הערכה מכומתת של היכולות המוטוריות הגסות של התינוק באמצעות מכשיר לביש רב-חיישני

Summary

מאמר זה מתאר את הערכת הביצועים המוטוריים הגסים של תינוקות באמצעות לביש רב-חיישני וצינור ניתוח אוטומטי לחלוטין מבוסס למידה עמוקה. השיטה מכמתת את דפוסי היציבה והתנועה של תינוקות משכיבה בשכיבה ועד שהם שולטים בהליכה עצמאית.

Abstract

פיתוח שיטות אובייקטיביות וכמותיות להערכה מוטורית גסה מוקדמת חיוני להבנה טובה יותר של התפתחות עצבית ולתמיכה בהתערבויות טיפוליות מוקדמות. כאן, אנו מציגים שיטה לכימות ביצועים מוטוריים גולמיים באמצעות מכשיר לביש רב-חיישנים, MAIJU (הערכת תנועתיות של תינוקות עם חליפת JUmpsuit), המציע הערכה אוטומטית, ניתנת להרחבה, כמותית ואובייקטיבית באמצעות צינור מבוסס ענן אוטומטי לחלוטין. חליפה לבישה זו מצוידת בארבעה חיישני תנועה המתעדים נתונים מסונכרנים לטלפון נייד באמצעות חיבור Bluetooth חסכוני באנרגיה. ניתוח לא מקוון בשרת הענן מפיק תוצאות מנותחות במלואן תוך דקות עבור כל הקלטה. תוצאות אלה כוללות דו”ח גרפי של סשן ההקלטה ומטריצת תוצאות מפורטת הנותנת סיווגים של שנייה אחר שנייה עבור יציבה, תנועה, נשיאת תינוק וזמן משחק חופשי. התוצאות האחרונות שלנו מראות את הסגולה של הערכה מוטורית מכומתת כזו המספקת שיטה יעילה פוטנציאלית להבחנה בין שינויים בהתפתחות המוטורית הגסה של התינוק.

Introduction

התפתחות מוטורית גסה מוקדמת חיונית לביצועים נוירו-קוגניטיביים ברמה גבוהה יותר, המתגלים מאוחר יותר על ידי תמיכה בחקר הסביבה על ידי תינוקות. לכן, לרופאים ולחוקרים כאחד יש עניין רב בהערכת התפתחות מוטורית גולמית מוקדמת ^1,2,3. כדי לספק תמיכה לרפואה מבוססת ראיות או למחקרים מדעיים, חיוני שההערכות המוטוריות הגסות יהיו כמותיות, אמינות, אובייקטיביות ותקפות מבחינה אקולוגית. עם זאת, קיים מחסור בשיטות כאלה הזמינות למחקר קליני או מדעי בסיסי.

התפתחות מוטורית גסה מוקדמת טיפוסית מתקדמת באמצעות רצף צפוי של מיומנויות חדשות שנרכשו. הם נצפים בדרך כלל אצל תינוקות כמגיעים לאבני דרך מוטוריות דיסקרטיות⁴, כאשר עמידה והליכה נחשבות לעתים קרובות לציוני דרך משמעותיים בדרך לרפרטואר התנהגותי מורכב יותר⁵. בנוסף לתצפית ישירה או סקרי הורים על אבני דרך מוטוריות, פותחו מספר סוללות סטנדרטיות בשימוש נרחב 6,7,8,9 לביצוע הערכות תינוקות בסביבת מעבדה או בית חולים. עם זאת, הערכות אלה סובלות מסייגים רבים: הן זקוקות למומחיות משמעותית מאנשי מקצוע מיומנים, הן סובייקטיביות וקטגוריאליות בחלקן, והן מעריכות את ביצועי התינוקות בסביבה (בית חולים או מעבדה) שאינה טבעית מנקודת מבטו של התינוק.

תיעוד הפעילות המוטורית הספונטנית של תינוקות לאורך זמן רב יותר בסביבה הטבעית, כגון בביתם, מאפשר מדדים רלוונטיים יותר של יכולות מוטוריות. בשיטה אפשרית אחת כזו, ההערכה מבוצעת עבור הרצף המלא של התפתחות היכולת המוטורית של התינוק משכיבה להליכה שוטפת עם מערכת לבישה, כגון MAIJU wearable (הערכה מוטורית של תינוקות עם JUmpsuit) 10,11,12. המערכת הלבישה של MAIJU (איור 1) כוללת בגד טקסטיל לכל הגוף המצויד בחיישני תנועה כדי לאפשר הערכות והקלטות מחוץ לבית החולים/מעבדה ללא פיקוח המנותחות באמצעות צינור אוטומטי, ומספקות הערכה שנייה אחר שנייה של דפוסי יציבה ותנועה. ניתן להשתמש בזיהויים אלגוריתמיים אלה עבור כל תנוחה וסוג תנועה בנפרד, או לשלב אותם להערכה הוליסטית של הרמה המתמטית של היכולות המוטוריות של התינוק. ביטוי ללא יחידה שפורסם לאחרונה למדד כזה של בשלות מוטורית הוא BIMS (Baba Infant Motor Score)^10,12.

מאמר זה יתאר את הערכת הביצועים המוטוריים הגסים של תינוקות באמצעות חליפה לבישה מרובת חיישנים; הרציונל, הביצועים המעשיים, צינור הניתוח ונקודות מבט עתידיות פוטנציאליות לשימוש במדדים שניתן להשיג מצינור הניתוח האוטומטי הזמין להקלטות עם^10,11,12 לביש רב-חיישנים. השיטה מתאימה לכימות מפורט של פעילות מוטורית גסה ספונטנית בכל התינוקות המפגינים יכולות מוטוריות בין שכיבה להליכה שוטפת.

המערכת הלבישה מרובת החיישנים מורכבת משלושה רכיבים: 1) הבגד הכולל של כל הגוף המצויד בארבעה חיישני תנועה, 2) מכשיר נייד המשתמש ביישום iOS שנבנה בהתאמה אישית, ו-3) צינור ניתוח מבוסס ענן (Babacloud שאת האישורים עבורו ניתן לקבל מהמחברים)¹¹. חיישני יחידת המדידה האינרציאלית (IMU) העמידים למים מזרימים נתונים מסונכרנים (מד תאוצה וג’ירוסקופ 3 צירים) בתדר דגימה של 13-52 הרץ לטלפון נייד באמצעות חיבור Bluetooth באנרגיה נמוכה. הנתונים מאוחסנים בתחילה בזיכרון של (החיישן או) המכשיר הנייד, ולאחר מכן ניתוח לא מקוון בשרת הענן לאחר הפסקת ההקלטה.

Protocol

המחקרים שבוצעו במערכת זו נבדקו על ידי ועדת האתיקה של בית החולים החדש לילדים, בית החולים האוניברסיטאי הלסינקי, ובית החולים נתן אישור לבצע את פרויקטי המחקר המתוארים במחקרים המקוריים שצוטטו בעבודה זו. התקבלה הסכמה מדעת לצלם את הילד בסרטון. 1. הכנת החליפה לסשן הקלטות בחר את גודל החליפה הנכון. נכון לעכשיו, הגדלים עולים מגודל 68 ס”מ, ויש חמש אפשרויות גודל שונות (68 ס”מ, 74 ס”מ, 80 ס”מ, 86 ס”מ ו-92 ס”מ). ודאו שהחליפה מתאימה בנוחות אך בנוחות ושהילד יוכל לנוע בחופשיות ללא הפרעה. התחל את ההקלטה, כלומר, איסוף נתונים באמצעות יישום אוגר הנתונים, Maijulogger, כמתואר בקובץ משלים 1.בעמוד הראשון, הזן את “מספר זיהוי הנושא”. מספר חיישני התנועה המשמשים בהערכה מוגדר ל- 4 כברירת מחדל, כפי שמוצג בעמוד הראשון. המשך לשלב הבא על-ידי לחיצה על החץ קדימה. צייד ארבעה חיישנים בסוללות (גרסה CR2025). שייך כל חיישן ליישום הנייד על-ידי בחירה ולחיצה על מיקום איבר ביישום וקירוב החיישן למכשיר הנייד.ודא שמספר החיישן הנכון מוצג ביישום. ודא רמת טעינה מספקת של הסוללה (מומלצת > 80%) על-ידי בדיקת המחוונים מתחת למספר החיישן.הערה: החלף את סוללות החיישן, במידת הצורך, על-ידי הרמת הכיסוי האחורי. תקן כל חיישן באמצעות תושבות ההצמדה בכיס השרוול הנכון.ודא שהחיישנים מכוונים נכון. עיין תמיד במדריך למשתמש העדכני ביותר לקבלת פרטים. כיוון שגוי יוביל לנתונים שאינם שמישים. המשך לבדוק את התאמת החיישן הנכונה על-ידי לחיצה על החץ קדימה ביישום.נערו את החיישנים בזה אחר זה ובדקו את היישום כדי לראות שהמחוון הנכון מתנועע. לאחר השלמת הבדיקות, המשך לדף הפתיחה על-ידי הקשה על החץ קדימה.הערה: במידת הצורך, ניתן להגדיר את משך ההקלטה (hh:mm) באופן ידני על ידי לחיצה על כפתור ההגדרות בתחילת כל הקלטה.לחץ על תקליט כפתור כדי להתחיל את ההקלטה. המתן עד שהחיישנים יהיו מוכנים לפני שתלביש את החליפה על התינוק (זה עשוי לקחת כמה דקות). עבור הקלטות ביתיות ללא פיקוח, הגדר את נעילת המסך למכשיר הנייד כדי למנוע את הפעלתו ההורית וארז את החליפה למסירה לנמען.השתמש בשליח או בשירות דומה כדי למסור את החליפה לנמען מיד לאחר הכנתה. 2. הכנה והלבשה של התינוק להקלטה יש לוודא שהתינוק יונק (כלומר, מוזן ומחליף חיתולים) ומרגיש בטוח ונוח לזמן משחק טבעי וספונטני.הסירו את החליפה מאוחר יותר להחלפת חיתול, במידת הצורך. הלבישו את החליפה על התינוק כפי שנעשה עם סרבל רגיל.בדקו שכיסי החיישן פונים החוצה (כלומר, הרחק מקו האמצע של הגוף במקום להסתובב לכיוון החלק הקדמי או האחורי של התינוק). בדקו שהחליפה מתאימה היטב לגפיים בכל מיקום של החיישן.כוונן את הרצועות ליד הכיסים כדי להדק את החיישן על הגפה, במידת הצורך.הערה: ניתן גם להוסיף בגדים מתחת לחליפה או תחבושות כדי להדק את החיישנים במקרה שהגפיים דקות מדי להידוק מספיק עם הרצועות. 3. סשן הקלטה שמור את המכשיר הנייד בקרבת התינוק כדי להבטיח העברת נתונים אמינה דרך חיבור Bluetooth (כלומר, באותו חדר או בטווח של 10 מ ‘אם מקליטים בשטח פתוח) בעת הקלטה עם הזרמת נתונים ישירה.במידת הצורך, שמור את המכשיר הנייד בתיק, כגון שרוול של מחשב לוח, לטיפול קל ובטוח יותר. פרוטוקול Bluetooth ינסה להתחבר מחדש אם חיבור ה- BLE אובד.הערה: לא מומלץ להשהות ולאחר מכן להמשיך את ההקלטה מכיוון שהיא עלולה לשבש את הסנכרון בין חיישנים או את שלמות הזמן של הנתונים המוקלטים, כמו גם אתה עלול לאבד את חיבור ה- BLE. במקרים כאלה, האפשרות היחידה היא לכבות את היישום ולהתחיל את ההקלטה מחדש. סדרו את הסביבה כדי להקל על המשחק עם צעצועים וחפצים אחרים ועודדו את התינוק לנוע בחופשיות. לדוגמה, פנו מקום לתנועה או הניחו מחצלת על הקרקע כדי לעודד את התינוק לזוז כשהוא רואה צעצועים המתאימים לגילו. המטרה היא לתעד את התנועה הטבעית של התינוק.ודאו שהתינוק מרגיש נוח ובטוח מספיק כדי לעסוק במשחק ספונטני מבלי לחוות חרדה בגלל אנשים חדשים או מקומות לא מוכרים. הקלט לפחות שעה אחת של משחק חופשי או כל עוד תרצה על ידי שאלות המחקר. ניתן לשלב תקופות משחק/תנועה מרובות מאוחר יותר במהלך הניתוח. אם נדרש על ידי פרוטוקול המחקר הספציפי, רשום הערות נוספות כדי להקל על בדיקה מפורטת של תוצאות בודדות. השתמש בביאורים מסונכרנים בזמן אמת ביישום אוגר הנתונים כטקסט חופשי, הקלטות שמע או הקלטות וידאו. עבור הקלטות ביתיות ללא פיקוח, הגדר את ההקלטה להפסקה אוטומטית (כלומר, הגדר את משך הזמן (hh:mm) של ההקלטה באופן ידני על ידי לחיצה על כפתור הגדרות ). בהגדרות מפוקחות, סיים את ההקלטה על ידי לחיצה על תפסיק כפתור ביישום. הסירו את החליפה וארזו אותה לקראת החזרתה למעבדה. כבסו את החליפה לאחר כל הקלטה לאחר הסרת החיישנים מכיסי החליפה. במידת האפשר, יש להשתמש בדטרגנטים, כולל הובלת לחות המכוונת לחומרים סינתטיים11.בדקו את החליפה ויזואלית לאחר הכביסה לאיתור פגמים מכניים לפני אחסונם לשימוש על הילד הבא. 4. ניתוח מבוסס ענן: העלאת נתונים גולמיים והורדת תוצאות לחץ על הקובץ המוקלט בתצוגת מסד הנתונים של היישום ולאחר מכן לחץ על ייצוא ל- Babacloud, אשר פותח את דף הבית של הענן החישובי (https://babacloud.fi/) באמצעות דפדפן האינטרנט במכשיר הנייד (קובץ משלים 2). הזן שם משתמש וסיסמה בדף ההתחברות. במידת הצורך, בקש אישורים חדשים מכתובת הדוא”ל שסופקה בדף הבית של Babacloud. בחר את הקובץ המוקלט להעלאה. לאחר מכן, בחר מספר זיהוי עבור הנושא והוסף את המידע הנדרש כפי שמצוין על ידי זרימת העבודה של Babacloud. אם רלוונטי למקרה, הזן גם את גיל הנושא או מידע אחר (לדוגמה, זמן משחק) כדי “הוסף תווית קובץ גולמי נוספת”. לבסוף, שמור את הפעלת ההעלאה על ידי לחיצה על להציל לחצן.הערה: כברירת מחדל, יישום אוגר הנתונים ייצור קובץ מכווץ מנתוני התנועה כדי לאפשר העברת נתונים קלה ומהירה יותר באוויר באמצעות Wi-Fi או רשת סלולרית. ממשק Babacloud ידרוש אישורים שניתן להשיג לפי ההוראות בדף האינטרנט שלהם. ניתן גם להעביר את הנתונים הגולמיים המוקלטים ישירות מהטלפון למכשיר אחר לצורך ניתוח מותאם אישית. ודא שנתונים מיותרים מזיכרון המכשיר הנייד נמחקים כדי למנוע בלבול בין הפעלות הקלטה. הפעלות ההקלטה ממוקמות באופן אוטומטי בתיקיות משלהן, הנקראות עם חותמות הזמן המתאימות שלהן. הורד את החבילה המכווצת של פלטי ניתוח משרת הענן באמצעות מכשיר נייד או דפדפן אינטרנט במחשב. לחץ על מזהה הנושא הנכון ולאחר מכן בחר את הקישור לניתוח הרצוי, אשר פותח באופן אוטומטי את הורדת הקובץ.הערה: בחבילת התוצאות המכווצת, ניתן למצוא את שני הפריטים הבאים: מטריצת תוצאות מפורטת, הנותנת את כל הסיווגים שנייה אחר שנייה עבור יציבה, תנועה, נשיאת תינוק וזמן משחק חופשי (איור 2A, קובץ משלים 3). דוחות גרפיים הנותנים סקירה כללית של מפגש המחקר (קובץ משלים 4).

Representative Results

השיטה המוצגת מכמתת את הביצועים המוטוריים הגסים של תינוקות על ידי סיווג סוגי התנוחות והתנועות עבור כל שנייה בסשן ההקלטה. לכן, חבילת התוצאות מצינור הניתוח האוטומטי כוללת מטריצת סיווג מלאה (קובץ משלים 3) וסיכום גרפי (קובץ משלים 4) מכל הפעלת ההקלטה. בהתאם לשאלת המחקר המדויקת, ניתן לבדוק תוצאות אלה ברמות שונות. בדיקת תוצאות שימשה לפיתוח ותיקוף של שיטה זו.להלן נציג ארבע רמות של בדיקת תוצאות המשמשות לפיתוח ותיקוף של מתודולוגיה זו. קובץ משלים 5 מציג דוגמאות מייצגות של ניסויי התיקוף המרכזיים שפורסמו בעבר בפירוט מלא 10,11,12. ראשית, האלגוריתמים האוטומטיים שאומנו לזיהוי תנועה ויציבה אומתו מול תצפיות אנושיות ברמה שנייה אחר שנייה על התנהגות התנועה של תינוקות. השתמשנו בכמה מומחים שהוכשרו במקביל שסקרו באופן עיוור את הקלטות הווידאו המסונכרנות עם ההקלטות הלבישות. כל קטגוריות היציבה והתנועה השונות הושוו בנפרד לביאורים האנושיים הבודדים, ומצאנו הסכמה גבוהה מאוד בין האלגוריתם לאדם עבור תנוחות (קאפה ממוצע 0.93); נמצאה הסכמה מהותית לקטגוריות התנועה (תת-קטגוריה ספציפית קאפה לרוב בטווח של 60-80%). ראה קובץ משלים 5A לדוגמה מטריצת בלבול10. כמו כן, רמות הסכם interrater הוערכו כדי לאשר כי האלגוריתמים מתפקדים בערך ברמה שוות ערך לבני אדם10,11. שנית, הערכנו עד כמה הכימות מבוסס המסווג של קטגוריות התנועה והיציבה יתאים לכימות המתאים מהביאורים האנושיים ברמה השנייה. תרשימי פיזור לדוגמה המוצגים בקובץ משלים 5B10 מראים כי למספר קטגוריות מפתח יש התאמה כמעט מושלמת (מקדם מתאם >0.96) בין כימות חזותי אלגוריתמי לכימות חזותי אנושי. זה תומך ישירות ברעיון שהתפלגויות ספציפיות לגיל של כימות תנועתיות (איור 3A,B) אמינות12. שלישית, הרעיון של הערכה הוליסטית של בשלות מוטורית קיבל תוקף על ידי אימון חיזוי גיל התפתחותי מכמויות התנועה המשולבות (ראה לעיל) אשר היו בקורלציה קרובה מאוד לגיל האמיתי אצל תינוקות המתפתחים בדרך כלל (r=0.89; קובץ משלים 5ג). לאחר מכן, חיזוי הגיל הוגדל ל-0-100 כמדד ללא יחידה BIMS (Baba Infant Motor Score10), והתועלת שלו לבניית תרשימי גדילה מוטוריים (קובץ משלים 5D) אומתה באמצעות קבוצת תינוקות מתפתחת בדרך כלל, המציגה מסלולי גדילה תלויי גיל וניתנים לחיזוי. תיקפנו גם את הדיוק היחסי שלו בכך שהראינו שהדיוק בתרשימי גדילה מוטוריים משתווה היטב לתרשימי הצמיחה הפיזיים הידועים12. רביעית, הפוטנציאל לזיהוי חריגות עם המדדים הנתונים אומת בניסוי הוכחת עיקרון שבו הוכח כי מדדים מוטוריים בודדים מבדילים בבירור בין תינוקות עם ביצועים מוטוריים ירודים וטובים, בהתאמה (קובץ משלים 5E)10. שאלות מחקר פוטנציאליות נוספות ברמות שונות של ניתוחאיור 3 מציג דוגמאות לשימושים נוספים במידע שמספקת החליפה הלבישה וצינור הניתוח האוטומטי שלה. ראשית, ניתן לשרטט את ההתפתחות המוקדמת של יציבה ומיומנויות תנועה כפונקציה של גיל ולהשוות אותה להתפלגויות תלויות גיל (איור 3A, “תרשימי גדילה”12), או לעקוב אחר ההתפתחות לאורך זמן עבור כל פרט (איור 3B). שנית, כאשר שאלת מחקר דורשת הערכה מוטורית כוללת הוליסטית יותר, ניתן להשתמש בשילוב של פרופורציות היציבה והתנועה של הפרט (כפי שמוצג בקובץ משלים 5D, המחושב מסדרת הזמן בקובץ משלים 5C) כדי ליצור מדד כמו BIMS (Baba Infant Motor Score). אמצעים כאלה תומכים בשימוש ישיר בתרשימי גדילה מוטוריים (קובץ משלים 5C,D) ובחישוב נגזרות סטטיסטיות כמו ציון z (איור 3A). שימוש בסדרה המלאה של זיהויי האלגוריתם (איור 3C, וקובץ משלים 3) מאפשר מחקרים על המבנה הזמני המפורט של תנועתיות תינוקות עם שאלות כמו “כמה מעברי יציבה התינוק מבצע ביחידת זמן?” או “מהי ההתפלגות של תקופות עמידה בזמן משחק ספונטני?”. איור 1: סקירה כללית של המערכת הלבישה מרובת החיישנים וזרימת מחקר טיפוסית מההקלטה לניתוח. איור 1 נלקח מ-Airaksinen et al.12שפורסם תחת רישיון CC_BY. תמונת התינוק מתפרסמת בהסכמת ההורים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 2: סיווג יציבה ותנועה ודוגמה לתצוגה חזותית של נתונים גולמיים ופלט ניתוח (A) סכמת סיווג יציבה ותנועה המשמשת את המסווגים האלגוריתמיים בתוך צינור הניתוח האוטומטי לחלוטין עבור לביש רב-חיישנים. איור זה הודפס מחדש מתוך Airaksinen et al.10 (B) דוגמה של 10 דקות של נתוני חיישן מד תאוצה גולמיים מכל אחת מארבע הזרועות כפי שהוא יוצא מהקלטות MAIJU. הפסים האופקיים שלהלן מתארים יציאות מסווגות אוטומטיות עבור זיהוי יציבה (סרגל עליון) ותנועה (סרגל תחתון) עבור אותה תקופה של 10 דקות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 3: תוצאות לדוגמה הנגזרות מתפוקות המסווג הגולמי. (A) דוגמה להשוואת נתונים בין גיל התינוק לבין ציון מוטורי תינוקות של Baba (BIMS). העקומה הירוקה בצורת S מתארת את מסלול ההתפתחות של BIMS באוכלוסייה גדולה יותר. הנקודה מתארת פרט לדוגמה שנמדד בגיל 14 חודשים, עם BIMS ~74, המתאים מעט מתחת לרמה הממוצעת האופיינית לגיל (הקו הירוק). (B) קבוצה לדוגמה עם מסלולים בודדים של התפתחות מוטורית באמצעות Baba Infant Motor Score over (BIMS). כל שורה מייצגת תינוק שהוקלט במספר נקודות גיל (נקודות בשורה). הקווים צבועים עבור הסטייה הממוצעת ביחס לממוצע האופייני לגיל (עקומה כחולה בצורת S ברקע; ראו גם לוח A. (C) מטריצת פלט מייצגת מהמסווג האוטומטי כפי שהיא מגיעה מצינור Babacloud. העמודה הראשונה מתארת את הזמן שחלף מתחילת ההקלטה (בשניות) עבור כל חלון ניתוח בסיווג (משך חלון 2.3 שניות, עם חפיפה של 50%). העמודה השנייה והשלישית מציגות את זיהוי המסווג עבור יציבה ותנועה, בהתאמה. הטורים השלישי והרביעי הם מסווגי עזר המתארים תקופות שבהן התינוק נישא על ידי מישהו אחר, וכאשר התינוק עסק במשחק אוטונומי, בהתאמה. (ד) איור של דוח מסכם. לוחות A ו- B מותאמים מ Airaksinen et al.10. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. קובץ משלים 1: מדריך מהיר להקלטה עם MAIJU wearable. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 2: מדריך מהיר להעברת נתונים מ- Maijulogger לשרת הניתוח ב- Babacloud. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 3: דוגמה למטריצת סיווג מפורטת הנותנת את כל הסיווגים שנייה אחר שנייה עבור יציבה, תנועה, נשיאת תינוק וזמן משחק חופשי. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 4: קובץ PDF מלא לדוגמה של דוח סיכום גרפי. זה נלקח מקובץ האלגוריתם שכולל, (A) מידע רקע בסיסי על סשן ההקלטה (מזהה הנושא והגיל, תאריך ההקלטה, משך הזמן והכמות הכוללת של תקופות המשמשות לניתוחים הסופיים). (ב) תצוגה גרפית של ההקלטה המלאה המצביעה על התפלגות התנוחות על פני ההקלטה המלאה ותקופות שאינן נכללות בהערכה הכמותית. C) התפלגות אופיינית המוצגת עם עלילות כינור לכל שש התנוחות (צד שמאל) ו-12 סוגי תנועות (צד ימין). באופן דומה, ציורים בצד ימין מתארים את סוג התנועות המצוינות על ידי כל תנוחה, ומראים גם את רצף הביצועים המוטוריים המתפתחים בהדרגה (הנקודות המציינות את התוצאות מהקלטה בודדת ועלילות כינור צבעוניות המציינות התפלגות תלוית גיל של יציבה/תנועה של מערך נתונים רלוונטי). יש לציין כי הערכים הגולמיים המצוינים על ידי הנקודות מראים כמויות ממשיות של הביצועים המוטוריים הנתונים, וניתן להשתמש בהם ישירות בהקשרים אחרים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 5: ניסויי תיקוף ברמות ניתוח שונות. (A) מטריצות בלבול המראות הסכמה בין ביאורים אנושיים (מחלקת יעד) לבין זיהויי האלגוריתם (מחלקה חזויה) הן עבור היציבה והן עבור קטגוריות התנועה. (B) השוואה של כימות מוטורי על פני הקלטות מלאות בין ביאורים אנושיים לבין זיהויים הנגזרים מהמסווג האוטומטי. (C) מתאם בין חיזוי גיל התפתחותי מהנתונים הלבישים (ציר Y בצד שמאל) לבין קנה המידה מחדש שלו כדי ליצור את ציון BIMS (ציר Y בצד ימין). גילו האמיתי של התינוק בזמן ההקלטה מוצג על ציר X. (D) מתאם בין חיזוי הגיל לבין הגיל בפועל בעת שימוש בפונקציה מותאמת. הערכים מתוארים כמתאימים למודל בעת שימוש בממוצע הקבוצה בחלונות הזמן המתוארים (כחול), כל הערכים הגולמיים (שחור), או כאשר מביאים בחשבון מדידות חוזרות ונשנות של כל פרט (ירוק). (E) השוואה של מדדים מוטוריים בודדים בין קבוצות של תינוקות בעלי ביצועים טובים וגרועים מצביעה על כך שמספר מדדים מוטוריים שזוהו באופן אוטומטי עשויים להבדיל בין קבוצות תינוקות אלה. לוח A,B,C מעובד מ- Airaksinen et al.10. לוח D מעובד מ- Airaksinen et al.12. לוח E מעובד מתוך “Airaksinen et al.11. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Discussion

הערכה מכומתת ומעקב התפתחותי אחר הביצועים המוטוריים של תינוקות באמצעות פתרון לביש, כגון MAIJU, היא פשוטה מבחינה טכנית ללמידה ולביצוע, וניתן ליישם אותה בקלות בתחום הבריאות או במחקר קליני^10,11,12. בהשוואה לשיטות הערכה מוטוריות אחרות הקיימות, סוג זה של רישום ביתי של הפעילות המוטורית הספונטנית של תינוקות משפר את התוקף האקולוגי של ההערכה. יתר על כן, הוא מספק ניתוח מכומת, שקוף ואוטומטי לחלוטין של הביצועים המוטוריים של תינוקות. והכי חשוב, המדדים המשמשים בניתוח הם אינטואיטיביים וניתנים להסבר, מה שמאפשר השוואה קלה שלהם עם הערכות קליניות ומחקריות אחרות, כגון גורמים סביבתיים, התפתחות קוגניטיבית או הערכות פסיכו-סוציאליות. הערכה הוליסטית של התפתחות מוטורית מספקת דיוק המשתווה היטב למדדי הצמיחה הגופנית הקונבנציונליים¹².

שלבים קריטיים בפרוטוקול כוללים הכנה קפדנית של החליפה לבישה. בעת הכנה להקלטה, בחירת המידה הנכונה לחליפה היא קריטית, מכיוון שחיבורי החיישנים בשרוולים וברגליים נדרשים לשבת בחוזקה כדי לקבל רישום אמין של תנועות הגוף. כמו כן, עבור הקלטה מוצלחת, חיוני למקם את החיישנים בכיסים עם כיוון נכון, כפי שמצוין בפרוטוקול. תושבות החיישן לא יאפשרו לחיישנים להסתובב במהלך ההקלטה. עם זאת, החיישן המכוון באופן שגוי רושם נתונים שקשה, אם לא בלתי אפשרי, לתקן לאחר מכן. יש לעודד את התינוק לנוע באופן חופשי ועצמאי במהלך ההקלטה. אורך ההקלטה עשוי להשתנות בהתאם לשאלות המחקר הנתונות. תקופות התנועה הספונטניות המרובות משולבות כדי לצבור מספיק תנועה ספונטנית לכל סשן הקלטה.

הפעולה הגמישה והמעשית של הפתרון הלביש של MAIJU מאפשרת את השימוש בו בהקשרים משתנים הן בסביבה מפוקחת והן בסביבה לא מפוקחת, כגון מעבדות מחקר או בתים. תוצאות עדכניות מהניסויים הקליניים שלנו מראות כי הקלטות ללא פיקוח מלא המבוצעות בבית עשויות לספק תוצאות דומות להקלטות הנעשות תחת פיקוח מלא או חלקי¹². עם זאת, ההתנהגות המוטורית הספונטנית של הילד מושפעת באופן פוטנציאלי ממספר גורמים, כגון הסביבה (למשל, משחק בחוץ לעומת בתוך הבית, פריסת החלל, רהיטים וצעצועים), רמת הערנות של הילד ומעורבות ההורים במהלך ההקלטה הביתית. כאשר ההקלטות מבוצעות בבית ללא השגחה, חשוב לעודד את הילד לשחק באופן ספונטני, כלומר לשחק או לנוע באופן עצמאי, מבלי שמישהו אחר יסחוב או יחזיק את הילד במידת הצורך, ולשמור את הטלפון הנייד המוקלט בטווח Bluetooth (באותו חדר)¹⁰. רוב מצבי פתרון הבעיות הנוכחיים שלנו במהלך ההקלטות נגרמים כתוצאה מאובדן חיבור Bluetooth. ההתקדמות העתידית הקרובה בטכנולוגיית החיישנים תשפר את קישוריות הבלוטות’, וההשקה הקרובה של זיכרון חיישן גדול יותר תאפשר הקלטה לא מקוונת על ידי אחסון נתוני תנועה ישירות בזיכרון החיישן.

הקלטות מחוץ לבית החולים עם פתרון לביש מסוג זה ניתנות להרחבה בקלות והן עשויות לשפר את בטיחות התינוקות, למשל, על ידי הפעלת ניטור מרחוק בנסיבות כגון מגיפה. האלגוריתמים המסווגים הנוכחיים שלנו אומנו לזהות באופן ספציפי את היכולות המוטוריות, התנוחות והתנועות הנתונות שמוצגות בסכמת תיאור התנועתיות (איור 2A). תופעות אלו זוהו כאופייניות לתנועת תינוקות בשנתיים הראשונות לחיים. סוגים אחרים של תנועות או תנוחות הנראים אצל ילדים גדולים יותר, כגון ריצה או קפיצה, ידרשו סכמות תיאור תנועה מותאמות ואלגוריתמים מתאימים כדי להיות מאומנים כדי לזהות אותם. ניתוח תלוי הקשר יציבה הוא גישה פורייה שבה הפעילות המוטורית של התינוק מנותחת בנפרד בתנוחות שונות כדי לתמוך בלמידה, למשל, קורלציות התפתחותיות של התנהגות התינוק 5,6,7,8,9,13. לחלופין, ניתוח תנועה תלוי הקשר יכול גם לתמוך בהערכת אסימטריה בתפקוד המוטורי בעת ניבוי התפתחות שיתוק מוחין חד צדדי 10,12,14,15. יתר על כן, הערכת יכולות מוטוריות עם מערכת MAIJU עשויה להיות משולבת עם שיטות מחקר אחרות, כגון מעקב עיניים, הדמיה או הקלטת וידאו, כדי לספק נתונים רב-מודאליים, המשתרעים על פני סוגים והקשרים שונים. נתונים רב-מודאליים עשויים להיות שימושיים, למשל, בהערכת ההשפעות של אינטראקציה חברתית או היעילות של התערבות טיפולית.

להצלחתן של טכנולוגיות לבישות חדשניות בסביבות ניטור חוץ-אשפוזיות עם תינוקות, יש לטפל במגבלות, אתגרים וחששות אתיים מסוימים. צינורות הניתוח שלנו הוכשרו ואומתו באמצעות תינוקות המתפתחים בדרך כלל בפינלנד 10,11,12. תוצרי הניתוח הגולמי עם תנוחות ותנועות טהורות צריכים להיות אוניברסליים. עם זאת, מסלולי ההתפתחות שלהם עשויים לדרוש התאמות עבור תרבויות מגוונות ומיקומים גיאוגרפיים. על פי משוב ההורים לגבי מכשירים לבישים, הם נתפסים בחיוב בשל ידידותיות לתינוקות¹⁶. עם זאת, הורים עשויים להעלות חששות בנוגע לפרטיות, גישה לנתונים והיבטים מעשיים של המשפחה (למשל, מטפלים מרובים, מבקרים ולוחות זמנים משתנים). תלות בחיי הסוללה של החיישנים והטלפון המקליט יכולה להיחשב כמגבלה של השיטה. מניסיוננו, דגם הסוללה (CR2025) מחזיק מעמד בדרך כלל יום שלם (12-24 שעות) בעת שימוש בהזרמת נתונים רציפה. יש לציין כי הדבר תלוי הן במותג הסוללה והן בחוזק חיבור ה- Bluetooth הדרוש להעברת נתונים אלחוטית, המשתנה ללא הרף כדי למקסם את העברת הנתונים בסביבת ההקלטה. לדוגמה, מרחק רב בין התינוק לטלפון או קיר ביניהם יתאימו את חיבור הבלוטות’ לצריכת סוללה גבוהה משמעותית. יש לציין כי הסוללות של רוב המכשירים הניידים מתרוקנות גם הן בערך באותו זמן אם משתמשים בהזרמת Bluetooth רציפה. בפועל, הזרמת הנתונים הרציפה המשמשת כיום באמצעות חיבור Bluetooth מרמזת כי הן החיישנים והן המכשירים הניידים זקוקים לטעינה / החלפת סוללה יומית. הצגתם בעתיד הקרוב של חיישנים בעלי קיבולת זיכרון גדולה יותר תאפשר אחסון נתונים בזיכרון החיישן, ותתמוך ביותר משבוע של הקלטה רציפה. זה יבטל את הצורך בהזרמת Bluetooth צורכת חשמל, כמו גם נשיאת הטלפון בטווח Bluetooth שעשוי להיתפס כמגביל במצבי הקלטה וחשוף לטעויות אנוש.

באופן כללי, מעקב אחר התפתחות עצבית מוקדמת דורש שיטות רגישות לשונות נוירו-התנהגותית טבעית. התפתחות מוטורית גסה היא תהליך מורכב המורכב משינויים בסדר ובתזמון, הן ברמה האישית והן ברמה התרבותית⁴. זיהוי התפתחות מוטורית לא טיפוסית יעיל בזיהוי תינוקות בסיכון למגוון רחב של הפרעות נוירו-התפתחותיות. סוללות בדיקה מסורתיות עם הערכות נוירו-התפתחותיות סטנדרטיות מבוצעות בסביבות מבוקרות, כגון בתי חולים, והן סובייקטיביות לפחות חלקית ^7,8,9. ההתקדמות הנוכחית בטכנולוגיית חיישנים וניתוח אותות אפשרה הקלטות של היכולת המוטורית הספונטנית של תינוקות לאורך תקופות ממושכות בסביבה חוץ-אשפוזית וכימות של ההתנהגות המוטורית בדיוק דומה לצופים אנושיים 10,11,12. טכנולוגיה לבישה חדשנית מציעה שיטות אוטומטיות וניתנות להרחבה לניטור תנועה ויעילות התערבות טיפולית בתינוקות באופן תקף ואובייקטיבי מבחינה אקולוגית. יתר על כן, המדד הנוירו-התפתחותי החדש Baba Infant Motor Score (BIMS) מאפשר להעריך את בשלות היכולת המוטורית של תינוקות על ידי מעקב פרטני אחר התפתחות עצבית^10,12. ניתן להשתמש בו במגוון יישומים עתידיים, כגון פיתוח תרשימי גדילה מוטוריים לתינוקות¹². על ידי אימון המסווגים האוטומטיים לתנועתיות ספציפיות אחרות (למשל, עבור ילדים גדולים יותר או מבוגרים) עם סוגים שונים של סכמות ואלגוריתמים של תיאור תנועה, חיישני התנועה הלבישים הם בעלי פוטנציאל ליישומים קליניים, כגון הפרעות תנועה או מעקב אחר ההשפעות של התערבויות טיפוליות ללא קשר לשלב ההתפתחותי של הפרט¹⁷. כיום, עם זאת, יש לראות זאת כמתודולוגיה מחקרית שאין להשתמש בה כדי ליידע אבחון קליני או מטרות טיפול.

Materials

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