개발 및 대규모

Oct 26, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16211(2022) 이 기사 인용

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이 기사에 대한 저자 수정 사항은 2023년 1월 20일에 게시되었습니다.

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디지털 보행 바이오마커(걷는 속도 포함)는 기능 저하를 나타내고 입원 및 사망률을 예측합니다. 그러나 자주 사용되는 허리나 하지 장치는 평생 지속적으로 사용할 수 있도록 설계되지 않았습니다. 손목 장치는 어디에나 있고 많은 대규모 연구 저장소에는 손목 센서 데이터가 포함되어 있지만 손목 착용 가속도계에서 파생된 널리 수용되고 검증된 디지털 보행 바이오마커는 아직 사용할 수 없습니다. 여기에서는 손목 착용 장치에서 디지털 보행 바이오마커를 추출하는 고급 신호 처리 알고리즘의 개발과 78,822명의 영국 Biobank 참가자의 1주 데이터를 사용하여 검증하는 방법에 대해 설명합니다. 우리의 보행 바이오마커는 우수한 테스트-재테스트 신뢰성, 보행 속도 및 자가 보고 속도의 전자 보행 측정과의 강력한 일치를 보여 주며 자가 보고 건강 상태가 좋지 않은 개인을 크게 구별합니다. 스마트 시계가 거의 보편적으로 활용되면서 당사의 알고리즘은 평생 인구 수준의 보행 속도, 품질, 수량 ​​및 분포를 원격으로 모니터링하고, 질병 진행을 평가하고, 부작용 위험을 예측하고, 임상 시험을 위한 디지털 보행 종점을 제공하는 새로운 접근 방식을 제공합니다. .

일상적인 걷기 활동을 정량화하는 기술을 사용하면 개인 및 집단 건강에 대한 중요한 지표를 제공할 수 있습니다1. 디지털 보행 바이오마커는 웨어러블 장치 데이터에서 파생된 보행의 정량적 측정값입니다. 디지털 바이오마커 및 이동성 결과2,3의 보행 중심 하위 집합으로서 원격으로 획득할 수 있으며 임상 보행 평가4에 보완적인 정보를 제공할 수 있습니다. 디지털 보행 바이오마커는 기능적 상태5 및 일반 건강6과 연관될 수 있습니다. 기능 저하, 입원7 및 사망률8을 예측합니다.

이전 연구에서는 허리 또는 하지에 배치된 웨어러블 장치가 유효하고 신뢰할 수 있는 디지털 보행 바이오마커를 제공할 수 있음을 입증했습니다. 그러나 이러한 신체 부위에 배치하는 것은 어색하여 사용자 수용성과 규정 준수를 제한합니다9,10. 이와 대조적으로, 스마트 시계를 포함한 손목에 착용하는 장치는 수용성이 뛰어나며 거의 보편적인 활용에 접근하고 있습니다. 손목 착용 가속도 데이터는 영국 Biobank11, NHANES12 및 Newcastle85 + 연구13를 포함한 대규모 종단 연구에서 수집되었습니다. 예를 들어, 영국 바이오뱅크(UK Biobank)는 건강 데이터 저장소에 손목에 착용하는 AX3 3축 가속도계에서 수집한 103,578명의 1주간 활동 데이터를 포함합니다11. 신체 활동 수준11 및 활동 유형14에 대한 측정이 획득되었지만, 이러한 연구에서 디지털 보행 바이오마커 추출은 아직 수행되지 않았습니다.

이러한 누락은 손목 착용 장치를 사용하여 디지털 보행 바이오마커를 추출하는 데 있어 몇 가지 기술적 문제로 인해 발생했을 가능성이 높습니다. 손목 착용 장치는 착용자의 질량 중심에서 멀리 떨어져 있으며 팔 움직임의 영향을 받아 측정 소음이 증가하고 결과적으로 정밀도와 신뢰성이 낮아집니다15,16. 결과적으로 신호 피크 감지 및 제로 속도 업데이트와 가속도 통합과 같은 기존의 디지털 보행 바이오마커 추출 기술은 팔의 방향 및 독립적 움직임의 큰 변화로 인해 방해받을 수 있습니다. 실제로 손목에 착용하는 장치에서 디지털 보행 바이오마커를 추출하기 위해 현재까지 수행된 연구는 대부분 런닝머신과 정해진 길이의 보행로에서 제한된 걷기로 제한되었습니다. 결과 알고리즘은 실제 환경에서 더 복잡한 걷기 활동에 부적절할 가능성이 높습니다17,18. 두 가지 연구에서는 손목 착용 센서(기압계 및 가속도계 포함)를 사용하여 보행 속도와 케이던스를 추정했습니다19,20. 두 연구 모두 유망한 결과를 보고했지만, 건강한 자원자와 중간 정도의 표본 크기(n ≤ 30 참가자)만 포함하면 연구 결과를 더 넓은 인구 집단으로 일반화하는 것이 제한될 수 있습니다. 당연히 원격 평가에 가장 적합한 디지털 보행 바이오마커에 대한 합의가 아직 이루어지지 않았습니다2.