Носимые датчики точно отслеживают мобильность при остеоартрите коленного сустава

Остеоартрит коленного сустава — это широко распространенное и болезненное заболевание суставов. Оно вызывает хронические боли, разрушение хряща и затруднения движения. Врачи полагаются на рентгенографию и опросы пациентов для отслеживания прогрессирования болезни. Эти традиционные методы имеют существенный пробел. Они не показывают, как человек фактически движется в повседневной жизни вне клинического осмотра.

Исследователи обращаются к носимым технологиям для заполнения этого пробела, таким как небольшие датчики, которые могут записывать высокоточные данные о движении.

Исследование под руководством Йельского университета, опубликованное в JMIR Formative Research, показало, что датчики, установленные на стопах, могут соответствовать точности высокотехнологичных лабораторных систем захвата движения — шаг, который мог бы изменить способ отслеживания и управления дегенеративными заболеваниями опорно-двигательного аппарата.

"Клинические оценки в кабинете врача дают нам только снимок," говорит физиатр Чарльз Одонкор, доктор медицины, доцент кафедры ортопедии и реабилитации Медицинской школы Йеля и первый автор исследования. "Мы хотели узнать, могут ли носимые датчики дать нам надежное, объективное представление о том, как люди с остеоартритом коленного сустава движаются в реальном мире, без специализированной лаборатории захвата движения."

Для проверки точности этих датчиков исследователи изучали 20 человек: 10 с клинически подтвержденным остеоартритом коленного сустава и 10 без заболеваний, влияющих на движение нижних конечностей.

Каждый участник прошел три стандартизированных теста ходьбы. Они включали тест самостоятельной ходьбы, тест быстрой ходьбы и шестиминутную прогулку на выносливость. Во время этих тестов участники носили небольшие датчики, прикрепленные к верхней части каждой стопы. Датчики непрерывно записывали ускорение и вращение в каждой стопе во время каждого испытания.

Участники ходили в специализированной лаборатории, оборудованной оптической системой захвата движения. Эта технология использует несколько инфракрасных камер для отслеживания отражающих маркеров, размещенных на теле. Захват движения считается золотым стандартом анализа движения, что делает его эталоном для тестирования носимых датчиков. Исследовательская группа проанализировала тысячи отдельных шагов для сравнения данных обеих систем.

Участники также заполнили стандартные опросы здоровья, чтобы исследователи могли определить уровень физической активности каждого человека в повседневной жизни. Целью было проверить не только то, работали ли датчики технически, но и могут ли исследователи заметить различия между активными и неактивными людьми.

Данные показали почти идеальное совпадение между носимыми устройствами и системой захвата движения при измерении скорости ходьбы, длины шага и количества шагов в минуту. Для скорости ходьбы две системы согласовывались практически идеально.

"Техническое согласие, которое мы увидели между датчиками, установленными на стопах, и лабораторной системой захвата движения, было исключительно сильным," объясняет Одонкор. "Когда дело доходит до измерения скорости, длины шага и частоты шагов, эти носимые датчики работали на уровне дорогостоящих систем камер, которые требуют специализированного лабораторного пространства."

Помимо проверки точности датчиков, исследователи посмотрели, могут ли данные с носимых устройств выявить различия на основе самостоятельно указанных уровней активности участников.

Они обнаружили, что участники, сообщившие о более высоких уровнях физической активности, имели тенденцию ходить быстрее и делать более длинные шаги. Те, кто сообщил о неактивности, показали различные модели, связанные с ритмом. Например, неактивные люди имели тенденцию проводить больше времени с плоской стопой на земле во время шага. Они также показали отчетливые изменения в том, как их ноги отталкивались от земли, по сравнению с активными участниками. Однако эти сравнения были исследовательскими и не достигли статистической значимости в выборке такого размера.

Эти результаты предполагают, что носимые датчики могут захватить тонкие биомеханические различия, связанные с образом жизни.

По словам Одонкора, эти результаты — только начало. "Хотя наш основной фокус был на валидации устройства, эти сведения о физической активности дают нам представление о том, что может достичь носимая технология," говорит он. "Мы видели, что датчики могут уловить тонкие изменения в ритме ходьбы у менее активных людей, что открывает дверь к отслеживанию функциональных снижений до того, как они станут серьезными клиническими проблемами."

Одонкор отмечает, что необходимы дополнительные исследования. В исследование были включены 20 человек, они прошли тестирование в ходе одного сеанса в лаборатории и сравнивались группы в один момент времени, а не в течение нескольких месяцев. Более крупные и длительные исследования, в идеале с участниками, носящими датчики дома, необходимы перед тем, как можно будет подтвердить закономерности, связанные с активностью.

Опросы часто не справляются с полной картиной здоровья суставов. Пациенты могут завышать или занижать симптомы, и визиты в клинику не отражают повседневные движения. Датчики, установленные на стопах, предлагают масштабируемый способ сбора объективных данных о мобильности в реальном мире.

"Тесное совпадение между датчиками и захватом движения поддерживает более широкое использование носимой технологии в исследованиях движения," говорит Одонкор. "При дальнейшей валидации это может помочь ученым понять, как способ движения пациента может изменяться по мере прогрессирования остеоартрита коленного сустава или в какой степени пациент реагирует на методы лечения, такие как физическая терапия и хирургия."

В конечном итоге, объединение носимых датчиков с опросами пациентов может дать врачам мощный новый набор инструментов. Вместо того, чтобы полагаться только на память пациента или один рентгеновский снимок, врачи могут отслеживать эффективность движений в реальном мире. Этот подход, основанный на данных, может привести к более ранним вмешательствам, лучшему индивидуализированному уходу и улучшенной мобильности для миллионов людей, живущих с дегенерацией суставов.

"Носимые датчики представляют серьезный сдвиг в том, как мы можем изучать и управлять заболеваниями опорно-двигательного аппарата," добавляет Одонкор. "Перенося объективный анализ движения из лаборатории в реальные условия, мы со временем сможем получить гораздо более глубокое понимание того, как методы лечения влияют на повседневную функцию и долгосрочное здоровье суставов."