Summary
Ненавязчивая датчики и широко распространенных компьютерных технологий включены в повседневной домашней жизни пожилых взрослых позволяет значимые здравоохранения и изменения активности регистрироваться непрерывно месяцев лет, обеспечивая экологически допустимых, высокой частоты, Многоотраслевая данные для исследования или клинического использования.
Abstract
Конец в конец набор технологий был создан для ненавязчивой и непрерывный мониторинг здоровья и активности изменений, происходящих в повседневной жизни пожилых людей более продолжительных периодов времени. Технологии объединены в систему, которая включает принципы навязчивости минимально, генерируя безопасную, конфиденциальность, непрерывный объективных данных в реальном мире (домашний) параметры для месяцев до лет. Система включает в себя пассивные инфракрасные присутствие датчиков, размещенных по всему дому, дверь контактных датчиков, установленных на наружные двери, подключенных устройств физиологического мониторинга (например, весы), коробки лекарств и носимых actigraphs. Управляя датчики также устанавливаются в автомобилях участников и отслеживается использования компьютера (компьютер, планшет или смартфон). Данных помечается через частые онлайн самоотчета опции, которые предоставляют жизненно важную информацию в отношении данных, которые трудно вывести через датчики таких состояний (например, боль, настроение, одиночество), а также данных референт деятельности шаблону Интерпретация (например, посетителей, переставить мебель). Были разработаны алгоритмы с использованием данных, полученных для определения ключевых функциональных областях здоровья или болезни деятельности, мониторинга, включая мобильность (например, номер переходы, шаги, походка скорость), физиологические функции (например, веса, тело Индекс массы, пульс), сон поведения (например, время сна, поездки в туалет ночью), присоединение лекарства (например, пропущенные дозы), социальное взаимодействие (например, время, проведенное вне дома, время пары тратят вместе) и когнитивных функция (например, время на компьютер, движения мыши, характеристики онлайн формы завершения, вождение способности). Обнаружение изменения этих функций предоставляет маркер чувствительным для приложения в наблюдение за состоянием здоровья острых заболеваний (например, вирусные эпидемии) для раннего выявления синдромов слабоумия продромальный. Система особенно подходит для контроля эффективности клинических вмешательств в естественной истории исследования гериатрической синдромов и в клинических испытаниях.
Introduction
Преобладающих клинических исследований сопряжено с ограничениями в надежности и достоверности данных, полученных из-за присущего недостатки методологии оценки. Интервью, ограничены раз, когда врач и пациент может координировать расписания. Время, отведенное для экзаменов ограничивается что волонтер может разумно быть предложено сделать в течение одной сессии. Эти краткие, широко расставленные сессий - даже если дополнены случайные телефонные звонки или запросы Интернет - серьезно ограничивают потенциал для выявления значимых изменений в функции или благополучия с течением времени. Текущие сеансы теста в основном состоят из просьбы о представлении информации, которая может быть трудно вспомнить и проверки (например, «вы помните, принимать свои лекарства?») или искусственных задач (например, «встать и сесть так же быстро, как вы можно»; «Помните, эти десять слов»). Часто оценки призваны ограничить изменчивость тест тест, когда в действительности различия в производительности, сам может быть ключевым диагностическим признаком. Кроме того эти краткие биопсий времени проводятся в искусственных условиях, а не в потоке нормальной повседневной жизни. Таким образом они имеют ограниченное экологические действия. Наконец текущей парадигмы по своей сути не может обеспечить прямую связь взаимозависимости ключевых событий или результатов (например, сна, социализации, физической активности) потому, что данные являются не время штамп другой чем напомнил.
Такой подход к преодолению этих недостатков заключается в разработке систем, которые могут быть внедрены в доме или сообщества, которые воспользоваться преимуществами достижений в вычислительной и зондирования технологии, Беспроводные коммуникации и высокой частоты нескольких доменов данных Google Analytics. Технологии и опыт в этой области растет и количество систем были разработаны, но были ограничены в развертывания, функции или продольной опыт1,2,3,4. В этой рукописи мы описываем протокол, разработанный как средства для обеспечения реального времени, непрерывный и продольных на дому оценки здоровья соответствующих данных, чтобы улучшить ограничения текущей парадигмы оценки здоровья. Орегон центр для старения & ампер; Технологии (ORCATECH) разработал систему на дому, основанные на распространенных вычислений и зондирования технологии для обеспечения непрерывного, реального времени оценки здоровья соответствующей деятельности и поведения. Принося оценки в дом, чтобы включить основном ненавязчивым и непрерывный мониторинг реальных деятельности существенно преодолевает нынешние ограничения. Во-первых поскольку основной системы встроен в пространство жизни участников в рамках их окружающей среды, это по сути удобно. Оценки, требующие дискретных ответы могут быть собраны, когда человек является наиболее легко и, в случае методы пассивного сбора, так часто, как необходимо без обременения участником. Во-вторых находясь в его нормальной жизни пространство дает возможность для сбора данных, сразу же экологически актуальны, тестирование не просто надуманный меры функция, но повседневной познания. Например потенциальным памяти, неудачи, распространенная жалоба трудно naturalistically испытания в клинике, может оцениваться дома Автоматическое ежедневное отслеживание лекарства принимать поведение, таким образом выстукивать повседневной познания, а также ключевых производительности метрики, известный быть чувствительным к когнитивной изменения. В-третьих потому, что данные являются цифровые и штамп времени, облегчается измерения нескольких взаимосвязанных мер, согласовать во времени. Например время на телефон и времени вне дома (меры социального взаимодействия или вывода), использования компьютера (измерения посвящения, психомоторная активность и когнитивные функции) и другие меры, которые были показаны, чтобы изменить с функциональной спад ( сна поведение, масса, скорость ходьбы) можно добавить к чувствительности датчика чистой различать тонкие изменения, которые иначе могут быть очевидными. Важно отметить, что влияние события здоровья и жизни на познание и функции (например, еженедельные отчеты боли, изменения лекарства, низкой настроение) также могут быть связаны с этот поток данных, как они происходят. Наконец обычного тестирования и запросов могут быть представлены через компьютер или связанных интерфейсов (например, таблетка, смартфон), обеспечивая беспрецедентные возможности для одновременно сравнения устаревших тест производительности Роман цифровой производных мер от те же тесты, такие как ответ или паузы раз, кривых обучения и изменчивость интра тест. Этот новый подход таким образом превращает текущей оценки быть более удобным, ненавязчивая, непрерывный, нескольких доменов и натуралистических. В конечном итоге, базовая платформа на дому датчик на основе оценки технологии и методологии, обеспечивает систему, которая может быть настроена и масштабируется до решения широкий спектр конкретных вопросов, связанных с здоровья и благополучия с отметил преимущества над текущей общепринятой практикой редко клиника или оценок, основанных на телефон.
Следующий протокол описывается процесс развертывания этой платформы для ненавязчивого на дому поведенческих и связанных со здравоохранением данных коллекции. В разработке этой платформы, основная цель заключается в предоставлении основной набор функций оценки, которые могут предоставить данные, необходимые для выведения общих доменов здоровья и благополучия (физические, когнитивные, социальные, эмоционально), а также более конкретные поведения ( например, лекарства принимать, ходьба, деятельности, связанной с сна, физиологической активности). Разработка платформы руководствовалась несколькими принципами, включая использование наиболее пассивным ненавязчивым зондирования подходов, минимизации участия прямых пользователей с технологией, будучи технологии «агностик» (т.е., используя лучшие устройства или технические решения, а не требует конкретного подхода или продукта), прочный (для долгосрочной оценки) и масштабируемой и сведение к минимуму практические обслуживания.
Платформа описал развивалась за последние двенадцать лет, важно сообщил целого ряда конечных пользователей, от «цифровой наивно» раннего усыновителей. Периодические опросы и фокус-группы были ключ для информирования этого развития5,6,7. Сотни добровольцев позволили системы постоянно развернуты в своих домах до одиннадцати лет с итерационных изменения вводятся на основании прогрессы в технологии, новых функциональных возможностей, испрошенный исследовательского сообщества, и ключевых постоянной вклад лиц, живущих в доме, где был развернут технология. Вместе, эти добровольцы создали «живой» лаборатория в сообщество, которое мы называем «жизни Лаборатория « там, где их дома и непрерывные данные, собранные в течение дня предоставляют уникальный уровень подробности о здоровье, деятельность и курс жизни.
Базовая платформа зондирования технологии образует основу общей системы для захвата непрерывных данных на дому. Впоследствии описаны элементы этой платформы. Изменение основной платформы (элементы может быть добавлены или удалены) на основе информации, полученной в ходе процесса сбора отношения пользователя и верования и исходов интереса для исследования с использованием платформы исследования. Поскольку данные коммуникационные протоколы стандартизированы, система была разработана чтобы позволить любое устройство, которое следует за эти протоколы включены в сеть.
Базовая платформа, описанные здесь основан на варианте использования добровольцев в жизни лаборатории (МР), которые соглашаются иметь платформу, развернутых в свои дома, чтобы собрать натуралистической деятельности и поведение данных деятельности их нормальной жизни на протяжении многих лет (длинный Текущее развертывание непрерывной = 11 лет).
Концентратор компьютер и подключение к Ethernet/WiFi позволяют сбора данных от устройства системы и передачи обратно на защищенных серверах на ORCATECH без участник вмешательства. Концентратор компьютер настраивается для конкретного участника и дома настройки после установки системы с помощью ноутбука или планшета и панель управления, которая подключается к системе централизованного управления цифровыми участника. Общаясь с центрального компьютера таким же образом можно настроить устройства для сбора дополнительных данных (например, датчики, MedTracker и масштаба).
ORCATECH консоль и удаленного технологии системы управления является пользовательских цифровых технологий и системы управления данными под названием «Консоль», позволяющий участница дома технология конфигурации и настройке системы, а также текущие технологии дистанционного управления дома в том числе безопасного сбора данных и мониторинга. Кроме того для облегчения развертывания системы в сообщество, где каждый дом может иметь уникальный макет, графический инструмент, основанный на планшетный интерфейс используется для автоматически записывать, где расположены различные датчики и их допустимые физическое соседство другу датчики (рис. 2). Это важно для справки во время удаленного мониторинга системы на уровне дома.
Датчики движения пассивные инфракрасные (ИК) цифровой назначаются данного дома во время установки системы, общение с компьютером хаб через беспроводной USB-ключ. Один датчик помещается за номер в смысле движения в зал и участник переходы из комнаты в комнату. «Датчик прямой» четырех датчиков помещается на потолке прихожей или другие области, где участник ходит регулярно на последовательной темп. Этот датчик линии позволяет ненавязчивым сбора ходить скорость много раз в день. Другие метрики могут быть получены от этих датчиков деятельности как время нахождения или количество переходов, обслуживание. Дверь контактные датчики размещаются вокруг дома на всех наружных дверей для выявления участников приходят и уходят из дома и на холодильник, чтобы определить общую частоту доступа к продовольствию.
Он-лайн за здоровье и активность Self-Reports необходимы для оптимального смысла данных из пассивной системы семейства устройств. Эти данные имеют решающее значение для анализа участников доклад о событиях в доме относительно датчик собранных данных. Еженедельный онлайн самоотчета обзор может быть завершена на любого вычислительного устройства (например, ноутбук, планшет, смартфонов) с подключение к Интернету для запросов участников поездки из дома, посетителей в доме, здоровье изменения, изменения пространства в пределах дома, одиночество, депрессия и уровень боли. За сбор данных опирается на относительно короткое окно воспоминание, которая обеспечивает гораздо более высоким разрешением данных и вероятность точности, чем, к примеру, годовых или полугодовых осмотры. Кроме того этот процесс самоотчета также позволяет следователей для изучения пассивной показателей потенциальных когнитивных нарушений, таких, как различия в то время для завершения обзора, изменения в количество кликов, возросшие трудности представления точных даты, или обесценения маркеры в текст ответов. В рамках базовой платформы мы установить электронные таблетки окно семь день что записей, или не был открыт в назначенный день отсека и раз(а), что он был открыт каждый день. Это предоставляет сведения о присоединение лекарства, а также потенциальные проявлением когнитивными если последовательность лекарства принимая уменьшается.
Беспроводной цифровой bioimpedence масштаба, который также собирает пульс, метрики состав тела, скорость волны импульса, температуры окружающей среды и уровня атмосферного углекислого газа устанавливается в ванной комнате, предоставление данных о ежедневных вес участников. Затем эти данные можно соотнести с другими сообщил события (например, состояние здоровья, лекарства), а также другие пассивные показатели поведения, таких, как соблюдение протокола и частота использования с течением времени.
В тех случаях, где наши участники диск, мы устанавливаем вождения датчик в их транспортные средства. Этот датчик содержит сведения о вождения, таких как частота, сроки, продолжительность и расстояния поездки, а также частота жесткого остановки или жесткий ускорений.
Запястье носить носки устройство собирает данные физической активности и выходить из дома. Несколько марок и моделей предметы одежды были использованы в лаборатории жизни дома.
В зависимости от проекта следователь с использованием платформы ORCATECH можете дополнить основные датчик с дополнительного сбора данных компонентов. Примеры в прошлом испытания телефона сенсора для мониторинга социализации через стационарный телефон деятельность, разработка и внедрение цифровой баланс доску для тестирования, баланс таблетки с периодической когнитивных задач для участника для завершения в их собственном доме и систему автоматизированной texting для оценки эффективности лекарства напоминания по телефону.
Чтобы обрабатывать различные данные, полученные в лаборатории ORCATECH жизни, с учетом информации и данных системы используется для сбора, аннотирование, сохранения и анализа обширной деятельности и данных в области здравоохранения. ORCATECH разработал систему пользовательского участника управления, сбора данных, самоотчетов и обработки и непрерывном сборе данных от всех системных устройств и датчиков. Система основывается на кластере серверов распределенных Кассандра NoSQL для хранения данных датчика и лямбда архитектуры с использованием Кафка и Spark, который позволяет наши возможности обработки данных для приближения к реального времени обработки. С помощью API-Интерфейсом REST, данные передаются в стандартных данных анализа платформ и программ статистического программного обеспечения для анализа данных.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все участники представили письменного информированного согласия. Жизни Лаборатория участников просят жить своей жизнью, как они обычно позволяют продольные обсервационное исследование их жизнедеятельности и шаблоны для остальной части их жизней. Они могут отказаться в любое время, если они пожелают. Протокол исследования был одобрен Oregon Health & ампер; Университет науки (OHSU) институциональных Наблюдательный Совет (IRB жизни Лаборатория OHSU #2765).
1. Подготовка
- До развертывания добавьте все оборудование в системе учета консоли онлайн. Назначьте имя для каждого устройства или датчика вместе с его серийный номер и MAC-адрес, позволяя ему храниться внутри системы инвентаризации консоли.
- Поместите тег код QR на каждый кусок оборудования, включение конкретных заданий дома место для датчиков и устройств при развертывании в доме.
- Перед развертыванием всех датчиков и устройств, которые должны быть установлены будет присвоено дома сканируя QR-код на датчик или устройстве. Это принесет вверх веб-сайт, который позволяет датчик или устройство назначения для конкретного дома.
- Установка на компьютер хаб с SD-карты, которая содержит средство управления конфигурации сервера-концентратора.
- Пакет все теперь опись, датчиков и оборудования, центрального компьютера с установленным SD-карту в монтажный комплект (коробка) для дома развертывания.
- Убедитесь, что участник дома поставщика услуг Интернета.
2. Начало развертывания
- Настройте концентратор компьютер, вставив беспроводной ключ и первичного ключа координатор ZigBee в центрального компьютера. Вставьте кабель Ethernet в концентратор компьютер. И наконец Подключите шнур питания компьютера концентратор расположен номер розетки и подключите кабель Ethernet к Интернет дома.
Примечание: Средство настройки управления обеспечит, что он использует самую последнюю версию программного обеспечения. - Подключите к сети computer'swireless концентратор для доступа к веб-сайт панели местного управления Интернет включен устройство (ноутбук, планшет, мобильный телефон). Веб-сайт управления панель покажет статус центрального компьютера, а также любых датчиков, установленных в доме (рис. 3).
- Запустите средство настройки программного обеспечения, обеспечивая соответствующее программное обеспечение установлено. Сделать это, перейдя в панель управления и запуска обновления.
- Перейдите к панели управления, чтобы проверить, что компьютер концентратор взаимодействует с основных серверов. Убедитесь, что службы, которые позволяют данные должны быть собраны из каждого установленного устройства и датчик и работает.
- Добавьте датчики дома, начиная с датчиками движения. Начните с открытия сайта размещение датчика из панели управления.
Примечание: Если дома требует более чем 16 датчиков движения, подключите адаптер маршрутизатора в концентратор компьютер и добавить его к домашней или личной сети, также называется «Пана». После того, как расширение dongles (при необходимости) добавляются в кастрюлю, удалить их из центрального компьютера и подключить их в точках распространения по всему дому, создание сети вокруг дома, который будет отправлять данные датчика движения на хаб компьютер. - На сайте размещения датчика создайте виртуальный поэтажный план дома, включая все номера и выхода двери. Убедитесь в том выбрать датчик линии в качестве одной из областей, которые добавлены в план. Добавление виртуального представления датчиков поэтажный план. И наконец связь виртуального представительства дома других друг другу - образом, который отражает физическое расположение дома - и виртуальных представлений датчиков.
- Добавьте каждый последовательных датчик Пан - известный как в личной сети - с помощью инструмента таргетинга на датчик и физически нажатием кнопки рядом батарея датчик. Затем начните, подключая каждый датчик в комнате или области в доме, которая представлена в виртуальный план этажа.
- Далее, придавая физических датчиков стены дома. Место каждого датчика стены на высоте головы в каждый номер (кухни, спальни, ванные комнаты, жилые комнаты), обеспечение датчик только захватывает активности в этой комнате и не забрать из другой области деятельности (например, избежать кто-то шел вниз коридор, подобрал датчик в комнате рядом с прихожей).
Примечание: Средство размещения датчика позволяет определить и создать пути между номерами. - Установить ряд из четырех датчиков ограниченным полем (потолок) в прямые дорожки (коридоры или других областей, где участники должны пройти мимо каждой из четырех датчиков без изменения в ПАСЕ) на потолке для захвата скорость ходьбы.
- Места эти прогулки датчики скорости 61 см (2 футов) друг от друга.
- Запишите точное расстояние между ограниченным полем датчики датчик размещение веб-сайта.
- Установите дверные датчики на каждый выход дверь, снова, используя план этажа на веб-сайте размещение датчика для указания их местонахождения.
- Добавьте в СКОВОРОДУ, подтверждающий, что устройство было назначено для инвентаризации дома дот. Затем активируйте устройство, открыв один из его крышки. Потому что дот взаимодействует с центрального компьютера, убедитесь, что это достаточно близко к концентратор компьютер для его сигнал обнаружения.
Примечание: Дот часто хранится в кухне или в ванной, на основе предпочтений участников. - Для установки масштаба, перейдите к странице масштаба, расположенный внутри устройства вкладки в панели управления.
- На шкале нажмите кнопку питания стороне в течение 10 секунд. Шкала должна отображать сообщение с подтверждением.
- Как только шкала показывает вверх в списке устройств, нажмите кнопку Настройка в правой части панели управления, чтобы начать процесс установки.
- Введите высоту и вес при появлении запроса на панели управления участника.
- Если участник не имеет кардиостимулятором, переключатель кардиостимулятора в панели управления, уведомляя масштаб, что он может собирать данные bioimpedence.
- Место по шкале в месте, которое имеет плоской, твердой поверхности, легко доступны для участников (как правило, в ванной).
- У участника весят себя, подтверждающий, что масштаб записи их начальный вес, который вступил в панели управления.
- Настройка запястье носить носки устройства, открыв странице установки панели управления носимых и кнопки сброса, расположенный на задней стороне устройства в десять раз.
- После устройства показывает вверх в списке устройств в панели управления и нажмите кнопку Настройка в правой части панели управления, чтобы начать процесс установки.
- После того, как настроена учетная запись, калибровки время, используя средство колесо на странице установки.
- Завершить установку путем синхронизации носимых с центрального компьютера. Нажмите кнопку Sync , в панели управления, чтобы подтвердить, что правильного подключения устройства и время устанавливается в то же время, как компьютер хаб.
- Указывает в консоли, на которой запястье носимых предназначен для носить участником.
Примечание: Различные устройства может потребоваться разных процедур в зависимости от производителя. Дополнительные датчики и устройства могут также развернуты и интегрированы в поток данных, таких как компьютер использовать вождения датчики и программное обеспечение. Процедуры для добавления этих приведены далее.
- Установка использование коммерческого компьютерного мониторинга программного обеспечения на компьютере участника и записывать свои адреса электронной почты. Эти адреса электронной почты используются для отправки и получения загрузок онлайн здоровья и активности обследований.
- Убедитесь, что участника операционная система совместима с использованием коммерческого компьютерного мониторинга программного обеспечения.
- Установите программное обеспечение на компьютере участника, с помощью программы установки, размещенных на флэш-накопителе USB.
- Убедитесь, что программное обеспечение работает на компьютере, открыв диспетчер задач и проверки, что программное обеспечение находится в списке приложений.
- В системе консоль инвентаризации свяжите программного обеспечения с профилем участника.
Примечание: См. Таблицу материалов для конкретного компьютера использовать программное обеспечение, используемое (другие коммерчески доступных мониторинга программного обеспечения может быть заменен).
- Установка вождения датчик для участников
- Убедитесь, что автомобиль участника было принято после 1996 года и что автомобиль поддерживается вождения программного обеспечения устройства датчика.
- Установить устройство мониторинга вождения app на мобильном устройстве и использовать приложение для настройки адаптера.
- С автомобилем, выключен Подключите адаптер автомобиля бортовой диагностический порт (ОДБ).
- Подождите, пока приложение распознавать и подключите к адаптеру. Это должно занять 2-4 мин.
- Вставьте автомобиля ключ в замке зажигания. (Если автомобиль имеет ключа зажигания, нажмите кнопку Пуск автомобиля). Поверните ключ в положение, где он переключается на электроэнергию без запуска двигателя.
- Подождите, пока приложение, чтобы завершить настройку адаптера.
- В системе консоль инвентаризации добавьте сведения учетной записи участника из приложения для того, чтобы позволить адаптера данные могут быть переданы на серверы ORCATECH, с использованием коммерческого программного обеспечения интерфейс программирования (API).
Примечание: См. Таблицу материалов для вождения мониторинга устройство используется.
3. Система подтверждения
- После того, как все устройства находятся в их окончательного места в доме, убедитесь, что компьютер хаб работает должным образом, перейдя в панель управления. Проверьте, что концентратор компьютер может взаимодействовать с основными серверами для передачи, что запущены данные и службы для сбора данных для каждого типа устройства.
- Обзор, если данные потокового с каждого устройства, перейдя на страницу сбора данных на панели управления.
- Прогулка около датчики движения, установлены в каждой комнате в доме для того, чтобы подтвердить, что каждый датчик сбор данных о последних движений. Проверьте датчики движения, просмотрев живой графа данных датчика движения активирован пешком через дом.
- Проверьте дот, открытия и закрытия каждой из двери отсека дот в несколько раз. Просмотрите страницу сбора данных на панели управления, чтобы увидеть если это последние данные по активности измеряется и собраны.
- Проверьте масштаб путем взвешивания себя или участник. Подтвердите данные правильно синхронизированы и передается путем перехода к столбцу Synched в масштаб страницы устройств в панели управления.
- Проверка носимых устройств должным образом синхронизируется и передачи данных, перейдя в столбце Synched в странице носимых устройств в панели управления.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ORCATECH набор технологий делает возможным собрать уникально богатый набор данных о образа жизни людей, как они идут об их обычной деятельности. Система датчиков позволяет ненавязчивым и непрерывный мониторинг добровольцев в их собственных домах. Система используется в десятках исследований с участием сотни добровольцев в области исследований, изучения ключевых областей здравоохранения и функции, такие как ходьба, скорость и мобильность, лекарства принимая поведение, настроение, время или из дома и сна компьютера используйте8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18. Представитель результаты представлены здесь.
Скорость ходьбы приведен пример функции, которая является сложной задачей для условно оценки часто со временем в естественных условиях. Он также признан важным показателем общего состояния здоровья и полезным компонентом клинических испытаний, во время управления посещений. В клинике оценки походка скорость имеет несколько недостатков. Замечания сделаны только в большинстве несколько раз в год. Пациент наблюдается также могут ходить с атипичной темпами благодаря зная оценки. С ORCATECH датчик suite четыре ограниченным полем пассивные инфракрасные датчики размещаются известным расстоянием друг от друга обычно в коридоре дома. Алгоритм оценки ходьбы скорость ходьбы под датчики времени8человек. Этот ненавязчивый метода мониторинга стало возможным собрать 39,474 ходьбы от эпизодов в течение одного месяца и наблюдения9. Ходьбе скоростью собранные на дому, оказались хорошо коррелируют с мотор мер, оценивать во время экспертизы в лицо, а также когнитивные функции (рис. 2). Этот метод делает возможным наблюдать подошел функции на регулярной основе длительных периодов времени, месяцев или лет. Это затем обеспечивает возможность наблюдать изменения в скорости походка, которая может быть характеристикой надвигающихся патологических состояний, таких как мягкий когнитивными или слабоумие (рис. 4)16.
Данных о непрерывной деятельности по расположению в сочетании с самоотчета и других известных экологических данных предоставляет возможность наблюдать изменения в деятельности, связанной с много важных жизненных событий. Данные можно визуализировать или отображается в несколько способов. Спиральные участки были найдены полезными в этой связи для определения долгосрочных тенденций в потоке данных. Пример приведен на рисунке 5.
Рисунок 1 . Платформа ORCATECH. Несколько датчиков и устройств развертываются на всей территории дома, настроенные для конкретных результатов мер, представляющих интерес. Поле Места для устройства/Датчик «X» представляет возможность подключить любое количество новых устройств или технологий при необходимости со временем системы. Полученные данные следует стандартные протоколы безопасности и доступен с соответствующий обзор для использования многими заинтересованными сторонами (данные ученых, сотрудников университета, Фарма, индустрии здоровья и т.д.). Дома в левой части представляют собой когорты, обучающихся в различных исследованиях с использованием платформы. Жизни Лаборатория - БК является небольшой когорты, расположенный в Британской Колумбии, Канада; ЦЕЛИ переходы — исследование использования данных дистанционного мониторинга группами помощи для уменьшения нежелательных переходы для зависимых уровнях медицинской помощи; ВЫЧИСЛИТЬ-AD является экологически допустимых, Ambient, продольная, объективной оценки эффективности лечения при болезни Альцгеймера; iCONECT это разговорный участие как средство для задержки Альцгеймера заболевания исследование, проведенное в Орегоне и Мичиган; Тележка (совместные старение исследования с использованием технологии инициатива) имеет четыре места (низкий доход старейшин в Портленде, ветеранов в сельской местности северо-запада, афро-американских старейшин в Чикаго и Latino старейшин в Майами); «Исследования XYZ» обозначает целый ряд других исследований (не перечислены здесь), который также использовать эту инфраструктуру ORCATECH. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2 . Каждой комнате в доме связан с другими на основе возможных номер переходы. Датчики, связаны с номера, в которых они расположены. Датчик линии пешком в доме состоит из четырех ограниченным полем пассивных инфракрасных датчиков связаны вместе в том порядке, в котором они размещены. Пешеходные датчик линии ссылки комнат, в которых расположены датчики. Зеленый (или красные точки, здесь не показан) на узлах датчик указывают, если датчик в настоящее время отчетности в сети датчика. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3 . Панели управления отображается статус центрального компьютера и всех датчиков, установленных в домашних условиях. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4 . Диаграмма показывает траекторию перемен в ходьбе скорость изменчивость определяется как коэффициент вариации (COV) в когорте 93 пожилых взрослых, затем в свои дома на протяжении более трех лет. Время 0 является первой недели Мониторим пешеходной скорости для каждого участника. Латентной траектории модели были использованы для определения четыре отдельные группы:: Группа 1, высокий базовый и увеличения COV, последовали резкое снижение COV; Группы 2 и 3, относительно стабильные COV; и 4 группы, низкий базовый и уменьшения COV. Участники с не амнестического MCI (naMCI) были более вероятно быть членами базовой высоким или низким COV групп (группы 1 или 4), возможно представляющих траектории ходьбы скорость изменчивости для ранней и поздней стадии MCI, соответственно. Этот показатель изменяется от его Святейшества Dodge и др. 19. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5 . Спираль участок шести месяцев дома данных о деятельности для жизни лаборатории добровольцев. Данные выводятся как часы 24 h, с полуночи в полдень в нижней и верхней. Каждый день образует один круг. Сплошной синие круги отмечают границы одного месяца. Цветные точки обозначают датчик активности расположение: красный = ванной, зеленый = спальня, розовый = кухня, синий = гостиной. Обратите внимание трехнедельный период, в котором добровольцев был live-in гость, который спал в гостиной (ночное время активность в гостиной очевидной; второй месяц). 2-недельного периода, когда волонтер не оставить квартиру для приема пищи, из-за эпидемии Норо вирус, приведена в Конгрегации ограничение в общине (Четвертый месяц). Наконец, обратите внимание, закономерности поведения: перед сном в 22:30, когда большинство ночи с 2 до 4 утра, подъем время 06:00, посещение от экономки в 5 вечера каждые 2 недели. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Мы описали основные системы или платформы, позволяя дома и общины-на основе дистанционного зондирования и отчетности основные здоровья и благополучия мер на постоянной основе. Система предназначена для использования главным образом в исследованиях на данный момент.
Там, где это возможно, система использует открытым исходным кодом инструменты и датчиков и устройств воспользовавшись доступных API и комплекты для разработки программного обеспечения (SDK). Система предназначена для быть технологии «независимый», что широкий спектр датчиков и устройств может быть «в» или включена при необходимости. Зондирования доменами выбран (например, движения мобильность меры, лекарства принимать активность, использование компьютеров и т.д.) будет зависеть от клинически значимых областях функции, которые могут считаться наиболее информативным для конкретного указания. Таким образом могут быть развернуты в разреженный массив или более польностью отличаемый массив датчиков и устройств. Полученные данные непрерывно растет, и таким образом система данных требуется модификация для удовлетворения этого спроса. Соответственно мы перешли к более распределенной архитектуры данных, чтобы позволить больше пропускная способность и масштабируемость. Система предназначена для запуска в сообществе с ежедневно удаленной оценки технического состояния домашней системы. Хотя автономной, низкий-касание был ключ, система требует периодических посещений на дому как датчики или устройства могут не и должны быть исправлены или заменить.
Существует ряд важных шагов для успешного развертывания этой системы в научных исследованиях. Первый и наиболее важным является не «технического». Это на основе участник - обеспечение того, что участники понимают протокол и комфортно с продольной характер исследования. Это обеспечивает соблюдение, к примеру, ответить на вопросник загрузок или с помощью устройства лекарства слежения. Обеспечение не только надлежащей документации о первоначальной настройки дома (например, где расположены датчики), но также любые изменения, которые могут быть сделаны резидентов с течением времени также является ключом для сбора надлежащих данных и управления. Аналогичным образом продолжается наблюдение за функциональность системы, после установки гарантирует, что продольные данные собираются с высокой точностью с течением времени.
Платформа ORCATECH делает возможным непрерывный, долгий срок и ненавязчивые данных коллекции с базой в домашних условиях. Населения являются неоднородными в плане их комфорта и принятия технологий в их доме. Данные показывают, что одной из основных причин, мотивирующие принятие с использованием этой технологии в научных исследований участник восприятие, что данные, собранные в конечном итоге будет полезным (например, можно рассмотреть способы успешно возраст на месте). Старых, отставке взрослых, как правило, тратят большую часть своего времени на дома (в среднем около 21,5 часа в сутки как начисленные с платформой ORCATECH), делает его идеальным местом для наблюдений, которые отражали истинное состояние здоровья человека в отличие от среды клиника20 . Населения моложе или рабочих могут значительно меньше времени на дому. Однако даже молодые люди тратят по меньшей мере треть их день дома (обычно вечером и ночью). Кроме того система предназначена для синхронизации с носимых технологий и мобильных устройств (например, смартфоны) и другие дистанционного зондирования данные (например, вождение данных), так много типов вне дома поведения и деятельности может быть захвачен также. Технология меняется быстро, добавив вызов к задаче поддержания стабильной платформы устройств и программного обеспечения, используемого для сбора данных и убедитесь, что он сравним различных эпох. Кроме того, удаленный данные регистрируются без присмотра и в конечном счете требует проверки относительно своего выводимый реальной деятельности. С этой целью необходимо проверить замечания сделаны или получены с помощью ORCATECH данных с «золотой стандарт» или «грунта истины» методы. Например алгоритмы, используемые для оценки параметров сна, таких как общее время сна были проверены с использованием давления маты под матрас11. Ходьбы от скорости рассчитывается от обстрелов линии пассивных инфракрасных датчиков были проверены с помощью походка мат8. Эти проверки не только обеспечивают наблюдаемых подключение событий реального мира почувствовал, но стандарт для сравнения новых датчиков или устройств, которые могут быть использованы для предположительно измеряют те же функции в будущем. Тем не менее существует несколько стандартов для проверки реального мира на данный момент. Некоторые из инструментов, используемых в системе ORCATECH, такие как коммерческие actigraphs или фитнес трекеров, могут использовать собственные спецификации или алгоритмы, которые не являются общими с исследователями. Проприетарные характер такой коммерческой технологии и их соответствующих алгоритмов делает использование многих коммерческих зондирования устройства или технологий относительное ограничение тока исследований в области мобильной и цифровой биомаркеров в целом.
Во введении мы подчеркнули, что способность собирать непрерывный, ненавязчивым и экологически допустимых данных в общине и параметры могут быть игры меняется для клинических исследований, которые главным образом опирается на разреженных самоотчета и краткий экзаменов. Система, описанная в настоящем документе обеспечивает путь для исследовательского сообщества для достижения этой цели. Многие технологии индивидуальной оценки (предметы одежды, смартфон отчетности приложения, и т.д.) для мониторинга людей на месте были описаны21. Гораздо меньше, более интегрированный «умные дома» систем было сообщено, что много из характеристик описал в этой бумаге22 . Это остается зарождающейся области и несколько успешно разработаны и развернуты эти технологии как end-to-end системы для проведения исследований, развернутых в более широкой общине. Более широкое внедрение этих подходов является одним из основных направлений для будущей работы.
Существует множество потенциальных приложений для этой платформы. Например система может использоваться для наблюдения общественного здравоохранения как мониторинг общин для вспышек инфекционных заболеваний где относительно острой изменения в номере переходы указывают лиц, которые разработали вирусный симптомы23. В то же время информация от этот подход может позволить понимания эффективности карантина или ограничение деятельности на общинном уровне путем определения сколько людей остались в своих домах с течением времени.
На более базовом уровне система может использоваться для информирования о фундаментальных аспектах человеческого поведения в реальном мире исследователей. Таким образом он был нанят для изучения предсказуемости деятельности человека в личном пространстве, важным аспектом для обобщения всех прогнозирующем моделировании исследований применяются для людей в их дома или крытый средах24, 25. результаты свидетельствуют о том, что мобильность людей в личном пространстве весьма стереотипно, и что мониторинг несплошностей в регулярное обслуживание уровень мобильности может предоставить возможность предсказать индивидуального здоровья человека и функциональной статус или выявления неблагоприятных событий и тенденций.
Другие приложения могут более непосредственно влиять диагностики и болезнь прогрессии определений, которые весьма актуальны для пациентов, семей и работников здравоохранения. В этом контексте ORCATECH системы часто используются для изучения соответствующей деятельности и поведения, которые указывают относительную сохранение познания и здравоохранения стареющего населения. Система особенно приспособленные для адрес возрастные изменения в когнитивной и физического здоровья, который сложно оценить с традиционными инструментами и методами, где текущей оценки и ухода парадигмы состоит из Бриф на базе клиники посещает несколько раз год, часто с использованием качественных кадастров для оценки физического, когнитивные и нейроповеденческих симптомы. Эти кадастры основаны на субъективных воспоминания и впечатления воспитатель26,27 или самоотчета пациента, которая может быть ненадежной. Одно исследование, сравнение сообщенные деятельность с цель деятельности данных собраны из ORCATECH датчики дома нашли соглашение только 25% время28. Непрерывное объективного наблюдения может улучшить обнаружение изменений в области здравоохранения и оценки лечения специально для прогрессивной или хронических условий, таких как изменения настроения, мобильность расстройства или слабоумия, где он является сложной задачей для физических лиц или их семей точно соблюдать и вспомнить медленно а также колебания изменения с течением времени.
Платформы разнообразных ряда потенциальных каналов данных предлагает много окон наблюдения и результирующие оценки значимых изменений допросить как отдельных или нескольких функций может меняться по определенному условию. Например несколько функции платформы использовали допросить изменения, связанные с легкого когнитивного расстройства (MCI) с течением времени. Таким образом скорость ходьбы, рассчитывается от обстрелов пассивный инфракрасный датчик, было обнаружено снижение с мягким MCI, хотя изменчивость в ходьбе скорости со временем в этом населения16. Отдых и деятельности структур были выведены из спальни датчик обстрелов с выводом что сна становится более нарушена как когнитивные нарушения прогрессирует11. Присоединение уменьшилось лекарства, как следует, используя MedTracker дот, также оказалась маркера для рано когнитивных изменить12,17. Использование компьютера, отслеживания программного обеспечения был использован для обнаружить, что уменьшается использования компьютера с MCI и шаблоны использования компьютерной мыши может также отражать когнитивными13,14.
В целом ORCATECH парадигмы сбора данных имеет много преимуществ по сравнению с традиционными клинических исследований методов сбора данных. Данные собираются в основном ненавязчиво в привычной домашней среде. Информация собирается на высоких частотах, на минуту или ежедневно, в течение долгого времени, делая возможным экологически допустимых продольного исследования здоровья и благополучия. ORCATECH система хорошо подходит для широкий спектр научно-исследовательских областях: основные человеческой деятельности и поведение обнаружения, общественного здравоохранения наблюдения и болезни или состояния конкретного отслеживания. Это может быть особенно полезным применительно к мероприятиям и клинических исследований для чувствительных обнаружения значимых реальных изменений. В этом приложении, существует несколько потенциальных преимуществ, в том числе: 1) что позволяет исследователям улучшить исходы исследования объективности и надежности; 2) сокращение размера выборки и уменьшения времени ответа из-за высокого временного разрешения данных; 3) выявление скрытых неблагоприятных событий, которые могут быть обнаружены тонко, но возможно, прошли несообщаемого участником; 4) содействия долгосрочной постоянной после суда или после рынка оценки целевого вмешательства. Предполагается, что эта методология существенно продвинет клинических исследований, как она становится более широко развернута и постоянно улучшает с неизбежным прогрессы в технологии и ее применения.
Разнообразие каналов данных и домены производства система предлагает уникальную в повседневную жизнь участников ряда исследований параметров, которые могут воспользоваться высокой частоты, долгосрочных и экологически допустимых данных. Предполагается, что этот подход будет иметь ценность для многих исследовательских групп. Будущие планы включают в себя расширение этой платформы для крупномасштабных совместных развертывания до тысячи домов, облегчается недавняя инициатива совместных старения исследований с использованием технологий (корзина, www.carthome.org) низ и ва. Эти новые данные будут сочетаться с более чем десять лет стоит уже собранной для создания основных ресурсов для понимания когнитивных и функциональные изменения с возрастом через различных групп населения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Исследований, описанных здесь была поддержана грантов от национальных институтов здравоохранения, Национальный институт старения (U2CAG054397, AG024978 Р30, AG008017 Р30, R01 AG042191, R01 AG024059), Intel, фонд для национальных институтов здравоохранения и Роберта Вуда Джонсона Фонда.
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
- Peetoom, K. K., Lexis, M. A., Joore, M., Dirksen, C. D., De Witte, L. P. Literature review on monitoring technologies and their outcomes in independently living elderly people. Disabil Rehabil Assist Technol. 10 (4), 271-294 (2015).
- Liu, L., Stroulia, E., Nikolaidis, I., Miguel-Cruz, A., Rios Rincon, A. Smart homes and home health monitoring technologies for older adults: A systematic review. Int J Med Inform. 91, 44-59 (2016).
- Kim, K. I., Gollamudi, S. S., Steinhubl, S. Digital technology to enable aging in place. Exp Gerontol. 88, 25-31 (2017).
- Kaye, J. Making pervasive computing technology pervasive for health & wellness in aging. Public Policy & Aging Report. 27 (2), 53-61 (2017).
- Wild, K., Boise, L., Lundell, J., Foucek, A. Unobtrusive in-home monitoring of cognitive and physical health: Reactions and perceptions of older adults. Journal of Applied Gerontology. 27 (2), 181-200 (2008).
- Wild, K., Boise, L. In-Home Monitoring Technologies: Perspectives and Priorities of Older Adults. , (2012).
- Boise, L., et al. Willingness of older adults to share data and privacy concerns after exposure to unobtrusive in-home monitoring. Gerontechnology: international journal on the fundamental aspects of technology to serve the ageing society. 11 (3), 428 (2013).
- Hayes, T. L., Hagler, S., Austin, D., Kaye, J., Pavel, M. Engineering in Medicine and Biology Society, 2009. EMBC 2009. Annual International Conference of the IEEE. , 7248-7251 (2009).
- Kaye, J., et al. One walk a year to 1000 within a year: Continuous in-home unobtrusive gait assessment of older adults. Gait & posture. 35 (2), 197-202 (2012).
- Petersen, J., Austin, D., Mattek, N., Kaye, J. Time out-of-home and cognitive, physical, and emotional wellbeing of older adults: A longitudinal mixed effects model. PloS one. 10 (10), 0139643 (2015).
- Hayes, T. L., Riley, T., Mattek, N., Pavel, M., Kaye, J. A. Sleep habits in mild cognitive impairment. Alzheimer disease and associated disorders. 28 (2), 145 (2014).
- Hayes, T. L., Larimer, N., Adami, A., Kaye, J. A. Medication adherence in healthy elders: small cognitive changes make a big difference. Journal of aging and health. , (2009).
- Kaye, J., et al. Unobtrusive measurement of daily computer use to detect mild cognitive impairment. Alzheimer's & Dementia. 10 (1), 10-17 (2014).
- Seelye, A., et al. Computer mouse movement patterns: A potential marker of mild cognitive impairment. Alzheimer's & Dementia: Diagnosis, Assessment & Disease Monitoring. 1 (4), 472-480 (2015).
- Seelye, A., et al. Embedded online questionnaire measures are sensitive to identifying mild cognitive impairment. Alzheimer Dis Assoc Disord. 30 (2), 152-159 (2016).
- Dodge, H., Mattek, N., Austin, D., Hayes, T., Kaye, J. In-home walking speeds and variability trajectories associated with mild cognitive impairment. Neurology. 78 (24), 1946-1952 (2012).
- Austin, J., Klein, K., Mattek, N., Kaye, J. Variability in medication taking is associated with cognitive performance in nondemented older adults. Alzheimer's & Dementia: Diagnosis, Assessment & Disease Monitoring. 6, 210-213 (2017).
- Austin, J., et al. A smart-home system to unobtrusively and continuously assess loneliness in older adults. IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine. 4, 1-11 (2016).
- Dodge, H. H., Mattek, N. C., Austin, D., Hayes, T. L., Kaye, J. A. In-home walking speeds and variability trajectories associated with Mild Cognitive Impairment. Neurology. 78 (24), 1946-1952 (2012).
- Kaye, J. A., et al. Intelligent systems for assessing aging changes: home-based, unobtrusive, and continuous assessment of aging. The Journals of Gerontology Series B: Psychological Sciences and Social Sciences. 66, suppl 1 180-190 (2011).
- Wang, Z., Yang, Z., Dong, T. A Review of Wearable Technologies for Elderly Care that Can Accurately Track Indoor Position, Recognize Physical Activities and Monitor Vital Signs in Real Time. Sensors. 17 (341), (2017).
- Skubic, M., Alexander, G., Popescu, M., Rantz, M., Keller, J. A smart home application to eldercare: Current status and lessons. Technol. Health Care. 17 (3), 183-201 (2009).
- Campbell, I. H., et al. Engineering in Medicine and Biology Society, EMBC, 2011. Annual International Conference of the IEEE. , 6793-6796 (2011).
- Austin, D., Cross, R. M., Hayes, T., Kaye, J. Regularity and predictability of human mobility in personal space. PloS one. 9 (2), 90256 (2014).
- Buysse, D. J., Reynolds, C. F., Monk, T. H., Berman, S. R., Kupfer, D. J. The Pittsburgh Sleep Quality Index: a new instrument for psychiatric practice and research. Psychiatry research. 28 (2), 193-213 (1989).
- Cummings, J. L. The Neuropsychiatric Inventory Assessing psychopathology in dementia patients. Neurology. 48, 5 Suppl 6 10-16 (1997).
- Teng, E., et al. Utility of the Functional Activities Questionnaire for distinguishing mild cognitive impairment from very mild Alzheimer's disease. Alzheimer disease and associated disorders. 24 (4), 348 (2010).
- Wild, K. V., Mattek, N., Austin, D., Kaye, J. A. "Are You Sure?" Lapses in Self-Reported Activities Among Healthy Older Adults Reporting Online. Journal of Applied Gerontology. , (2015).
