⚡ electrical engineering

Real-Time and Real-World Gait Monitoring on a Wearable Device: A Fully Embedded System for Parkinson’s Disease

تقدم هذه الدراسة وتتحقق من صحة نظام مستشعر قدم قابل للارتداء ومدمج بالكامل، يتيح تحليل المشية في الوقت الفعلي وبزمن انتقال منخفض للمراقبة المستمرة وطويلة الأمد لمرضى باركنسون في حياتهم اليومية، محققاً دقة عالية في تقسيم الخطوات وتقدير المعايير الزمنية دون الاعتماد على المعالجة غير المتصلة بالإنترنت.

المؤلفون الأصليون: Jelina Unger, Goran Madzar, Syrine Slim, Ann-Kristin Seifer, Iliya Ghotbiravandi, Majid Dareini, Franz Marxreiter, Juergen Winkler, Heiko Gassner, Bjoern M. Eskofier, Hamid Moradi

نُشر 2026-09-11

📖 4 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة

CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Jelina Unger, Goran Madzar, Syrine Slim, Ann-Kristin Seifer, Iliya Ghotbiravandi, Majid Dareini, Franz Marxreiter, Juergen Winkler, Heiko Gassner, Bjoern M. Eskofier, Hamid Moradi

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

تُعد المشي إيقاعاً بشرياً أساسياً، وهو تسلسل من الخطوات التي يؤديها معظم الناس دون تفكير ثانٍ. ومع ذلك، بالنسبة للملايين من الأشخاص الذين يعيشون مع مرض باركنسون، فإن هذا الإيقاع يكون هشاً؛ إذ تسبب الحالة تقلبات غير متوقعة في حركة الجسم، حيث تصبح الخطوات عبارة عن جرّ للقدمين، أو تجمد، أو تعثر بطرق يمكن أن تتغير من ساعة إلى أخرى. لطالما اعتمد الأطباء على زيارات قصيرة للعيادة لتقييم هذه المشكلات، لكن اللقطة المأخوذة في العيادة غالباً ما تغفل الصورة الحقيقية لكيفية تحرك الشخص طوال يومه. ولفهم النطاق الكامل للمرض، يحتاج الباحثون إلى رؤية المريض في منزله، ومراقبته وهو يمشي أثناء إعداد القهوة، أو عبور الشارع، أو التنقل في غرفة مزدحمة. وكان التحدي يكمل في بناء أداة صغيرة وذكية بما يكفي لارتدائها على القدم، وقوية بما يكفي لتحليل الخطوات في اللحظة التي تحدث فيها، وفعالة بما يكفي لتستمر طوال اليوم دون استنزاف البطارية.

لقد طور فريق من الباحثين الآن نظاماً كهذا بالضبط وقاموا باختباره. فقد طوروا جهازاً مدمجاً يُثبت على الحذاء ويستخدم مستشعرات دقيقة لقياس الحركة في الوقت الفعلي. وخلافاً للأنظمة السابقة التي كانت تسجل البيانات للتحليل اللاحق في المختبر، يقوم هذا الجهاز بمعالجة المعلومات فوراً، في المكان الذي يوجد فيه المستشعر تماماً. وقد ابتكر الباحثون عملية من خطوتين لجعل ذلك ممكناً؛ أولاً، يتعلم الجهاز التمييز بين مجرد وقوف الشخص أو جلوسه وبين اللحظة التي يبدأ فيها بالمشي. وفقط عندما يكتشف حركة فعلية، فإنه ينتقل إلى تحليله الأكثر تعقيداً لتفكيك المشي إلى خطوات فردية. هذا التصميم الذكي يوفر الطاقة، مما يسمح للجهاز بالعمل لفترات طويلة دون الحاجة إلى إعادة شحن، مع ضمان أنه يعمل فقط عندما تكون هناك حاجة حقيقية لذلك.

اختبر الفريق ابتكاره بطريقتين متميزتين لضمان عمله في الظروف المنضبطة والظروف الواقعية المربكة على حد سواء. أولاً، استخدموا تسجيلات من 28 مريضاً بمرض باركنسون كانوا يرتدون مستشعرات مماثلة في منازلهم لعدة أيام متتالية. قاموا بتغذية هذه البيانات في نظامهم كما لو كانت تصل مباشرة، مما سمح لهم بضبط إعدادات الجهاز للتعامل مع المشية غير المنتظمة والمتذبذبة أحياناً لهؤلاء المرضى. ووجدوا أن النظام يمكنه تحديد وقت مشي الشخص بدقة تقتر% من المرات. وعندما تعلق الأمر بعدّ الخطوات وتوقيتها، كان الجهاز دقيقاً بشكل ملحوظ، حيث طابق أداء الأنظمة الحاسوبية الأكبر حجماً والتي تعمل دون اتصال بالإنترنت والتي تُعتبر المعيار الذهبي في الأبحاث.

ولإثبات قدرة النظام على العمل في الوقت الفعلي حقاً، اختبر الباحثون الأجهزة النهائية على 18 متطوعاً معافى. سار هؤلاء المشاركون في مختبر وهم يرتدون الجهاز، الذي أرسل البيانات لاسلكياً إلى جهاز كمبيوتر أثناء حركتهم. وأظهرت النتائج أن العملية بأكملها، من لحظة ارتطام القدم بالأرض إلى إرسال النتيجة إلى الكمبيوتر، استغرقت ما يزيد قليلاً عن ثانية واحدة. وقد حسب الجهاز وقت كل خطوة بهامش خطأ قدره 0.3%، وهو مستوى من الدقة كافٍ لرصد التغيرات الطفيفة في سرعة المشي والإيقاع التي غالباً ما تشير إلى تدهور أعراض باركنسون.

يكمن نجاح هذا المشروع في توازنه بين القوة والبساطة. فمن خلال استخدام مجموعة مباشرة من القواعد القائمة على فيزياء الحركة بدلاً من نماذج الذكاء الاصطناعي المعقدة التي تتطلب قدرة حوسبة هائلة، حافظ الباحثون على صغر حجم الجهاز وكفاءة استهلاكه للطاقة. المنتج النهائي هو علبة صغيرة، بحجم علبة الكبريت تقريباً، يمكن ربطها بالحذاء. وهي لا تحتاج إلى الاتصال بجهاز كمبيوتر أو خادم سحابي لتعمل؛ بل تقوم بالتفكير بنفسها. وتفتح هذه القدرة الباب أمام المراقبة المستمرة، حيث يمكن للأطباء والمرضى رؤية كيفية تغير القدرة على الحركة طوال اليوم، مما قد يؤدي إلى تحسين توقيت تناول الأدوية والاكتشاف المبكر للسقوط. وبينما تم اختبار النظام بصرامة على أشخاص أصحاء وبيانات محاكية للوقت الفعلي من المرضى، يشير الباحثون إلى أن الاختبار النهائي سيكون في كيفية أدائه عندما يرتديه المرضى خلال حياتهم اليومية غير المراقبة. وفي الوقت الحالي، يثبت هذا العمل أنه من الممكن جلب قوة تحليل المشية التفصيلي من المختبر إلى العالم الحقيقي، مما يوفر طريقة جديدة لمراقبة إيقاع المشي لأولئك الذين هم في أمس الحاجة إليها.

أبحاث مشابهة