Носимый датчик помогает пациентам с БАС общаться

Люди с боковым амиотрофическим склерозом (БАС) страдают от постепенного снижения способности контролировать свои мышцы. В результате они часто теряют способность говорить, что затрудняет общение с окружающими. Группа исследователей разработала растягивающееся устройство, похожее на кожу, которое можно прикрепить к лицу пациента для измерения небольших движений, таких как подергивание или улыбка. Используя этот подход, пациенты могут сообщать о различных чувствах с помощью небольших движений, которые измеряются и интерпретируются устройством.

Исследователи надеются, что устройство позволит пациентам общаться более естественным образом, без необходимости иметь дело с громоздким оборудованием. Мягкий, одноразовый, носимый датчик тонкий и может быть замаскирован косметикой, чтобы соответствовать любому оттенку кожи, что делает его ненавязчивым. Первоначальная версия устройства была протестирована на двух пациентах с БАС и показала, что оно может точно различать три разных выражения лица — улыбку, открытый рот и поджатые губы.

Устройство состоит из четырех пьезоэлектрических датчиков, встроенных в тонкую силиконовую пленку. Датчики, изготовленные из нитрида алюминия, могут обнаруживать механическую деформацию кожи и преобразовывать ее в электрическое напряжение, которое легко измерить. Все эти компоненты легко производить массово, поэтому, по оценкам исследователей, каждое устройство будет стоить около 10 долларов США.

Команда использовала процесс, называемый корреляцией цифровых изображений, на здоровых добровольцах, чтобы помочь им выбрать наиболее подходящие места для размещения датчика. Они нарисовали на лице случайный черно-белый узор в виде крапин, а затем сделали множество изображений области с помощью нескольких камер, когда испытуемые выполняли движения лица, такие как улыбка, подергивание щеки или рот в форме определенных букв. Изображения были обработаны программным обеспечением, которое анализирует, как маленькие точки перемещаются по отношению друг к другу, чтобы определить степень деформации, испытываемой в одной области.

Они также использовали измерения деформации кожи, чтобы обучить алгоритм машинного обучения различать улыбку, открытый рот и поджатые губы. Используя этот алгоритм, они протестировали устройства с двумя пациентами с БАС и смогли достичь точности около 75 процентов в различении этих различных движений. Показатель точности у здоровых испытуемых составил 87 процентов.

На основе этих обнаруживаемых движений лица можно создать библиотеку фраз или слов, соответствующих различным комбинациям движений. Технически можно создать тысячи сообщений. Информация с датчика отправляется на портативный процессор, который анализирует ее с помощью алгоритма, обученного различать движения лица. В текущем прототипе это устройство подключено к датчику проводом, но для упрощения использования соединение также можно сделать беспроводным.

Помимо помощи пациентам в общении, это устройство также можно использовать для отслеживания прогрессирования болезни пациента или для оценки того, оказывает ли лечение, которое они получают, какой-либо эффект.