Wearable sensors in smart textiles

Transkript

1 Wearable sensors in smart textiles Kristina Malmgren Professor in Neurology Institute of Neuroscience and Physiology Sahlgrenska Academy Gothenburg University

2 wearitmed Stiftelsen för Strategisk Forskning

3 Upplägg Vilka neuromedicinska problemområden vi fokuserar på Vad vi önskar kunna mäta och varför Hur ska vi komma dit och med vilka metoder

4 wearitmed - Målsättning Mäta kliniskt relevanta rörelsemönster Definiera vilka övriga fysiologiska variabler som är viktiga att mäta vid de olika neurologiska sjukdomarna Utveckla mätsystem som möjliggör kontinuerliga mätningar också utanför sjukhus Därigenom förbättra diagnostik, uppföljningen av sjukdomsförloppet och göra det möjligt att skräddarsy behandling

5 Tre neurologiska diagnoser i fokus Epilepsi personer i Sverige har epilepsi. Parkinsons sjukdom personer i Sverige har Parkinsons sjukdom. Stroke drabbas årligen av stroke

6 Epilepsi attackvisa och varierade symtom De flesta epileptiska anfall varar <2 minuter Anfallen kan variera från attacker med enbart subjektivt upplevda stereotypa symtom, till frånvaroattacker och till anfall med medvetslöshet och generaliserade kramper Samma individ kan ha alla dessa symtom

7 Generaliserat tonisk-kloniskt anfall

8 Behandlingsmål vid epilepsi Uppnå anfallsfrihet eller en förbättrad anfallssituation utan besvärande biverkningar Minska risken för annan epilepsirelaterad sjuklighet, som plötslig död vid epilepsi. Risken för plötslig död är särskilt stor hos dem som har hög frekvens generaliserade krampanfall

9 Hur wearitmed skulle kunna förbättra behandling av epilepsi Mätning av anfall i hemmiljö skulle ge en större säkerhet då många inte vet om alla anfall Mätning inte enbart av rörelsemönster men också fysiologiska variabler som hjärtfrekvens och syrgasmättnad skulle kunna identifiera personer med ökad risk för plötslig död vid epilepsi Det skulle kunna vara första steget mot att utveckla en åtgärd

10 Parkinsons sjukdom neurodegenerativ men fluktuerande Läkemedelsrelaterade fluktuationer Fluktuationer utvecklas när sjukdomen fortskrider

11 Behandlingsmål Parkinsons sjukdom Lindra aktuella symptom Motverka de långsiktiga effekterna av dopaminbrist i hjärnan Undvika biverkningar på kort och lång sikt Liknar behandlingsmålen vid t.ex. diabetes eller högt blodtryck!

12 You can t manage what you can t measure. Time with doctor Other hours (a.k.a.life) Adapted from Sara Riggare

13 Hur wearitmed skulle kunna förbättra behandling av Parkinsons sjukdom Kontinuerlig igenkänning av under- och överbehandling baserat på rörelsemönster. Detektering av vissa ickemotoriska fluktuationer andning, hjärtaktivitet, blodtryck, temperatur Detektion av fall-riskbeteende och fall. Presentation av data så att det förbättrar patientens kontroll av sjukdomen och läkarens behandlingsstrategi

14 Stroke - vanliga rörelseproblem Påverkar rörelseförmågan i ena kroppshalvan muskelstyrka koordination tonus känsel balans fysisk aktivitet Ca 70-80% av strokeinsjuknade har nedsatt rörelseförmåga initialt Ca 30-40% har kvarstående problem och kommer att behöva hjälp i sina dagliga aktiviteter under längre tid

15 Återhämtning efter en stroke 5-10% 15-25% Langhorn 2011; Kwakkel 2013

16 Hur wearitmed skulle kunna förbättra rehabilitering efter stroke Kvantifiering av rörelser och rörelsekvalité för att mer specifikt rikta in träningsinsatser som stimulerar till motorisk återhämtning Symmetri, amplitud, kompensation Aktivitetsmonitorering över längre tid i naturlig miljö utanför sjukhus Fallprevention Sensorbaserad feedback under och efter träning

17 Variabler av betydelse att mäta i wearitmed Prioritet 1: - olika rörelser och deras tidssamband - puls Prioritet 2: - syrgasmättnad - hjärtfrekvensvariabilitet - blodtryck

18 Variabler av betydelse att mäta i wearitmed Prioritet 1: - olika rörelser och deras tidssamband - puls Prioritet 2: - syrgasmättnad - hjärtfrekvensvariabilitet - blodtryck

19 ACREO SWEDISH ICT AB KEY AREAS AND EXPERTISE

20 WEARITMED - ACREO Utveckling av elektronik och sensorsystem för rörelsemätning, puls, blodtryck, syrgasmättnad, m m Utveckling av algoritmer för detektion och diagnostik av epilepsi, Parkinsons sjukdom och stroke utifrån sensordata.

21 RÖRELSEMÄTNINGSSENSORER

22 SIGNALBEHANDLINGSVERKTYG FÖR DETEKTION AV EPILEPTISKA ANFALL

23 Identifikation och loggning av epileptiska anfall RÖRELSEMÄTNING PÅ EPILEPSIPATIENTER Sedan våren -08 är insamling gjord på 45 st patienter. Sammanlagt > 250 Gb data. Sammanlagt > 140 dygns inspelningar Sammanlagt > 200 st anfall Datorverktyg utvecklade för hantering av insamlad data Signal Window DC window Block j=1 Acceleration [g] Block j=2 Block j=3 Block j= Time [s] Signalbehandling utvecklade för identifikation av anfall. Falsklarm/dygn Patient st 1 st 2 st 3 st 0 0,5 1 1,5 Känslighet

24 UTVÄRDERING AV PARKINSONMEDICINERING Före medicinering Parkinson patient Efter medicinering Friska individer

25 Initialt skall variablerna mätas med hjälp av en tröja Rörelse & elektrisk pulsmätning Centralenhet Batteri Elektroder Rörelse & optisk pulsmätning

26 wearitmed - Textilhögskolan Forskningsfokus: - Textila sensorer känsliga för bärarens rörelser Hur realisera sensorer helt i textil? Hur kan de tillverkas industriellt? Går de att tvätta? - Plaggkonstruktion Hur ska plagget sitta för bästa funktion hos sensorerna? Hur ska plagget utformas för att passa många? Hur ska plagget utformas för att bli använt?

27

28 TRÖJA VERSION 1 Väl integrerad elektronik och ledningsbanor Rörelse & elektrisk pulsmätning Centralenhet Batteri Rörelse & optisk pulsmätning Textila pulselektroder Acreo Textilhögskolan

29 Utveckling av elektroaktiva textilfibrer för integrering i plagg o Polymerbaserade elektriskt ledande fibrer och garn ersätter metalltrådar vilket ger enklare integrering av sensorer i klädesplagg och bekvämare plagg. Olägenheter för patienterna reduceras och handhavandet i hemmiljö förenklas. Varp: piezo- Elektriskt garn o o Piezoelektriska sensorfibrer ger god mätnoggrannhet och möjlighet att mäta svaga rörelser, tex. rörelser som uppkommer pga. pulsslag i olika delar av kroppen. Ny tillverkningsteknik ger billigare produkter. Förbättrad teknik för ihopkoppling av elektroaktiva textilfibrer med elektroniska komponenter gör sensorplaggen mer robusta och enkla att hantera för patienterna. Piezo signal (V) Väft: Ledande garn Piezo signal Strain % Tid Starin (%)

30 TRÖJA VERSION 3! Rörelsemätning & elektrisk pulsmätning inkl. HR variabilitet Utmärkt passform för varje individ Textila ledningsbanor Centralenhet Batteri Textila rörelsesensorer Rörelsemätning & optisk pulsmätning inkl. syremättnad Sensorer för blodtryck Textila pulselektroder Acreo Textilhögskolan Swerea

31 Patientinvolvering Vi planerar fokusgrupper med patienter för att nå användbara lösningar som: 1 vs 8,765 Fungerar i patientens vardag Ger direkt nytta i patients vardag Ger konkreta bidrag till förbättrad diagnostik och vård

32 Varför utveckla egen teknik? Det finns mycket ny hälsoinriktad teknik för att mäta t ex aktivitet/rörelse och puls varför använder vi inte den? Stroke, epilepsi och Parkinson är neurologiska tillstånd som kräver samtidig registrering och integrerad analys av flera olika signaler av hög kvalitet Vi följer utvecklingen för att se om/när befintlig teknik kan bidra

33 Vi kan inte göra allt själva! Vi planerar en serie workshops för att delge vårt arbete men också för att bjuda in andra att bidra med lösningar I ett senare skede behöver vi kommersiella partners för att nå ut med tekniken i större skala

34 wearitmed Tack för uppmärksamheten!