباء مخاوف بشأن الخصوصية والوصول إلى البيانات والجوانب العملية للأسرة (على سبيل المثال ، العديد من مقدمي الرعاية والزوار والجداول الزمنية المختلفة). يمكن اعتبار الاعتماد على عمر بطارية المستشعرات وهاتف التسجيل قيدا على الطريقة. في تجربتنا ، يستمر طراز البطارية (CR2025) عادة ليوم كامل (12-24 ساعة) عند استخدام تدفق البيانات المستمر. والجدير بالذكر أن ذلك يعتمد على كل من العلامة التجارية للبطارية وقوة اتصال Bluetooth اللازم لنقل البيانات لاسلكيا ، والذي يتغير باستمرار لزيادة نقل البيانات في بيئة التسجيل. على سبيل المثال ، من شأن المسافة الطويلة بين الرضيع والهاتف أو الجدار بينهما ضبط اتصال Bluetooth على استهلاك بطارية أعلى بكثير. والجدير بالذكر أن بطاريات معظم الأجهزة المحمولة يتم استنزافها أيضا في نفس الوقت تقريبا في حالة استخدام تدفق Bluetooth المستمر. من الناحية العملية ، يشير تدفق البيانات المستمر المستخدم حاليا عبر اتصال Bluetooth إلى أن كلا من المستشعرات والأجهزة المحمولة تحتاج إلى إعادة شحن / استبدال البطارية يوميا. سيسمح إدخال أجهزة الاستشعار ذات سعة الذاكرة الأكبر في المستقبل القريب بتخزين البيانات في ذاكرة المستشعر ، مما يدعم أكثر من أسبوع من التسجيل المستمر. سيؤدي ذلك إلى إزالة الحاجة إلى بث Bluetooth المستهلك للطاقة ، بالإضافة إلى حمل الهاتف ضمن نطاق Bluetooth الذي قد ينظر إليه على أنه مقيد في مواقف التسجيل وعرضة للخطأ البشري.
بشكل عام ، يحتاج تتبع النمو العصبي المبكر إلى طرق حساسة للتغيرات السلوكية العصبية الطبيعية. التطور الحركي الإجمالي هو عملية معقدة تتكون من اختلافات في الترتيب والتوقيت ، على المستويين الفرديوالثقافي 4. يعد اكتشاف التطور الحركي غير النمطي فعالا في التعرف على الرضع المعرضين لخطر الإصابة بمجموعة واسعة من اضطرابات النمو العصبي. يتم إجراء بطاريات الاختبار التقليدية مع تقييمات النمو العصبي الموحدة في بيئات خاضعة للرقابة ، مثل المستشفيات ، وهي ذاتية جزئياعلى الأقل 7،8،9. مكنت التطورات الحالية في تكنولوجيا الاستشعار وتحليل الإشارات من تسجيل القدرة الحركية التلقائية للرضع على مدى فترات طويلة في أماكن خارج المستشفى وتحديد السلوك الحركي بدقة مماثلة للمراقبين البشريين10،11،12. توفر التكنولوجيا الجديدة القابلة للارتداء طرقا آلية وقابلة للتطوير لمراقبة الحركة وفعالية التدخل العلاجي عند الرضع بطريقة صحيحة بيئيا وموضوعية. علاوة على ذلك ، يتيح مؤشر النمو العصبي الجديد Baba Infant Motor Score (BIMS) تقدير نضج قدرة الرضع الحركية من خلال التتبع الفردي للنمو العصبي10,12. يمكن استخدامه في مجموعة من التطبيقات المستقبلية ، مثل تطوير مخططات نمو محرك الرضع12. من خلال تدريب المصنفات الآلية للحركات المحددة الأخرى (على سبيل المثال ، للأطفال الأكبر سنا أو البالغين) بأنواع مختلفة من مخططات وخوارزميات وصف الحركة ، فإن مستشعرات الحركة القابلة للارتداء لديها القدرة على التطبيقات السريرية ، مثل اضطرابات الحركة أو متابعة آثار التدخلات العلاجية بغض النظر عن المرحلة التنموية للفرد17. ومع ذلك ، ينبغي حاليا النظر إلى هذا على أنه منهجية استقصائية لا ينبغي استخدامها لإبلاغ التشخيص السريري أو أهداف العلاج.
Disclosures
E.I. هو مؤسس شركة Planno Oy التي تقدم الاستشارات في هندسة النسيج. المؤلفون الآخرون ليس لديهم اهتمامات ذات صلة بالإفصاح.
Acknowledgments
تم دعم هذا العمل من قبل الأكاديمية الفنلندية (314602 ، 335788 ، 335872 ، 332017 ، 343498) ، مؤسسة طب الأطفال الفنلندية (Lastentautien tutkimussäätiö) ، Aivosäätiö ، مؤسسة Sigrid Juselius ، وصناديق أبحاث مستشفى HUS للأطفال / مركز التشخيص HUS.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| iOS device (version 16.5 or higher) | Apple | n/a | |
| MAIJU jumpsuit | Planno Ltd | n/a | customized for purpose |
| Maijulogger (mobile application) and sensor firmware | BABA Center (www.babacenter.fi), Kaasa solutions GmbH | n/a | constructed by Kaasa Solutions, distributed by Baba Center |
| Movesense movement sensor | Movesense (www.movesense.com) | n/a |
References
- Adolph, K. E., Hoch, J. E. Motor development: Embodied, embedded, enculturated, and enabling. Annual Review of Psychology. 70, 141-164 (2022).
- Masten, A. S., Cicchetti, D.
- Piek, J. P., Dawson, L., Smith, L. M., Gasson, N. The role of early fine and gross motor development on later motor and cognitive ability. Human Movement Science. 27 (5), 668-681 (2007).
- Adolph, K. E., Franchak, J.
- Adolph, K. E., Hoch, J. E., Cole, W. G.
- Wijnhoven, T. M. A., et al. Assessment of gross motor development in the WHO multicentre growth reference study. Food and Nutrition Bulletin. 25, 1 Suppl (2004).
- Uusitalo, K., et al. Hammersmith infant neurological examination and long-term cognitive outcome in children born very preterm. Developmental Medicine and Child Neurology. 63, 947-953 (2021).
- Romeo, D. M., et al. Hammersmith infant neurological examination for infants born preterm: predicting outcomes other than cerebral palsy. Developmental Medicine & Child Neurology. 63, 939-946 (2021).
- De Kegel, A., et al. New reference values must be established for the Alberta Infant Motor Scales for accurate identification of infants at risk for motor developmental delay in Flanders. Child: Care, Health and Development. 39 (2), 260-267 (2013).
- Airaksinen, M., et al. Intelligent wearable allows out-of-the-lab tracking of developing motor abilities in infants. Communications Medicine. 2, 69 (2022).
- Airaksinen, M., et al. Automatic posture and movement tracking of infants with wearable movement sensors. Scientific Reports. 10, 169 (2020).
- Airaksinen, M., et al. Charting infants' motor development at home using a wearable system: validation and comparison to physical growth charts. eBioMedicine. 92, 104591 (2023).
- Hewitt, L., Kerr, E., Stanley, R. M., Okely, A. D. Tummy time and infant health outcomes: a systematic review. Pediatrics. 145, e20192168 (2020).
- Pascal, A., et al. Motor outcome after perinatal stroke and early prediction of unilateral spastic cerebral palsy. European Journal of Paediatric Neurology. 29, 54-61 (2020).
- Tabard-Fougère, A., et al. Are clinical impairments related to kinematic gait variability in children and young adults with cerebral palsy. Frontiers in Human Neuroscience. 16, 816088 (2022).
- Fish, L. A., Jones, E. J. H. A survey on the attitudes of parents with young children on in-home monitoring technologies and study designs for infant research. PLOS One. 16, e0245793 (2021).
- Porciuncula, F., et al. Wearable movement sensors for rehabilitation: a focused review of technological and clinical advances. Physical Medicine & Rehabilitation. 10 (9), S220-S232 (2018).
