В предишни публикации сме коментирали значението на биометричните техники, прилагани за здравето, с цел разпознаване на болести или патологии вместо на хора. В тази публикация ще покажем използването на ръкописни данни, получени с помощта на дигитализираща таблетка, за характеризиране на пациенти, страдащи от есенциален тремор.

Съществен тремор

Есенциалният тремор (ET) е неврологично разстройство, което засяга хората по света и е 20 пъти по-разпространено от болестта на Паркинсон. Разпространението на ET в западните страни е около 0,3% -4,0%. Мъжете и жените на 40 години са засегнати приблизително еднакво (честота 23,7 на 100 000 души годишно). Есенциалният тремор се характеризира с ритмичен тремор (4-12 Hz), който се появява само когато упражненията на засегнатия мускул. Амплитудата на тремора се увеличава и варира в зависимост от възрастта, но няма разлика между половете. Също така, физически или психически стрес може да влоши тремора. Болестта на Паркинсон (PD) и паркинсонизмът могат да се появят едновременно с есенциален тремор. Всъщност разпространението на PD при хората с TS е по-високо, отколкото сред общата популация. Що се отнася до симптомите, треперенето на ръката е преобладаващо (както е при PD) и се проявява в почти всички случаи, последвано от други видове треперене като треперене на гласа, главата, лицето, шията, езика, крака и багажника.

За да се управляват и облекчат симптомите, от голямо значение е клиничното откриване на първите прояви на заболяването. В рамките на възможния набор от биомаркери ранното откриване, извършено чрез интелигентни неинвазивни техники, може да бъде добра алтернатива. Наред с други предимства, нетехническият персонал може да използва тези методологии, без да променя капацитета на пациентите, тъй като анализът на писането, рисунките или гласа не се възприема от пациентите като стрес тестове. От друга страна, това са евтини техники и не изискват медицинско оборудване или голяма инфраструктура.

Дигитализираща таблетка

В тази публикация ще се съсредоточим върху използването на ръкописни данни, получени с помощта на предлаганите в търговската мрежа дигитални таблети, същите, които често се използват от графичните дизайнери.

Използвайки специална писалка за мастило, таблетът (виж фигура 1) позволява улавяне на пространствени координати (x, y), ъгли на налягане, азимут и надморска височина. Използването на този набор от динамични данни позволява да се изведе повече информация, като ускорение, скорост, моментален ъгъл на траекторията, моментно движение и т.н.

ръкописни

Фигура 1: Дигитайзер таблет (отгоре) и диаграма на информацията, която може да бъде извлечена от него (отдолу)

Оценка на тремор

За оценка или измерване на тремора една от най-използваните везни е Fahn-Tolosa-Marin [1]. В него, наред с други въпроси/упражнения, ще бъдете помолени да нарисувате Архимедова спирала от вътрешната страна към външната страна на шаблон (вижте фигура 2). Анализът на чертежа позволява да се извлече много информация за тежестта на тремора на пациента. Чрез използването на таблетката за дигитализиране, точно същото упражнение може да се извърши със същия шаблон, като се възстанови упражнението, сякаш е извършено без таблет, но също така и с цялата информация, обсъдена по-горе. Следователно, като разполагаме с всички тези данни в цифров формат, може да се извърши автоматична обработка на тремора и неговите характеристики, които са от голямо значение за ранната и точна диагностика на това заболяване.

Фигура 2: Упражнение на Архимедовата спирала по скалата на Fhan-Tolosa-Marin

Фигура 3 показва пример за спирала, направена от човек с TS (отгоре) и здрав човек (отдолу). Вертикалната ос (Z) съдържа налягането, упражнявано върху повърхността на хартията.Частта на чертежа в червено показва нулево налягане, така че съответства на движенията във въздуха, извършени от обекта. Тези движения представляват голям интерес за други видове приложения.

Фигура 3: Пример за спирала. Обект с ET (отгоре) и контролен обект (отдолу)

За да се разграничат автоматично пациентите с TS от здрави субекти, в [2] се предлага и изследва валидността на анализа на различни линейни характеристики и техните варианти (максимум, минимум, средна стойност и медиана) на тези данни. По-конкретно се изучават следното:

1) Измервания, свързани с времето: време във въздуха, време на повърхността и общо време.

2) Пространствени компоненти и техните варианти: декартови координати X и Y, ъгли на надморска височина (O) и азимут (A), модул и фаза на полярните компоненти (Z и R, съответно) и техните проекции върху хоризонтална ос, както за следа върху повърхността на хартията, както във въздуха.

3) Налягане и неговите варианти: скорост и ускорение, както за следата върху повърхността на хартията, така и за следата във въздуха.

4) Скорост на пресичане по нула: скорост, която оценява промените (от положителна към отрицателна стойност и обратно) по сигнал.

5) Честотна област: спектрални компоненти на сигналите както за следата на повърхността на хартията, така и за следата във въздуха.

Целият този набор от измервания, заедно с измервания, базирани на ентропията на сигналите, позволява да се характеризира треморът и от тях са проектирани автоматични системи за класификация, които показват наличието или отсъствието на треперене.

Получените резултати са обещаващи и изглеждат приложими за реалната среда. Понастоящем тези методи се тестват в Изследователския институт по биодоности и се надяваме скоро да бъдат достъпни и за други центрове.

[1] Fahn S, Tolosa E, Concepcion M. Клинична рейтингова скала за тремор. В: Jankovic J, Tolosa E, редактори. Болест на Паркинсон и нарушения на движението, 2-ро изд. Т. 1993. Балтимор: Уилямс и Уилкинс; стр. 271–80.