Sviluppo e grande

Oct 26, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16211 (2022) Citare questo articolo

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I biomarcatori digitali dell’andatura (inclusa la velocità di camminata) indicano il declino funzionale e predicono l’ospedalizzazione e la mortalità. Tuttavia, i dispositivi per la vita o gli arti inferiori spesso utilizzati non sono progettati per un uso continuo per tutta la vita. Sebbene i dispositivi da polso siano onnipresenti e molti grandi archivi di ricerca includano dati relativi ai sensori da polso, i biomarcatori digitali dell’andatura ampiamente accettati e convalidati derivati ​​da accelerometri indossati dal polso non sono ancora disponibili. Qui descriviamo lo sviluppo di algoritmi avanzati di elaborazione del segnale che estraggono biomarcatori digitali dell'andatura da dispositivi indossati al polso e la convalida utilizzando i dati di 1 settimana provenienti da 78.822 partecipanti alla biobanca del Regno Unito. I nostri biomarcatori dell’andatura dimostrano una buona affidabilità del test-retest, un forte accordo con le misurazioni elettroniche della velocità dell’andatura e del ritmo auto-riportato e discriminano in modo significativo gli individui con scarsa salute auto-riferita. Con la diffusione quasi universale degli smartwatch, i nostri algoritmi offrono un nuovo approccio per monitorare da remoto la velocità, la qualità, la quantità e la distribuzione della camminata a livello di popolazione per tutta la vita, valutare la progressione della malattia, prevedere il rischio di eventi avversi e fornire endpoint digitali sull'andatura per gli studi clinici. .

L’uso della tecnologia per quantificare l’attività quotidiana del cammino può fornire importanti indicatori della salute individuale e della popolazione1. I biomarcatori digitali dell’andatura sono misure quantitative dell’andatura derivate dai dati dei dispositivi indossabili. Essendo un sottoinsieme di biomarcatori digitali e risultati di mobilità focalizzati sull'andatura2,3, possono essere acquisiti a distanza e possono fornire informazioni complementari alle valutazioni cliniche dell'andatura4. I biomarcatori digitali dell’andatura possono essere associati allo stato funzionale5 e alla salute generale6; e sono predittivi di declino funzionale, ospedalizzazione7 e mortalità8.

Studi precedenti hanno dimostrato che i dispositivi indossabili posizionati sulla parte bassa della schiena o sugli arti inferiori possono fornire biomarcatori digitali dell’andatura validi e affidabili. Tuttavia, il loro posizionamento su queste regioni del corpo è scomodo e ciò limita l'accettabilità e la conformità da parte dell'utente9,10. Al contrario, i dispositivi da polso, compresi gli orologi intelligenti, hanno un’accettazione superiore e si stanno avvicinando a una diffusione quasi universale. I dati sull'accelerazione indossata al polso sono stati acquisiti in ampi studi longitudinali, tra cui gli studi UK Biobank11, NHANES12 e Newcastle85+13. Ad esempio, la Biobanca del Regno Unito include nel suo archivio di dati sanitari i dati sull'attività di una settimana acquisiti dall'accelerometro triassiale da polso AX3 di 103.578 persone11. Sebbene siano state ottenute misure dei livelli di attività fisica11 e dei tipi di attività14, l'estrazione dei biomarcatori digitali dell'andatura da questi studi non è stata ancora intrapresa.

Questa omissione è probabilmente dovuta a diverse sfide tecniche nell’estrazione dei biomarcatori digitali dell’andatura utilizzando un dispositivo da polso. I dispositivi da polso sono posizionati lontano dal centro di massa di chi li indossa e sono soggetti a movimenti del braccio che aumentano il rumore di misurazione con conseguente minore precisione e affidabilità15,16. Di conseguenza, le tecniche convenzionali di estrazione dei biomarker digitali dell’andatura, come il rilevamento del picco del segnale e l’integrazione dell’accelerazione con aggiornamenti a velocità zero, possono essere ostacolate da grandi cambiamenti nell’orientamento e nel movimento indipendente delle braccia. Infatti, la ricerca condotta fino ad oggi volta a estrarre biomarcatori digitali dell’andatura da dispositivi indossati al polso è stata per lo più limitata a passeggiate vincolate su tapis roulant e passerelle di lunghezza prestabilita; con algoritmi risultanti probabilmente inappropriati per attività di camminata più complesse in ambienti del mondo reale17,18. Due studi hanno utilizzato sensori da polso (compresi barometri e accelerometri) per stimare la velocità e la cadenza della camminata19,20. Sebbene entrambi gli studi abbiano riportato risultati promettenti, l’inclusione di soli volontari sani e campioni di dimensioni moderate (n ≤ 30 partecipanti) può limitare la generalizzabilità dei risultati a popolazioni più ampie. Non sorprende che non sia ancora stato raggiunto un consenso su quali biomarcatori digitali dell’andatura siano i migliori per le valutazioni a distanza2.