ウェアラブルセンサーとAIで遠隔からの患者のバランス評価が容易に

Tokyoフロリダ・アトランティック大学の工学・コンピューターサイエンス学部の研究者たちは、バランスを測定する革新的な方法を開発しました。この方法は、人が身につけるセンサーとスマートなコンピュータプログラムを活用しています。特に自宅や介護施設でのケアの場面で、バランス問題の追跡を向上させることができます。

従来のバランステストにはいくつかの欠点があります。それらはしばしば高価で特別な設備を必要とします。結果は医師の技量によって異なることがあります。また、これらのテストは遠隔で実施することができません。したがって、より良く、より包括的なツールが求められています。

この新しい方法では、ウェアラブルセンサーを体に装着します。研究では、センサーが参加者の足首、腰、胸、手首、そして腕に取り付けられました。研究者たちはさまざまな感覚状況でのバランス保持能力を評価する改良版臨床感覚相互作用バランステスト（m-CTSIB）を使用しました。

• 安定した地面で目を開けた状態
• 安定した地面で目を閉じた状態
• 不安定なフォームの上で目を開けた状態
• 不安定なフォームの上で目を閉じた状態

各テストは休止することなく約11秒間続けて行われました。これにより、バランステストが連続的に実施され、評価プロセスが迅速化されました。

研究者たちは、IMUセンサーと特別なシステムを利用して動作データを収集しました。このデータは処理され、多くの特徴が抽出されて分析に使われました。m-CTSIBスコアを推定するため、彼らは複数の線形回帰、サポートベクトル回帰、そしてXGBOOSTアルゴリズムを活用しました。これらの機械学習モデルの入力は、ウェアラブルセンサーから取得したデータです。また、Falltrak IIから得られるm-CTSIBスコアが、モデルの訓練および検証のための正解ラベルとして使用されました。

研究者たちは、ウェアラブルセンサーから得られたデータを基に、m-CTSIBスコアを予測するためのいくつかの機械学習モデルを作成しました。また、どのセンサーの配置がバランス分析に最適であるかも調査しました。その結果、これらのモデルは非常に正確で、実際のバランスのスコアとよく一致することが示されました。

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腰部と利き足首に取り付けたセンサーからのデータが、バランススコアを推定するために最も良い結果を示しました。これにより、バランスの調整や動きを正確に捉えるために、センサーを適切な位置に配置することの重要性が明らかになりました。

FAUの教授であるベナズ・ゴラーニ博士は、ウェアラブルセンサーが動きを追跡するための実用的で手頃な方法であると述べています。これらのセンサーは腰と脚に装着され、動作に関する貴重な情報を提供します。これは様々な人々の転倒リスクを評価する上で重要です。

FAU工学部およびコンピュータサイエンス学部の学部長であるステラ・バタラマ博士は、この手法は使いやすく、費用も抑えられると述べています。また、遠隔で管理できるため、医療やリハビリテーション、スポーツ科学に大きな影響を与える可能性があるとしています。

この研究の目的は、より優れたバランス測定ツールの必要性に基づいています。従来のバランスチェック方法は十分な詳細を提供しておらず、そのためバランスの問題を理解し治療するのが難しくなっています。ウェアラブルデバイスは、医師が患者のバランスを遠隔で確認することを可能にするため貢献します。

研究成果は『Frontiers in Digital Health』で発表されました。それによると、この新しい手法は、特に現行の方法が利用できない、または入手困難な場所で、バランス測定の方法を変える可能性があることが示されています。