Otkrivanje zdravstvenih uvidima: Procjenjivanje naprednih hodnih…

U svijetu umjetne inteligencije, pametni satovi postaju sve važniji alat za praćenje našeg zdravlja. Novi istraživački rad potvrđuje da pametni satovi mogu biti izuzetno pouzdan platforma za procjenjivanje prostorno-vremenskih hodnih metrika kroz veliku validacijsku studiju. Ovaj članak istražuje kako pametni satovi mogu pružiti vrijedne, neinvazivne uvidima u naše opće dobrostanje, povrede i zdravstvene probleme.

Pametni satovi: Novi standard u praćenju hoda

Pametni satovi su se u posljednje vrijeme razvili u izuzetno korisne uređaje za praćenje našeg zdravlja. Oni su praktični i neinvazivni način za praćenje našeg hoda, što je ključno za procjenu našeg općeg zdravlja. U ovom članku, istražit ćemo kako pametni satovi mogu pružiti vrijedne uvidima u naše hodne navike i kako se mogu koristiti za procjenu naprednih hodnih metrika.

Što su hodne metrike?

Hodne metrike su mjere koje se odnose na način na koji hodamo, kao što su brzina hoda, duljina koraka i vrijeme dvostruke podrške (tj. proporcija ciklusa hoda kada su obje noge na tlu). Ove metrike su važni biomarkeri za procjenu našeg općeg zdravlja, rizika od padanja i napretka neuroloških ili mišićno-koštanih stanja. Analiza načina na koji hodamo, poznata kao analiza hoda, pruža vrijedne, neinvazivne uvidima u naše opće dobrostanje, povrede i zdravstvene probleme.

Zašto pametni satovi?

Historijski gledano, mjerenje hoda zahtijevalo je skupo, specijalizirano laboratorijsko opremu, što je činilo kontinuirano praćenje nepristupačnim. Dok su smartfoni sada pružili prenosiv alternativu pomoću ugrađenih inercijalnih mjernih jedinica (IMU), oni zahtijevaju precizno postavljanje, kao što je džep na bedru ili pojas, za najtočnije rezultate. Pametni satovi, s druge strane, nose se na ruci u fiksnoj poziciji. To pruža mnogo praktičniju i konzistentniju platformu za kontinuirano praćenje, čak i šireći prozor praćenja na scenarije bez telefona, kao što je hodanje kućom.

Istraživanje: Pametni satovi za procjenu hodnih metrika

U našem radu “Smartwatch-Based Walking Metrics Estimation”, tražili smo da popunimo tu prazninu. Pokazali smo da su potrošački pametni satovi izuzetno viabilni, točni i pouzdani platforma za procjenu širokog spektra prostorno-vremenskih hodnih metrika, s performansama usporedivima s metodama baziranim na smartphonima. U ovom dijelu članka, detaljno ćemo istražiti naše istraživanje i njegove rezultate.

Metoda: Dublinsko učenje za ručnu

Da bismo postigli ovo, razvili smo multi-output (tj. multi-head) dublinsko učenje model baziran na arhitekturi temporalne konvolucijske mreže (TCN), identične za podatke pametnog sata i smartphona. Ovaj multi-head model je ključni razlikovatelj od prijašnjih TCN-based pristupa, koji često pružaju samo vremenske događaje (kao što su tačke kontakta), što zahtijeva drift-prone integraciju za prostorne metrike kao što je duljina koraka i brzina hoda. Naš model, s druge strane, direktno procjenjuje sve prostorno-vremenske hodne metrike.

Naš model prima dva ključna ulaza: visinu korisnika (jedan skalarni demografski unos) i sirove IMU signale, koji uključuju 3-osovni akcelerometar i 3-osovni žiroskop podataka s jednog na-ruci Pixel Watcha s frekvencijom uzorkovanja od 50 Hz. Arhitektura modela izvlači ugrađivanja iz IMU senzora ulaza, koja se zatim spajaju s demografskim podacima prije finalnih slojeva predviđanja. Izlaz multi-head modela onda direktno procjenjuje širok spektar mjera, uključujući bilateralne metrike, jednu glavu za brzin hoda i vrijeme dvostruke podrške, i unilateralne metrike, dvije glave (jedna za lijevu i desnu nogu) za duljinu koraka, vrijeme šutnje i vrijeme stajanja.

Validacija: Velika studija

Da bismo strogo evaluirali model, proveli smo veliku validacijsku studiju s velikim kuhinjskim sastavom od 246 sudionika i približno 70.000 hodnih segmenata. Sudionici su bili odabrani da budu stariji od 18 godina, da ne koriste pomoćne uređaje i da nemaju uvjete koji utječu na ravnotežu ili hod. Podaci su prikupljeni iz dvije međunarodne kohorte: Google u Mountain View, Kalifornija i Kyoto University u Japanu. Za reference (tacne) mjerenja, koristili smo lab-grade Zeno Gait Walkway sistem. Sudionici su nosili Pixel Watch 1 na svakoj ruci i četiri Pixel 6 telefona postavljena u prednji džep, stražnji džep, ruksak i križni torba. Studijski protokol uključivao je raznovrsne hodne obrasce da bi se osigurala komprehensivna evaluacija: Šestominutni test hoda (6MWT): Potpuni krugovi duž staze na samostalno određenoj brzini Brzo hodanje: Hodaite na udobno brzo, ali stabilno Brzo hodanje: Hodaite na samostalno određenoj brzini dok nosite zaključani koljenski zglob u određenim kutovima fleksije/ekstenzije

Zaključak

Pametni satovi su se pokazali kao izuzetno korisni alat za praćenje našeg hoda i procjenu našeg općeg zdravlja. Naše istraživanje pokazuje da su pametni satovi izuzetno viabilni, točni i pouzdani platforma za procjenu prostorno-vremenskih hodnih metrika, s performansama usporedivima s metodama baziranim na smartphonima. Ovo otvara vrata za mnoge nove mogućnosti za praćenje zdravlja i poboljšanje kvalitete života.

Česta pitanja

Koliko točno su pametni satovi za procjenu hodnih metrika?

Naš model je pokazao visoku točnost u procjeni prostorno-vremenskih hodnih metrika, s performansama usporedivima s metodama baziranim na smartphonima. Koristili smo srednju apsolutnu postotnu grešku (MAPE) za funkciju gubitka, koja je jedinstveno optimizirana za relativnu točnost svih multi-unit izlaza (npr. duljina koraka u cm, vrijeme dvostruke podrške u ms).

Koji pametni sat je najbolji za praćenje hoda?

Naš istraživački rad je proveden na Pixel Watch 1, ali vjerujemo da su mnogi drugi pametni satovi s podudarnim senzorima (kao što su akcelerometar i žiroskop) također viabilni za ovu vrstu procjene. Važno je da pametni sat ima dovoljno senzora i da je frekvencija uzorkovanja dovoljna za preciznu procjenu.

Može li se koristiti za praćenje hoda u svim uvjetima?

Naš velika validacijska studija uključivala je raznovrsne hodne obrasce, uključujući šetnju na brzu brzinu, šetnju na samostalno određenoj brzini dok nosite zaključani koljenski zglob u određenim kutovima fleksije/ekstenzije. Naš model je pokazao visoku točnost u svim ovim uvjetima, što ukazuje na njegovu viabilnost za praćenje hoda u svim uvjetima.

Kako se pametni satovi mogu koristiti za praćenje hoda u svakodnevnom životu?

Pametni satovi se mogu lako integrirati u svakodnevni život, pružajući kontinuirano praćenje hoda bez potrebe za dodatnim opremom. Oni mogu pružiti vrijedne uvidima u naše hodne navike i pomoći nam da identifikujemo potencijalne probleme s hodom ili zdravljem.