מאמר זה מתאר את הערכת הביצועים המוטוריים הגסים של תינוקות באמצעות לביש רב-חיישני וצינור ניתוח אוטומטי לחלוטין מבוסס למידה עמוקה. השיטה מכמתת את דפוסי היציבה והתנועה של תינוקות משכיבה בשכיבה ועד שהם שולטים בהליכה עצמאית.
פיתוח שיטות אובייקטיביות וכמותיות להערכה מוטורית גסה מוקדמת חיוני להבנה טובה יותר של התפתחות עצבית ולתמיכה בהתערבויות טיפוליות מוקדמות. כאן, אנו מציגים שיטה לכימות ביצועים מוטוריים גולמיים באמצעות מכשיר לביש רב-חיישנים, MAIJU (הערכת תנועתיות של תינוקות עם חליפת JUmpsuit), המציע הערכה אוטומטית, ניתנת להרחבה, כמותית ואובייקטיבית באמצעות צינור מבוסס ענן אוטומטי לחלוטין. חליפה לבישה זו מצוידת בארבעה חיישני תנועה המתעדים נתונים מסונכרנים לטלפון נייד באמצעות חיבור Bluetooth חסכוני באנרגיה. ניתוח לא מקוון בשרת הענן מפיק תוצאות מנותחות במלואן תוך דקות עבור כל הקלטה. תוצאות אלה כוללות דו”ח גרפי של סשן ההקלטה ומטריצת תוצאות מפורטת הנותנת סיווגים של שנייה אחר שנייה עבור יציבה, תנועה, נשיאת תינוק וזמן משחק חופשי. התוצאות האחרונות שלנו מראות את הסגולה של הערכה מוטורית מכומתת כזו המספקת שיטה יעילה פוטנציאלית להבחנה בין שינויים בהתפתחות המוטורית הגסה של התינוק.
התפתחות מוטורית גסה מוקדמת חיונית לביצועים נוירו-קוגניטיביים ברמה גבוהה יותר, המתגלים מאוחר יותר על ידי תמיכה בחקר הסביבה על ידי תינוקות. לכן, לרופאים ולחוקרים כאחד יש עניין רב בהערכת התפתחות מוטורית גולמית מוקדמת 1,2,3. כדי לספק תמיכה לרפואה מבוססת ראיות או למחקרים מדעיים, חיוני שההערכות המוטוריות הגסות יהיו כמותיות, אמינות, אובייקטיביות ותקפות מבחינה אקולוגית. עם זאת, קיים מחסור בשיטות כאלה הזמינות למחקר קליני או מדעי בסיסי.
התפתחות מוטורית גסה מוקדמת טיפוסית מתקדמת באמצעות רצף צפוי של מיומנויות חדשות שנרכשו. הם נצפים בדרך כלל אצל תינוקות כמגיעים לאבני דרך מוטוריות דיסקרטיות4, כאשר עמידה והליכה נחשבות לעתים קרובות לציוני דרך משמעותיים בדרך לרפרטואר התנהגותי מורכב יותר5. בנוסף לתצפית ישירה או סקרי הורים על אבני דרך מוטוריות, פותחו מספר סוללות סטנדרטיות בשימוש נרחב 6,7,8,9 לביצוע הערכות תינוקות בסביבת מעבדה או בית חולים. עם זאת, הערכות אלה סובלות מסייגים רבים: הן זקוקות למומחיות משמעותית מאנשי מקצוע מיומנים, הן סובייקטיביות וקטגוריאליות בחלקן, והן מעריכות את ביצועי התינוקות בסביבה (בית חולים או מעבדה) שאינה טבעית מנקודת מבטו של התינוק.
תיעוד הפעילות המוטורית הספונטנית של תינוקות לאורך זמן רב יותר בסביבה הטבעית, כגון בביתם, מאפשר מדדים רלוונטיים יותר של יכולות מוטוריות. בשיטה אפשרית אחת כזו, ההערכה מבוצעת עבור הרצף המלא של התפתחות היכולת המוטורית של התינוק משכיבה להליכה שוטפת עם מערכת לבישה, כגון MAIJU wearable (הערכה מוטורית של תינוקות עם JUmpsuit) 10,11,12. המערכת הלבישה של MAIJU (איור 1) כוללת בגד טקסטיל לכל הגוף המצויד בחיישני תנועה כדי לאפשר הערכות והקלטות מחוץ לבית החולים/מעבדה ללא פיקוח המנותחות באמצעות צינור אוטומטי, ומספקות הערכה שנייה אחר שנייה של דפוסי יציבה ותנועה. ניתן להשתמש בזיהויים אלגוריתמיים אלה עבור כל תנוחה וסוג תנועה בנפרד, או לשלב אותם להערכה הוליסטית של הרמה המתמטית של היכולות המוטוריות של התינוק. ביטוי ללא יחידה שפורסם לאחרונה למדד כזה של בשלות מוטורית הוא BIMS (Baba Infant Motor Score)10,12.
מאמר זה יתאר את הערכת הביצועים המוטוריים הגסים של תינוקות באמצעות חליפה לבישה מרובת חיישנים; הרציונל, הביצועים המעשיים, צינור הניתוח ונקודות מבט עתידיות פוטנציאליות לשימוש במדדים שניתן להשיג מצינור הניתוח האוטומטי הזמין להקלטות עם10,11,12 לביש רב-חיישנים. השיטה מתאימה לכימות מפורט של פעילות מוטורית גסה ספונטנית בכל התינוקות המפגינים יכולות מוטוריות בין שכיבה להליכה שוטפת.
המערכת הלבישה מרובת החיישנים מורכבת משלושה רכיבים: 1) הבגד הכולל של כל הגוף המצויד בארבעה חיישני תנועה, 2) מכשיר נייד המשתמש ביישום iOS שנבנה בהתאמה אישית, ו-3) צינור ניתוח מבוסס ענן (Babacloud שאת האישורים עבורו ניתן לקבל מהמחברים)11. חיישני יחידת המדידה האינרציאלית (IMU) העמידים למים מזרימים נתונים מסונכרנים (מד תאוצה וג’ירוסקופ 3 צירים) בתדר דגימה של 13-52 הרץ לטלפון נייד באמצעות חיבור Bluetooth באנרגיה נמוכה. הנתונים מאוחסנים בתחילה בזיכרון של (החיישן או) המכשיר הנייד, ולאחר מכן ניתוח לא מקוון בשרת הענן לאחר הפסקת ההקלטה.
הערכה מכומתת ומעקב התפתחותי אחר הביצועים המוטוריים של תינוקות באמצעות פתרון לביש, כגון MAIJU, היא פשוטה מבחינה טכנית ללמידה ולביצוע, וניתן ליישם אותה בקלות בתחום הבריאות או במחקר קליני10,11,12. בהשוואה לשיטות הערכה מוטוריות אחרות הקיימות, סוג זה של רישום ביתי של הפעילות המוטורית הספונטנית של תינוקות משפר את התוקף האקולוגי של ההערכה. יתר על כן, הוא מספק ניתוח מכומת, שקוף ואוטומטי לחלוטין של הביצועים המוטוריים של תינוקות. והכי חשוב, המדדים המשמשים בניתוח הם אינטואיטיביים וניתנים להסבר, מה שמאפשר השוואה קלה שלהם עם הערכות קליניות ומחקריות אחרות, כגון גורמים סביבתיים, התפתחות קוגניטיבית או הערכות פסיכו-סוציאליות. הערכה הוליסטית של התפתחות מוטורית מספקת דיוק המשתווה היטב למדדי הצמיחה הגופנית הקונבנציונליים12.
שלבים קריטיים בפרוטוקול כוללים הכנה קפדנית של החליפה לבישה. בעת הכנה להקלטה, בחירת המידה הנכונה לחליפה היא קריטית, מכיוון שחיבורי החיישנים בשרוולים וברגליים נדרשים לשבת בחוזקה כדי לקבל רישום אמין של תנועות הגוף. כמו כן, עבור הקלטה מוצלחת, חיוני למקם את החיישנים בכיסים עם כיוון נכון, כפי שמצוין בפרוטוקול. תושבות החיישן לא יאפשרו לחיישנים להסתובב במהלך ההקלטה. עם זאת, החיישן המכוון באופן שגוי רושם נתונים שקשה, אם לא בלתי אפשרי, לתקן לאחר מכן. יש לעודד את התינוק לנוע באופן חופשי ועצמאי במהלך ההקלטה. אורך ההקלטה עשוי להשתנות בהתאם לשאלות המחקר הנתונות. תקופות התנועה הספונטניות המרובות משולבות כדי לצבור מספיק תנועה ספונטנית לכל סשן הקלטה.
הפעולה הגמישה והמעשית של הפתרון הלביש של MAIJU מאפשרת את השימוש בו בהקשרים משתנים הן בסביבה מפוקחת והן בסביבה לא מפוקחת, כגון מעבדות מחקר או בתים. תוצאות עדכניות מהניסויים הקליניים שלנו מראות כי הקלטות ללא פיקוח מלא המבוצעות בבית עשויות לספק תוצאות דומות להקלטות הנעשות תחת פיקוח מלא או חלקי12. עם זאת, ההתנהגות המוטורית הספונטנית של הילד מושפעת באופן פוטנציאלי ממספר גורמים, כגון הסביבה (למשל, משחק בחוץ לעומת בתוך הבית, פריסת החלל, רהיטים וצעצועים), רמת הערנות של הילד ומעורבות ההורים במהלך ההקלטה הביתית. כאשר ההקלטות מבוצעות בבית ללא השגחה, חשוב לעודד את הילד לשחק באופן ספונטני, כלומר לשחק או לנוע באופן עצמאי, מבלי שמישהו אחר יסחוב או יחזיק את הילד במידת הצורך, ולשמור את הטלפון הנייד המוקלט בטווח Bluetooth (באותו חדר)10. רוב מצבי פתרון הבעיות הנוכחיים שלנו במהלך ההקלטות נגרמים כתוצאה מאובדן חיבור Bluetooth. ההתקדמות העתידית הקרובה בטכנולוגיית החיישנים תשפר את קישוריות הבלוטות’, וההשקה הקרובה של זיכרון חיישן גדול יותר תאפשר הקלטה לא מקוונת על ידי אחסון נתוני תנועה ישירות בזיכרון החיישן.
הקלטות מחוץ לבית החולים עם פתרון לביש מסוג זה ניתנות להרחבה בקלות והן עשויות לשפר את בטיחות התינוקות, למשל, על ידי הפעלת ניטור מרחוק בנסיבות כגון מגיפה. האלגוריתמים המסווגים הנוכחיים שלנו אומנו לזהות באופן ספציפי את היכולות המוטוריות, התנוחות והתנועות הנתונות שמוצגות בסכמת תיאור התנועתיות (איור 2A). תופעות אלו זוהו כאופייניות לתנועת תינוקות בשנתיים הראשונות לחיים. סוגים אחרים של תנועות או תנוחות הנראים אצל ילדים גדולים יותר, כגון ריצה או קפיצה, ידרשו סכמות תיאור תנועה מותאמות ואלגוריתמים מתאימים כדי להיות מאומנים כדי לזהות אותם. ניתוח תלוי הקשר יציבה הוא גישה פורייה שבה הפעילות המוטורית של התינוק מנותחת בנפרד בתנוחות שונות כדי לתמוך בלמידה, למשל, קורלציות התפתחותיות של התנהגות התינוק 5,6,7,8,9,13. לחלופין, ניתוח תנועה תלוי הקשר יכול גם לתמוך בהערכת אסימטריה בתפקוד המוטורי בעת ניבוי התפתחות שיתוק מוחין חד צדדי 10,12,14,15. יתר על כן, הערכת יכולות מוטוריות עם מערכת MAIJU עשויה להיות משולבת עם שיטות מחקר אחרות, כגון מעקב עיניים, הדמיה או הקלטת וידאו, כדי לספק נתונים רב-מודאליים, המשתרעים על פני סוגים והקשרים שונים. נתונים רב-מודאליים עשויים להיות שימושיים, למשל, בהערכת ההשפעות של אינטראקציה חברתית או היעילות של התערבות טיפולית.
להצלחתן של טכנולוגיות לבישות חדשניות בסביבות ניטור חוץ-אשפוזיות עם תינוקות, יש לטפל במגבלות, אתגרים וחששות אתיים מסוימים. צינורות הניתוח שלנו הוכשרו ואומתו באמצעות תינוקות המתפתחים בדרך כלל בפינלנד 10,11,12. תוצרי הניתוח הגולמי עם תנוחות ותנועות טהורות צריכים להיות אוניברסליים. עם זאת, מסלולי ההתפתחות שלהם עשויים לדרוש התאמות עבור תרבויות מגוונות ומיקומים גיאוגרפיים. על פי משוב ההורים לגבי מכשירים לבישים, הם נתפסים בחיוב בשל ידידותיות לתינוקות16. עם זאת, הורים עשויים להעלות חששות בנוגע לפרטיות, גישה לנתונים והיבטים מעשיים של המשפחה (למשל, מטפלים מרובים, מבקרים ולוחות זמנים משתנים). תלות בחיי הסוללה של החיישנים והטלפון המקליט יכולה להיחשב כמגבלה של השיטה. מניסיוננו, דגם הסוללה (CR2025) מחזיק מעמד בדרך כלל יום שלם (12-24 שעות) בעת שימוש בהזרמת נתונים רציפה. יש לציין כי הדבר תלוי הן במותג הסוללה והן בחוזק חיבור ה- Bluetooth הדרוש להעברת נתונים אלחוטית, המשתנה ללא הרף כדי למקסם את העברת הנתונים בסביבת ההקלטה. לדוגמה, מרחק רב בין התינוק לטלפון או קיר ביניהם יתאימו את חיבור הבלוטות’ לצריכת סוללה גבוהה משמעותית. יש לציין כי הסוללות של רוב המכשירים הניידים מתרוקנות גם הן בערך באותו זמן אם משתמשים בהזרמת Bluetooth רציפה. בפועל, הזרמת הנתונים הרציפה המשמשת כיום באמצעות חיבור Bluetooth מרמזת כי הן החיישנים והן המכשירים הניידים זקוקים לטעינה / החלפת סוללה יומית. הצגתם בעתיד הקרוב של חיישנים בעלי קיבולת זיכרון גדולה יותר תאפשר אחסון נתונים בזיכרון החיישן, ותתמוך ביותר משבוע של הקלטה רציפה. זה יבטל את הצורך בהזרמת Bluetooth צורכת חשמל, כמו גם נשיאת הטלפון בטווח Bluetooth שעשוי להיתפס כמגביל במצבי הקלטה וחשוף לטעויות אנוש.
באופן כללי, מעקב אחר התפתחות עצבית מוקדמת דורש שיטות רגישות לשונות נוירו-התנהגותית טבעית. התפתחות מוטורית גסה היא תהליך מורכב המורכב משינויים בסדר ובתזמון, הן ברמה האישית והן ברמה התרבותית4. זיהוי התפתחות מוטורית לא טיפוסית יעיל בזיהוי תינוקות בסיכון למגוון רחב של הפרעות נוירו-התפתחותיות. סוללות בדיקה מסורתיות עם הערכות נוירו-התפתחותיות סטנדרטיות מבוצעות בסביבות מבוקרות, כגון בתי חולים, והן סובייקטיביות לפחות חלקית 7,8,9. ההתקדמות הנוכחית בטכנולוגיית חיישנים וניתוח אותות אפשרה הקלטות של היכולת המוטורית הספונטנית של תינוקות לאורך תקופות ממושכות בסביבה חוץ-אשפוזית וכימות של ההתנהגות המוטורית בדיוק דומה לצופים אנושיים 10,11,12. טכנולוגיה לבישה חדשנית מציעה שיטות אוטומטיות וניתנות להרחבה לניטור תנועה ויעילות התערבות טיפולית בתינוקות באופן תקף ואובייקטיבי מבחינה אקולוגית. יתר על כן, המדד הנוירו-התפתחותי החדש Baba Infant Motor Score (BIMS) מאפשר להעריך את בשלות היכולת המוטורית של תינוקות על ידי מעקב פרטני אחר התפתחות עצבית10,12. ניתן להשתמש בו במגוון יישומים עתידיים, כגון פיתוח תרשימי גדילה מוטוריים לתינוקות12. על ידי אימון המסווגים האוטומטיים לתנועתיות ספציפיות אחרות (למשל, עבור ילדים גדולים יותר או מבוגרים) עם סוגים שונים של סכמות ואלגוריתמים של תיאור תנועה, חיישני התנועה הלבישים הם בעלי פוטנציאל ליישומים קליניים, כגון הפרעות תנועה או מעקב אחר ההשפעות של התערבויות טיפוליות ללא קשר לשלב ההתפתחותי של הפרט17. כיום, עם זאת, יש לראות זאת כמתודולוגיה מחקרית שאין להשתמש בה כדי ליידע אבחון קליני או מטרות טיפול.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי האקדמיה הפינית (314602, 335788, 335872, 332017, 343498), הקרן הפינית לרפואת ילדים (Lastentautien tutkimussäätiö), Aivosäätiö, קרן סיגריד יוסליוס וקרנות המחקר של בית החולים לילדים HUS / מרכז האבחון HUS.
iOS device (version 16.5 or higher) | Apple | n/a | |
MAIJU jumpsuit | Planno Ltd | n/a | customized for purpose |
Maijulogger (mobile application) and sensor firmware | BABA Center (www.babacenter.fi), Kaasa solutions GmbH | n/a | constructed by Kaasa Solutions, distributed by Baba Center |
Movesense movement sensor | Movesense (www.movesense.com) | n/a |