帕金森病|穿戴式传感设备在帕金森病评定中的应用
帕金森病（Parkinson’s disease ， PD） ， 是一种常见的神经系统变性疾病 。 其主要的病理改变是中脑黑质多巴胺能神经元的变性死亡 ， 由此而引起纹状体黑质多巴胺含量显著性减少而致病 。 帕金森病的常见症状包括肌肉强直、震颤、运动缓慢 ， 其诊断也主要依据这些临床症状 。 先前福祉君为您介绍了不少穿戴式传感设备 ， 今天 ， 福祉君跟您聊聊各式各样的穿戴式传感设备在帕金森病评定中的应用 。
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帕金森病的显著临床症状包括静止性震颤、肌强直以及运动迟缓 ， 临床上有很多种评定方法 ， 其中最广泛使用的为《统一帕金森评定量表（UPDRS）》 ， 这些评定方法也是医护人员诊断帕金森病的重要依据 。 然而这些判断大多数需要依赖医护人员的主观判断 ， 对于不同的测试者 ， 其判定结果也可能会不一致 ， 由此 ， 如何实现这些症状的准确量化 ， 成为了研究者们的目标 ， 穿戴式传感设备正是一种解决手段 。
这些设备主要通过复现这些量表中提到的测试过程 ， 并将测试结果进行量化 ， 以实现评定的目的 。 接下来 ， 福祉君将从“静止性震颤”、“肌强直”以及“运动迟缓”三个方面向各位介绍穿戴式传感设备在其中的评定应用 。
01
静止性震颤
静止性震颤的主要表现为肢体（上肢、下肢）不自主的颤抖 ， 静止时出现或明显 ， 随意运动时减轻或停止 ， 精神紧张时加剧 ， 入睡后消失 。 UPDRS 中的评级是这样的：1级为偶尔有轻度震颤 ， 2级为持久存在较小振幅的震颤或间断出现中等振幅的震颤 ， 3级为经常出现中等振幅的震颤 ， 4级为持续的大幅度震颤 。 只要能够通过传感器测量病人的震颤幅度 ， 即可对此项进行评定 。
Kejiser等研究人员于2006年提出一套用于评定静止性震颤的系统（图一） ， 通过放置在身体上的六个加速度计测量的静止状态下各身体部位的加速度信息 ， 进行傅里叶分析 ， 提取频域特征反映身体震颤的频率及幅度 ， 以此量化静止性震颤 ， 研究者还在二十多名帕金森病患者中开展了实验验证 ， 验证了该设备的效果 。 还有非常多的研究者们基于同样的原理来估算病人的静止震颤幅度 ， 在这里不再赘述 。
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图一（图片来源：[1]）
02
肌强直
肌强直的临床表现为 ， 医护人员在活动患者的肢体、颈部或躯干时可觉察到有明显的阻力 ， 患者典型的主诉为“我的肢体发僵发硬” 。 UPDRS 中的评级是这样的：患者坐位放松状态下检查肢体大关节的被动动作 ， 1级为轻微僵硬 ， 2级为轻到中度增高 ， 3级为明显增高 ， 但最大关节活动可以容易的完成 ， 4级为严重增高 ， 最大关节活动完成很困难 。
一些研究者通过测量移动大关节所需要的力实现对肌强直程度的量化 。 例如 ， Endo等研究者于2009年设计了一款系统（图二） ， 通过穿戴在手腕上的力传感器、陀螺仪及肌电传感器 ， 测量手臂转动过程中的力、角速度及肌电信号 ， 实现对患者肌强直程度的量化；Perera等研究者于2019年设计了一款评价手指强直程度的系统（图三） ， 通过测量舵机拉动手指转动的作用力 ， 实现强直程度的量化 。
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图二（图片来源：[2]）
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图三（图片来源：[3]）
还有一些研究者通过分析运动的机械特性来量化强直程度 ， 例如di Biase等研究者于2018年提出的一套系统 ， 通过放置在手臂上的惯性传感器对指定关节运动进行测量 ， 分析关节运动过程中运动信号的频率特性 ， 以此判断肌肉的强直程度 。
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图四（图片来源：[4]）
03
运动迟缓
运动迟缓的表现为动作变慢 ， 始动困难 ， 主动运动丧失 ， 患者的运动幅度会减少 ， 尤其是重复运动时 。 UPDRS 中的评级是这样的：1级为动作轻微减慢 ， 可能伴摆动幅度减小 ， 对某些人来说可能属正常 ， 2级为动作轻度减慢 ， 肯定的动作减少 ， 可有动作幅度减小 ， 3级为动作中度减慢 ， 动作幅度减小 ， 4级为动作明显减慢 ， 动作幅度减小或消失 。
运动迟缓的测量主要通过加速度计与陀螺仪这种可以测量运动信号的传感器进行 。 Sama等研究者通过放置在腰上的加速度计测量走路时的信号 ， 提取频率特征并使用分类器算法实现对运动迟缓的识别；Memar等研究者通过全身各部分放置十余个传感器 ， 测量关节、体节运动速度的异常 ， 并与UPDRS量表作对比 。
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图五（图片来源：[5]）
随着科学技术的发展 ， 一些需要用到医护人员手动测量的信息终将会被传感设备取代 ， 一方面减轻了医护人员的负担 ， 另一方面避免的不同测试者的主观判断带来的误差 ， 希望科技的进步能够造福更多的人 ， 为更多的患者带来新的希望 。
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