Summary
控えめなセンサーやパーベイシブ コンピューティング技術、家庭生活古い大人により意味のある健康とヶ月年、生態学上有効な提供するために継続的に記録する活動の変更の高周波に組み込まれる研究または臨床使用のためのマルチ ドメイン データ。
Abstract
エンド ツー エンド一連の技術は時間の長時間にわたって高齢者の日常生活の中で発生している状態と動作状況の変化の控えめかつ継続的なモニタリングの確立されています。技術は安全な生成中最小目障り、という原則が組み込まれたシステムに集約されて、プライバシー保護、月への年の現実世界 (ホームベース) 設定で継続的な客観的データ。システムには、ウェアラブル actigraphs、薬箱 (スケール) などの接続されている生理学的監視装置の外部ドアにインストールされているドアの接触センサー家中に配置されたパッシブ赤外線存在センサーが含まれています。参加者の車にインストールされます運転センサーとコンピューター (PC、タブレットやスマート フォン) の使用を追跡しました。活動パターンにデータ参照関係だけでなく、内部の状態 (例えば痛み、気分、孤独などのセンサーで推測しにくいデータに係る重要な情報を提供する頻繁のオンライン自己レポート オプションによって注釈が付けられるデータ解釈 (例えば, 訪問者, 家具の再配置)。アルゴリズムは、健康や病気の活動 (例えば体重、身体の生理作用を (例えば、部屋転移, 手順, 歩行速度)、移動を含む監視機能ドメイン キーを識別するために得られたデータを使用して開発されています。ボディマス指数、パルス) の動作をスリープ状態 (例えば、睡眠時間、夜にバスルームへの旅行)、投薬アドヒアランス (例えば、逃した用量)、社会的な関与 (例えば、ホーム、時間カップルの時間一緒に過ごす) と認知機能 (例えばコンピューター、マウスの動き、オンライン フォーム完了、運転能力の特性の時間)。これらの関数の変更の検出は、前駆の痴呆の早期発見に急性の病気 (例えば、ウイルス性伝染病) の健康監視のアプリケーションの機密性の高いマーカーを提供します。システムは、特に老年症候群の自然史研究と臨床試験の臨床的介入の有効性の監視に適しています。
Introduction
現行の臨床研究の信頼性と妥当性評価手法の固有の欠点のためにキャプチャされるデータの制限をはらんでいます。インタビューは、臨床医と患者がスケジュールを調整することができるとき時間によって制限されます。試験に割り当てられた時間は、どのようなボランティアが合理的にするように頼まれる単一のセッションでによって制限されます。これらの簡単な広く間隔をあけられたセッション - がズラーリ並んで時折電話やインターネット クエリ - 場合でも、時間の経過とともに関数または幸福で意味のある変化を検出する潜在性を深刻な制限します。現在のテスト セッションがリコールし、(例えば、「薬を服用するもおぼえて?") ことを確認することは困難ことができる情報ための要求によって構成されてまたは人工タスク (例えば、「立ち上がるし、できるだけ早くする座ってのパフォーマンス"することができます。」この言葉を思い 10")。評価は実際性能自体の変動であるかもしれない重要な診断機能テストを変動を制限する多くの場合設計されています。さらに、日々 の生活の通常のフロー内ではなく人工条件下で、時間のこれらの簡単な生検が行われています。したがって、それらは限られた生態学的な妥当性です。最後に、現在のパラダイム本質的にために提供できません相互依存のキーイベントまたは結果 (例えば睡眠、社会、身体活動) の直接リンク データがないタイムスタンプ以外を思い出したよう。
これらの欠点を克服する手法は、広範なコンピューティングとセンシング技術、無線通信、および高周波マルチ ドメイン データの進歩の利点を取る家庭やコミュニティで埋め込むことができるシステムの開発分析。技術とこの分野での経験を成長しているシステムの数が開発されているが、展開、機能または縦経験1,2,3,4が限定されていました。本稿では、現在の健康評価パラダイムの限界に改善する健康関連データのリアルタイム、連続、縦のホームベースの評価を提供するための手段として開発されたプロトコルについて述べる。オレゴン州センター高齢化 & アンプ;技術 (ORCATECH) パーベイシブ コンピューティングとセンシング技術の健康関連の活動と行動の連続、リアルタイムの評価を提供するに基づいてホーム ベースのシステムを開発します。現在の制限を克服する主控えめと連続は実質的に実世界活動の監視を有効にする家に評価をもたらします。まず、コア システムは、自分の周囲の環境の一部として参加者の生活空間に埋め込まれているので、本質的に便利です。人が安心と、パッシブのコレクション メソッドの場合ほとんど参加者に負担をかけることがなく必要に応じて頻繁とき、個別の応答を必要とする評価を収集できます。第二に、生態学的関連は、すぐにデータを収集する機会を与える人の通常の生活空間である、関数が日常認知の手段を考案したテストだけではなく。たとえば、展望的記憶の障害、一般的な苦情の自然主義的診療所でテストすることは困難こうして日常認知として主要業績をタップ動作の服用薬の自動毎日の追跡によって家庭で評価されます。メートル法の認知の変化に敏感であると知られています。第三に、データはデジタルとタイム ・ スタンプ付きなので測定時間内の配置複数の相互に関連する対策が促進されます。たとえば、時刻を電話と家 (社会的な関与や撤退の措置)、(開始、精神活動や認知機能の測定)、コンピューターの使用および機能低下の (変更する示されているその他の措置のうちの時間睡眠、体重、歩行速度) は、そうでなければ明らかはいないかもしれませんが、微妙な変化を区別するためにネットのセンサーの感度に追加できます。重要なは、彼らが発生すると、健康と生活イベントの認知と機能 (例えば痛み、薬変更、低ムードの毎週のレポート) に及ぼす影響をこのデータ ストリームにリンクできます。最後に、従来のテストおよびクエリ コンピューターを介して表示することができますまたは関連のインターフェイス (例えばタブレット、スマート フォン)、同時にデジタル小説を従来のテスト パフォーマンスを比較する比類のない機会を提供する派生対策同じテスト、応答または休止時間、学習曲線内試験での変動など。この新しいアプローチはこうするより便利な控えめな、連続、マルチ ドメイン、自然主義的な現在の評価を変換します。最終的には、家庭内センサー評価技術と方法論の基本的なプラットフォームは、チューニングと健康と指摘した利点の健康に関連の特定研究の質問の広い範囲のアドレスに拡張することができますシステム、不定期診療所や電話による査定の現在受け入れられた練習。
次のプロトコルは、控えめな家庭内行動および健康関連データの収集は、このプラットフォームを展開するプロセスについて説明します。このプラットフォームを開発する上で重要な目標、健康と幸福 (物理的、認知的、社会的、感情的な) より特定の行動 (の両方の一般的なドメインを推論するために必要なデータを提供できるアセスメント機能の基本的なスイートを提供してきました例えば薬を取って、歩行睡眠関連の活動、生理学的活動)。プラットフォームの開発は、技術、技術 '依存' に対する直接ユーザーの関与を最小限に抑え、大半の受動控えめな検出アプローチの使用を含むいくつかの原則によって導かれています(すなわち、最高のデバイスを採用または技術的なソリューションよりもむしろ特定の方法または製品を必要とする)、(長期的な評価) の耐久性、スケーラビリティ、および最小化の実践的なメンテナンスをされています。
記載されているプラットフォームは、エンドユーザー、アーリー アダプターに「デジタル ナイーブ」からの範囲で重要な通知過去 12 年間、進化しています。定期的な調査やフォーカス グループこの開発5,6,7を通知する鍵となりました。何百ものボランティアの技術、研究コミュニティによって要求された新しい機能的能力の進歩に基づく導入されている反復的な変更との 11 年まで自宅で継続的に展開できるようにするシステムを許可していると技術が展開されている家に住んでいる個人のキー定数入力。総称して、これらのボランティアと呼ばれるコミュニティで「生きている」研究室を形成している、"ライフ研究所」ここで彼らの家と 1 日を通して収集された継続的なデータ提供活動、健康についての細部のユニークなレベルと人生のコースです。
センシング技術の基本的なプラットフォームは、連続ホーム ベースのデータをキャプチャするための全体的なシステムのバックボーンを形成します。このプラットフォームの要素、その後に説明します。コア プラットフォームの変更 (要素を追加または削除されることがあります) ユーザーの態度と信念と成果測定研究プラットフォームを使用して研究の興味の収集の過程で得た情報に基づいて。データ通信プロトコルが標準化されているので、システムはネットワークに組み込まれるこれらのプロトコルを任意のデバイスを許可するように設計されています。
ここで説明した基本的なプラットフォームに基づいてボランティア生活研究所 (LL) で長年 (最長の自然主義的な活動と彼らの日常生活の行動データを収集するために自宅内にデプロイされたプラットフォームを持っていることに同意の使用例現在の連続展開 11 年を =)。
ハブ コンピューターおよびイーサネット/WiFi 接続 ORCATECH でセキュリティで保護されたサーバーに戻ってシステム デバイスとトランス ミッションからのデータ収集を許可する参加者の干渉なし。ハブ コンピューターは、特定の参加者やノート パソコンやタブレットと一元的なデジタル加入者管理システムに接続するコントロール パネルを使用してシステムのインストール時にホームの設定に設定されます。追加データ コレクション デバイス (センサー、MedTracker、スケールなど) は、同じ方法でハブのコンピューターと通信することによって構成できます。
ORCATECH 本体とリモートの技術管理システムはカスタムのデジタル技術と参加者のホーム技術構成システム セットアップとの遠隔技術の継続的な管理を可能にするデータ管理システム「コンソール」と呼ばれる家などでは、データの収集と監視をセキュリティで保護します。さらに、各家庭は、ユニークなレイアウトがコミュニティのシステムの配置を容易にするタブレットのインタ フェースに基づいてグラフ化ツールはさまざまなセンサーがあると、他の有効な物理的な隣接を自動的に記録する使用します。センサー (図 2)。これは家庭レベルでシステムのリモート監視中に参考のため重要です。
パッシブ赤外線 (PIR) センサー デジタルに割り当てられます指定したホーム システムのインストール中に無線 USB ドングル経由でハブのコンピューターとの通信。部屋から部屋へルームおよび参加者のトランジション内で動きを感知する部屋あたり 1 つのセンサーが配置されます。ストレート「センサー ライン」の 4 つのセンサー、廊下や他の地域の参加者が安定したペースで定期的に歩くの天井に配置されます。このセンサー ラインでは、歩行速度は一日に何度も控えめな収集をことができます。その他の基準は、これらのアクティビティ センサー滞留時間や部屋の遷移の数などから派生できます。ドアの接触センサーは、参加者の出入り、家からと冷蔵庫食品アクセスの一般的な頻度を決定するために検出するすべての外部ドアを家の周り配置されます。
オンライン週刊健康と活動 Self-Reports コレクション デバイスの受動的なシステムからのデータの最適なを理解する必要があります。これらのデータは、収集したセンサー データの相対的な家庭内のイベントの参加者のレポートの分析に重要です。家の家、訪問者からの旅行についてクエリ参加者へのインターネット接続を持つコンピューティング デバイス (例えば、ノート パソコン、タブレット、スマート フォン)、健康の変更内のスペースの変更オンライン毎週自己申告調査を完了できる、家、孤独、抑うつ、および痛みのレベル。毎週のデータ コレクションは、年間または半年間検診の記憶では、データのより高い解像度と正確さの可能性を例えば提供する比較的短いウィンドウに依存します。さらに、この自己報告プロセスはアンケート、クリック、高められた難しさの正確なレポートの数の変化を時間の変化など、潜在的な認知障害の受動的な指標を検討する調査官にできます。日付、またはフリー テキスト応答障害マーカー。指定された日のコンパートメントが開かれたかどうかを記録して毎日開かれた回基本的なプラットフォームの一部として、我々 は 7 日間電子ピル ボックスをインストールします。これは服薬の一貫性が低下する場合認知機能低下の潜在的な徴候と同様、投薬アドヒアランスについて情報を提供します。
またパルス、体組成測定基準、脈波伝播速度、環境温度、周囲の二酸化炭素のレベルを収集する無線デジタル bioimpedence スケールは、参加者の毎日の体重のデータを提供する浴室でインストールされます。このデータは、その他のパッシブ プロトコル遵守など時間をかけて使用頻度、動作の指標だけでなく、(例えば、健康状態、薬)、他の報告されたイベントと相関することができます。
場合どこで駆動センサーにします私たち参加者ドライブ自分の車。このセンサーは、運転の頻度、タイミング、期間、および旅行の距離だけでなく、ハード ディスクが停止またはハード加速度の周波数などの習慣についての情報を提供します。
手首すり切れたウェアラブル デバイスは、家を出入りで身体活動のデータを収集します。いくつかのブランドやウェアラブルのモデルは、ライフ研究所の家庭で使用されています。
プロジェクトによって追加データ収集コンポーネントと設定基本的なセンサーを補完する ORCATECH プラットフォームを使用して捜査を選択可能性があります。過去のテストなど固定電話携帯電話の活動、開発とバランス テスト、定期的な認知タスク完了する参加者のタブレット用デジタル バランス ボードの実装を通じて社会を監視する携帯電話センサー自分の家で携帯電話を介して薬アラームの有効性を評価するための自動化されたテキスト メッセージ システム。
ORCATECH 生活ラボ、カスタマイズされた情報をデータ システムによって生成されたさまざまなデータを処理するために収集、注釈、保守、および豊富なアクティビティと健康データの分析に使用されます。ORCATECH は、参加者の管理、自己レポート データの収集と処理、およびすべてのシステム デバイスとセンサーからの連続データ収集用のカスタム システムを開発しました。システムは、センサーのデータとカフカとリアルタイム処理に近い移動する私たちのデータ処理機能を可能にする火花を使用してラムダ アーキテクチャを格納する分散カサンドラ NoSQL サーバー クラスターに依存します。REST API を使用すると、データは、標準のデータ分析プラットフォームとデータ解析のための統計ソフトウェア プログラムに転送されます。
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Protocol
すべての参加者には、書面によるインフォームド コンセントが用意されています。生活研究室の参加者は、通常どおりに自分たちの生活の残りの部分のためのパターンと生活活動に縦断的研究を許可する彼らの生活する求められます。希望の場合は、いつでも撤回できます。研究プロトコルは、オレゴン健康 & アンプ; によって承認されました。科学大学 (OHSU) 施設検討委員会 (生活研究所 OHSU IRB #2765)。
1. 準備
- 配置の前にすべての機器をコンソールの在庫システムをオンラインに追加します。各デバイスやセンサーのシリアル番号と MAC アドレスをコンソール在庫システム内に格納することができますに名前を割り当てます。
- センサーやデバイスがホームで展開した場合の家の場所の特定の割り当てを有効にする機器の各部分に QR コードを配置します。
- 展開前、にすべてのセンサーと、インストールされているデバイス センサーまたはデバイス上の QR コードをスキャンすることによって家に割り当てられるでしょう。これは、その特定の家にセンサーやデバイスの割り当てができるサイトが表示されます。
- ハブ構成管理ツールが含まれている SD カードとハブのコンピューターをインストールします。
- センサーと機器、家庭配置用インストール キット (ボックス) にインストールされている SD カードとハブのコンピューターのインベントリを作成するパックすべての今に。
- 参加者の自宅にインターネット サービス プロバイダーがあることを確認します。
2. ホーム展開
- ハブ コンピューターをハブ コンピューターに無線ドングルとプライマリの ZigBee コーディネーター ドングルを挿入して設定します。イーサネット ケーブルをハブ コンピューターに挿入します。最後に、ハブ コンピューターの電源コードに位置する部屋の電源ソケットに差し込みます、家のインターネットに接続するイーサネット ケーブルを接続します。
メモ: 構成管理ツールは、それがソフトウェアの最新バージョンを使用していることを確認します。 - インターネット対応デバイス (ラップトップ、タブレット、携帯電話) をローカル コントロール パネルのウェブサイトにアクセスするハブ computer'swireless ネットワークに接続します。コントロール パネルのウェブサイト ホーム (図 3) にインストールされている任意のセンサーと同様に、ハブ コンピューターのステータスが表示されます。
- 適切なソフトウェアがインストールされていることを確認ソフトウェア構成ツールを実行します。これを行う、コントロール パネルに移動し、更新プログラムを実行しています。
- ハブ コンピューターは、メインのサーバーと通信しているかを確認するコントロール パネルに移動します。インストールされているデバイスやセンサーから収集するデータを許可するサービスが起動していることを確認します。
- モーション センサーをはじめ、家にセンサーを追加します。コントロール パネルからセンサー配置のウェブサイトを開くことによって開始します。
注: 家は、16 以上のモーション センサーを必要とする場合ハブ コンピューターにルータ ドングルを接続し、「パン」とも呼ばれる家庭やパーソナル エリア ネットワークに追加一度拡張子ドングル (必要な) 場合は、ハブ コンピューターにモーション センサー データを送信プラグ コンセントにそれらは家の周りのネットワークを作成する、ホーム全体に広がる、ハブ コンピューターからそれらを削除、パンに追加されます。 - センサー配置のウェブサイトですべての客室と出口のドアを含む家の仮想フロア プランを作成します。フロア プランに追加される領域の一つとしてセンサー線を選択することを確認します。フロア プランにセンサーの仮想表現を追加します。最後に、他で互いに - - 家の物理的なレイアウトを反映する方法とセンサーの仮想表現には、ホーム領域の仮想表現をリンクします。
- センサーの配置ツールを使用して、物理的にセンサーの電池の近くのボタンを押すことでパーソナル エリア ネットワーク - として知られている - パンを各連続したセンサーを追加します。まず、部屋または仮想の平面図に表される家のエリアに各センサーを取り付けます。
- 続きを家の壁に身体のセンサーを取り付けます。センサーがのみその部屋でアクティビティをキャプチャし、他の地域からの活動をピックアップしません、各部屋 (キッチン、ベッドルーム、バスルーム、リビング ルーム) 確保で頭の高さで壁の各センサーを配置 (たとえば、回避されている廊下を歩いて誰かピックアップ、廊下の横にある部屋でセンサーによる)。
注: センサー配置ツールでは、特定し客室間の経路を作成することができます。 - まっすぐの通路の 4 つの制限フィールド (天井) センサー列をインストール (廊下または他の領域は、参加者がそれぞれ変更することがなく 4 つのセンサーの過去歩く必要がありますペースで) 歩行速度をキャプチャするために天井に。
- 歩行速度センサー 61 センチメートル (2 フィート) 離れてこれらをスペースします。
- センサー配置サイトで制限されたフィールド センサーの間の正確な距離を記録します。
- 再びセンサー配置のウェブサイト上の物理的な位置を示す平面図を使用、それぞれの出口ドアにドア センサーをインストールします。
- 鍋にホーム インベントリにデバイスが割り当てられていることを確認して、ピルボックスを追加します。その後、その蓋のいずれかを開くことによってデバイスをアクティブにします。トーチカだは、ハブのコンピューターと通信するので、ハブ コンピューターの信号を検出するために十分に近いそれを確認します。
注意: ピルボックスは頻繁保管台所または浴室参加者選好に基づきます。 - スケールをセットアップするには、コントロール パネルの [デバイス] タブ内にあるスケール ページに移動します。
- スケールで 10 秒間側の電源ボタンを押します。スケールは、確認メッセージを表示する必要があります。
- スケールは、デバイスの一覧に表示されて、一度は、セットアップ プロセスを開始するコントロール パネルの右側にある [セットアップ] をクリックします。
- 参加者の身長と体重のコントロール パネルが表示されたら入力します。
- 参加者にペース メーカーがあるない場合 bioimpedence データを収集できるというスケールを通知するコントロール パネルでペース メーカー ] ボタンで切り替えます。
- スケールをフラット、固体表面が (通常の浴室) の参加者に簡単にアクセスできる場所に配置します。
- スケールがコントロール パネルに入力された彼らの初期の重量を記録確認する自身の重量を量る参加者を含まれています。
- 10 回デバイスの背面側に位置するウェアラブル コントロール パネルのセットアップ ページ リセット ボタンを押すとオープニング手首すり切れたウェアラブル デバイスを設定します。
- コントロール パネル内のデバイスの一覧に表示デバイスの後、セットアップ プロセスを開始するコントロール パネルの右側にある [セットアップ] をクリックします。
- アカウントをセットアップして、一度は、セットアップ ・ ページにホイール ツールを使用して時間を調整します。
- ウェアラブルをハブ コンピューターに同期することによって、セットアップを終了します。デバイスを正しく接続するハブのコンピューターと同時に時刻を設定ことを確認するコントロール パネルの [同期] ボタンをクリックします。
- ことを示すコンソールで、手首にウェアラブル参加者が着用します。
注: 別のデバイスは、製造元によって異なる手順を必要があります。追加のセンサーやデバイスも展開し、コンピューター ソフトウェアおよび運転センサーの使用といったデータ ストリームに統合される可能性があります。これらを追加する手順は次に与えられます。
- 参加者のコンピューターに商用コンピューター使用の監視ソフトウェアをインストールし、電子メール アドレスを記録します。これらの電子メール アドレスは、週刊のオンライン健康および活動アンケート送信および受信されます。
- 参加者のコンピューターのオペレーティング システムが商用コンピューター使用を監視ソフトウェアと互換性があることを確認します。
- USB フラッシュ ドライブ上にインストール プログラムを使用して参加者のコンピューターにソフトウェアをインストールします。
- タスク マネージャーを開き、ソフトウェアがアプリケーションの一覧でことを確認コンピューター上で運用ソフトウェアを確認します。
- コンソールの在庫管理システムで、ソフトウェア プログラムを参加者のプロファイルに関連付けます。
注: 使用しているソフトウェアを使用して、テーブルの材料の特定のコンピューターを参照してください (他の市販の監視ソフトウェアを置換することができます)。
- 参加者の設定運転センサー
- 参加者の車が 1996 年以降後作られた車が運転センサー デバイス ソフトウェアによってサポートされていることを確認します。
- モバイル デバイスで運転監視デバイスのアプリをインストールしてアダプターをセットアップするアプリを使用します。
- オフ車で車のオンボード診断 (ODB) ポートにアダプターを差し込みます。
- 認識し、アダプターに接続するアプリを待ちます。これは、2 〜 4 分を取る必要があります。
- 点火に車のキーを挿入します。(車のスタート ボタンを押して車にキーレス点火がある場合)。エンジンを始動せず、電力に切り替って位置にキーを回します。
- アダプターの設定を終了することをアプリを待ちます。
- コンソール在庫システムでアダプターの商用ソフトウェアのアプリケーション プログラミング インターフェイス (API) を使用して ORCATECH サーバーに転送されるデータを許可するために、アプリから参加者のアカウント情報を追加します。
注: は、使用される特定の運転監視装置のための材料表を参照してください。
3. システムの確認
- すべてのデバイスは、家庭内の最終的な場所、一度は、コントロール パネルに移動して、ハブ コンピューターが正常に機能していることを確認します。ハブ コンピューターが、データと各デバイスの種類のデータを収集するサービスを実行している転送するメインのサーバーと通信できることを確認します。
- コントロール パネルの [データ コレクション] ページに移動して各デバイスからデータをストリーミングする場合を確認します。
- 各センサーは、最近の動きに関するデータの収集を確認するために、家の各部屋でインストールされているモーション センサーの近くを歩きます。家を歩くことによってアクティブ モーション センサー データのリアルタイムのグラフを表示することによって、モーション センサーをチェックします。
- 開閉により、ピルボックスのバッテリコンパートメントのドアの各数回、ピルボックスを確認してください。この最近の活動は測定し収集コントロール パネル上のデータ コレクション ページを確認します。
- 自分や参加者の重量を量るスケールを確認します。このデータは正しく同期、スケール コントロール パネルの [デバイス] ページ内Synched列に移動して送信されるを確認します。
- ウェアラブル デバイスがコントロール パネルのウェアラブルデバイスページ内Synched列に移動することでデータ同期を正しく送信して確認します。
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Representative Results
技術の ORCATECH スイートでは、普段の活動についていく人々 の生活パターンに一意に豊富なデータのセットを収集できます。センサー システムは、控えめな、連続は自分の家でボランティアを監視できます。システムは、健康と歩行速度とモビリティ、服薬行動、気分、またはホーム、スリープ、およびコンピューター使用8からなどの関数のキーのドメインを調べる研究ではボランティアの数百を含む研究の多数で使用されています,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. 代表の結果がここに表示されます。
歩行速度は、従来よく自然な設定で時間をかけて評価するために挑戦的な関数の例です。一般的な健康の重要な指標として認識し、オフィスの間に観察された臨床検査の有用なコンポーネントを訪問します。歩行のクリニック評価の速度いくつか欠点があります。観測は、年だけせいぜい数回作られています。観察される患者も、自覚し、評価のための非定型のペースで歩くことがあります。ORCATECH センサー スイート 4 限られた分野のパッシブ赤外線センサー配置されます既知の距離離れて通常家の廊下で。アルゴリズムは、センサーの下に歩いて時間8人の歩行速度を見積もります。この控えめな監視方法は、単一観測9月中に 39,474 ウォーキング エピソードを収集を可能にしました。家庭内歩行速度収集人の試験として認知機能評価運動施策との相関が判明した(図 2).この手法により、観察可能な時間、月または年の長期間にわたって定期的に歩行機能。これは、軽度の認知機能の低下や認知症 (図 4)16など切迫した病理学的状態の特徴は、歩行速度の変化を観察する機会を提供します。
場所によって継続的な活動のデータは、自己報告と組み合わせるし、他の知られている環境のデータは多くの顕著なライフ イベントに関連付けられたアクティビティの変化を観察する機会を提供します。データを視覚化またはいくつかの方法で表示できます。スパイラルのプロットは、データ ストリームの長期的な傾向を識別するためにこの点で有用であること発見されています。図 5に例があります。
図 1.ORCATECH プラットフォーム。複数のセンサーやデバイスは、家中では、関心のある特定の結果対策に調整配置されます。ボックスには、デバイス/センサーは、時間の経過とともに必要に応じて新しいデバイスや技術の任意の数を接続するシステムの能力を表す"X"が指定されています。生成されたデータは、 (データの科学者、大学の共同研究者、製薬会社、健康産業等)の多くの利害関係者によって使用のための適切なレビューと標準セキュリティ プロトコルに従います。左側の家は、プラットフォームを使用して様々 な研究において在籍コホートを表しています。ライフ研究所 - BC はブリティッシュ コロンビア州、カナダにある小さなコホートです。目的の遷移はケアの依存レベルに不要な遷移を削減する医療チームによるリモート監視データの利用に関する研究評価広告は、生態学的に有効なアンビエント、縦、アルツハイマー病の治療効果の公平な評価iCONECT は遅延アルツハイマー病発症する手段として対話エンゲージメント調査でオレゴン州とミシガン州;カート (技術イニシアティブを利用した高齢化共同研究) は 4 つのサイト (ポートランド、農村北西、シカゴのアフリカ系アメリカ人の長老とマイアミのラテン系長老ベテランで低所得高齢者);「XYZ の研究」は、またこの ORCATECH インフラストラクチャを使用する他の研究 (ここでは表示されません) の数を示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2.家の各部屋が可能な部屋の遷移に基づく他の人にリンクされています。センサーは、彼らが置かれている部屋にリンクされます。自宅でウォーキング センサー ラインは 4 限られた分野パッシブ赤外線センサーの配置順序で一緒にリンクから成っています。ウォーキング センサー ライン センサーが置かれている部屋にリンクします。緑 (または赤い点、ここでは示しません) センサー ノードを示すかどうか、センサーがセンサー ネットワークに現在報告され。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3.コントロール パネルには、ハブのコンピューターとホームにインストールされているすべてのセンサーのステータスが表示されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4.プロットは、定義として、係数の変化 (COV) 3 年以上彼らの家で続いて 93 の高齢者のコホートにおける速度変動の変化の軌道を示しています。時間 0 は各参加者の監視歩行速度の最初の週です。潜在的な軌道モデルは 4 つのグループを識別するために使用された:: グループ 1、最高基準と大幅減少 COV; 続いて増加 COVグループ 2 と 3 は、比較的安定した COV;グループ 4、最低基準と COV を減少します。非健忘 MCI (naMCI) と被験者は可能性が高い最高または最低基準 COV のメンバーにグループ (グループ 1 または 4)、おそらく速度変動の初期と後期段階 MCI をそれぞれ歩行の軌道を表します。図変更ダッジ H.H. からら。19.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 5.ボランティア ライフ研究所のホームのアクティビティ データの 6 ヶ月間のスパイラル プロット。データは上部と下部に正午に真夜中に、24 時間時計としてプロットされます。毎日 1 つの円を形作る。実線の青い円は、1 月の境界をマークします。色の点は、部屋の場所によってセンサーのアクティビティを示す: 赤浴室、緑 = = ピンクの寝室、キッチン、青 = = リビング ルーム。ボランティアが居間で寝ていた住み込みの客を持っていた 3 週間の期間に注意してください (リビング ルームで夜間活動は明らか; 2 番目の月)。ボランティアは食事のためのアパートを残していない 2 週間の期間が野呂ウイルスの流行により結果コミュニティ (4 ヶ月) の会衆の制限。最後に、動作の一貫性のあるパターンを注意: 22:30、2 と 4、上昇時間 6:00、17 週 2 で家政婦からの訪問の間一度ほとんどの夜に就寝。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
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Discussion
基本的なシステムやプラットフォームの家およびコミュニティ ベース リモート センシングと継続的に顕著な健康と健康対策の報告を有効にするを説明しました。システムは、この時点で研究で主に使用するものです。
可能であれば、システムはオープン ソースのツールとセンサーまたは使用可能な Api のソフトウェア開発キット (SDK) を利用してデバイスを使用します。などさまざまなセンサーやデバイスが「接続中」またはされる必要に応じて組み込む技術「不可知論者」をするシステムです。検出されたドメイン (例えば、動き移動対策、活動、コンピューターの使用、等の服用薬) を選択は、最も有益な特定の徴候のために考慮されるかもしれない機能の臨床的に関連性の高いエリアに依存します。したがって、スパース配列またはセンサーとデバイスのより完全な機能の配列を展開できます。生成されたデータが連続的に拡張し、したがってデータ システムは、この需要を満たすために変更を必要が。したがって、我々 はより高い処理能力と拡張性を可能にする分散データ アーキテクチャに移行しました。システムは、ホーム システムの技術的な健康を毎日リモート診断とコミュニティで実行する設計されています。自治、低タッチ操作は、キーをされているシステムで必要なセンサーとして時折家庭訪問やデバイス失敗し、修正または交換する必要があります。
研究ではこのシステムを正しく展開するための重要なステップの数があります。最初そして最も重要な '技術' ではないです。それは参加者ベース - 参加者がプロトコルを理解、研究の縦断的性質が快適の確保です。毎週アンケートに答えてまたは薬追跡装置を使用してたとえば、付着を します。加えた時間をかけて住民によって行われることがありますが (例えばセンサーがある)、ホームの初期セットアップだけでなく適切なドキュメントを確保も適切なデータ収集と管理に重要です。同様に、一度インストールされているシステムの機能の継続的監視により時間をかけて高い忠実度で収集されるデータが縦になります。
ORCATECH プラットフォームは、家庭環境で可能な限り継続的、長期的とベースと控えめなデータ収集をなります。集団が、快適さと彼らの家で技術の受け入れに関して異機種混在です。データは研究でこの技術を使用しての受容をやる気にさせる主な理由が収集したデータが最終的に役に立つでしょう、参加者の認識であることを示します (例えば、正常位で年齢方法を対処できます)。高齢になって引退した大人 (平均評価 ORCATECH プラットフォームとして一日に約 21.5 時間) にホームを作るそれクリニック環境20 ではなく、人の健康の真の状態を反映した観察のための理想的な場所で自分の時間の大半を過ごす傾向にあります。.若いまたは作業集団は、自宅でかなり少ない時間を過ごすことができます。ただし、さらに若い人は彼らの日に自宅 (通常夕方・夜) の少なくとも 3 分の 1 を過ごします。さらに、非常に多くの種類のアウト ・ オブ ・ ホーム動作をウェアラブル技術とモバイル デバイス (例えば、スマート フォン) (例えば、運転データ)、その他のリモート センシング データと同期するシステムを設計し、の活動をもキャプチャすることができます。技術変化の早いデバイスとデータを収集し、それは時代に匹敵することを確認するために使用するソフトウェアの安定したプラットフォームを維持するためのタスクに挑戦を追加します。さらに、リモートのデータがキャプチャされます教師なしし、最終的にその推論活動についての検証が必要です。このため、観察または ORCATECH を使用して派生を検証する必要がある「ゴールド スタンダード」または「グランド真実」の手法を使用してデータ。例えば、合計時間眠っているなど睡眠パラメーターを推定するアルゴリズムをマット マットレス11の下に配置を使用して確認した.歩行スピードがパッシブ赤外線センサーのラインの発砲から計算された歩行マット8を使用して検証されます。これらの検証だけでなく現実世界を感じたイベント新しいセンサーまたは推定、将来的に同じ機能を測定するために使用可能性がありますデバイスの比較のための標準への観察可能な接続を提供します。それにもかかわらず、この時点でリアルな検証としてのほとんどの基準がありません。商業 actigraphs やフィットネス トラッカーなどの ORCATECH システムで使用されている楽器のいくつかは独自仕様または研究者と共有していないアルゴリズムを使用できます。このような商業技術とその関連するアルゴリズムの独自の自然は、多くの商業のセンシング デバイスや技術の使用研究の現在の相対的制限モバイル機器・ デジタル バイオ フィールド一般に。
導入により、家庭と地域社会の設定で連続で、控えめな、生態学的に有効なデータを収集する能力があるかはゲーム疎自己報告と簡単な試験に主に依存している臨床研究の変更を強調しました。本稿で説明しているシステムは、この目標を達成するために研究コミュニティのための経路を提供します。その場の人々 を監視するための多くの個々 の評価技術(ウェアラブル, スマート フォン レポート アプリケーションなど)は、説明21をされています。はるかに少ないより統合された 'スマート ホーム' システムは、その機能の多くこの紙22で説明が報告されています。これは初期のフィールドのまま、いくつか正常に開発し、研究より広いコミュニティの設定で展開のエンド ツー エンド システムとしてこれらの技術を展開します。これらのアプローチの普及は今後の作業の主要な焦点です。
このプラットフォームの多くの潜在的なアプリケーションがあります。たとえば、システムされる可能性があります監視伝染病の発生のためのコミュニティなど公衆衛生監視部屋の遷移に比較的急性の変化が開発したウイルス症状23人を示します。同時にこのアプローチからの情報は、検疫の有効性に関して理解できるまたはどのように多くの人々 を決定することによってコミュニティ レベルでの活動の制限は、時間をかけて自分の家に残っています。
基本的なレベルでは、現実の世界での人間の行動の基本的な側面について研究者に通知するシステムを使えます。したがって、それは人間の活動の個人的な空間、人々 彼らの家または屋内環境24,への応用研究のすべての予測モデリングの一般化の可能性の重要な側面の予測可能性を調べるに雇われています。25示唆されたこと個人的な空間における人間移動のステレオタイプが高い、と個々の人間の健康を予測する機会を提供ルーチンの部屋レベル移動パターンの不連続性を監視する機能。ステータスまたは有害事象や傾向を検出します。
他のアプリケーションより直接患者・家族・医療提供者の関連性の高い診断と病気の進行の決定に影響を与える可能性があります。このコンテキストで関連する活動と認知と集団の加齢に伴う健康の相対保存を示す行動を検討する ORCATECH システムによく使用されています。システムは特にアドレス認知の加齢変化に敏感し、は従来のツールとメソッドを評価する挑戦的な現在の評価およびケアのパラダイムが簡単なクリニック ベースで構成されています健康を数回訪問、年、しばしば身体、認知、評価する定性的な在庫を使用しておよび神経行動学的症状。これらの在庫は主観的な思い出や介護26,27の印象に基づくまたは自己信頼できる患者が報告します。自宅 ORCATECH センサーから収集した客観的な行動データと比較の自己報告された活動 1 つの研究は、28時間で 25% だけの契約を発見しました。連続的な客観的な観察は健康の変化の検出と特に気分の変化、可動性障害または認知症が個人の挑戦など進行性か慢性の条件のための治療の評価を向上させることが、正確に覚えて観察し家族は時間の経過とともに変動の変化だけでなく、遅い。
プラットフォームの多様な様々 な潜在的なデータ チャネルでは、観察の多くの窓と特定の条件で個人または複数の機能がどのように変化を調査する意味のある変化の結果の評価を提供しています。たとえば、軽度認知障害 (MCI) 時間の経過に伴う変化を調査する複数のプラットフォーム機能を使用されてが。したがって、パッシブ赤外線センサー発火から計算される、歩行速度が歩行速度増加していくこの人口16で変動中の軽度の MCI 減少する見つかりました。休息と活動のパターンが睡眠になる認知障害が進行する11より混乱を見つけると寝室センサー発火から推論されます。低下投薬アドヒアランス、MedTracker ピルボックスの使用としても認知初期マーカー変更12,17に発見されました。コンピューターの使用状況のトラッキング ソフトウェアは、コンピューターのマウスの使用の MCI とパターンのコンピューター使用の減少が認知機能低下13,14を反映しても探索に使われました。
要約すると、データ コレクションの ORCATECH パラダイム伝統的な臨床研究データの収集方法と比較して多くの強みがあります。おなじみの家庭環境でデータを収集主控えめ。情報は、健康と幸福の生態学上有効な縦断的研究を可能な時間の長い期間分または日常レベルの高周波で収集されます。 ORCATECH システムは、さまざまな研究領域に適して: 状態固有のトラッキングや病気公衆衛生監視、基本的な人間の活動と行動の発見。特に便利な介入および意味のある現実世界の変化の高感度検出のための臨床研究に適用される場合があります。このアプリケーションでを含む複数の潜在的な利点がある: 1) 研究結果の客観性と信頼性を改善するために研究者を許可します。2) サンプル サイズを減らし、データの高時間分解能のため回答に時間を減少3) 暴く隠された副作用、微妙に検出することができますが、参加者; によって無報告に行ったかもしれない4) ターゲット介入の長期連続試験後または市販後評価を促進します。なるより広く導入されている技術とその応用の必然的な発展に伴い継続的に改善にこの方法論、臨床研究を進める大幅に予想されます。
システム提供により作成されたデータ チャンネルとドメインのさまざまなは高周波、長期、および生態学的有効なデータ キャプチャの利点を取ることができるリサーチ設定の数の参加者の日常生活にユニークなウィンドウ。それはこのアプローチは多くの研究チームにとって価値のあることが予想されます。将来の計画は、NIH とバージニア州の最近の協調エージング研究を使用して技術 (カート、www.carthome.org) イニシアチブによって促進される家の何千もの大規模な共同展開を有効にするのにこのプラットフォームの拡大この新しいデータは、すでに多様な人口にわたって加齢に伴う認知・機能の変更を理解するための主要なリソースを作成する収集した情報のよりも 10 年分と結合されます。
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Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
ここで説明した研究国立衛生研究所の国立研究所老化 (U2CAG054397、P30 AG024978、P30 AG008017、R01 AG042191、R01 AG024059)、インテル、財団、健康研究機構からの補助金に支えられ、ロバート ・ ウッド ・ ジョンソン財団。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Raspberry Pi 3 Model B | Raspberry Pi Foundation | Raspberry Pi 3 Model B | |
| Motion Sensor | NYCE Sensors Inc | NCZ-3041-HA | |
| Door/Window Sensor | NYCE Sensors Inc | NCZ-3011-HA | |
| Curtain Motion Sensor | NYCE Sensors Inc | NCZ-3045-HA | |
| iSort | TimerCap | iSort | |
| Home Stealth USB Phone Recorder | Fiho | Fi3001B | |
| Automatic Pro | Automatic | AUT-350C | |
| Body Cardio Scale | Nokia | WBS04 | |
| Activite/Steel Activity Monitor | Nokia | HWA01 STEEL | |
| Alta 2 | Fitbit | FB406 | |
| Charge 2 | Fitbit | FB407 | |
| Flex 2 | Fitbit | FB403 | |
| Zigbee USB Stick | Silicon Labs | ETRX3USB | |
| WorkTime | Nestersoft | WorkTime Corporate |
References
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