无线监控系统的可用性研究阿尔茨海默病老年人口

文摘

医疗技术逐渐进入我们的日常生活,与新智能设备和技术来取代旧的。尽管他们是为了帮助人们,反应并愿意使用这种新设备可以意想不到的人,尤其是老年人。我们进行了一次可用性研究的监控系统在一段长期的养老院。受试者老年人拥有先进的阿尔茨海默氏症。这里的研究突出了面临的一些挑战的使用可穿戴设备和经验教训。结果给我们有用的见解,导致人体工程学和美学的修改我们的可穿戴系统,显著提高了可用性和接受。新评估绩效评估指标设计的可用性和可接受性。

1。介绍

医疗技术利用无线传感器已达到高水平的成熟度和可靠性,因此这些设备已经被部署在家里/养老院用于管理人们的健康。要充分利用这些普遍的渗透系统在民生和收获他们的全部好处,必须微创技术,必须接受用户心甘情愿。

验收的必要条件是福利的意识的用户使用该系统。因为年轻人是现代传感器设备非常熟悉,他们愿意接受新技术的引入护理过程。相比之下,老年人,这些监控设备的主要受益者人口,还有他们不愿意使用它们。尽管越来越多的老年人意识到普遍的健康监测系统的优点,他们很少了解它是如何工作的。

与阿尔茨海默病(AD)的增加老年人的人口,这里存在一个关键的需要技术支持的护理过程。由于没有治愈未扭转这些个体之间的认知能力下降,技术可以有助于安全地履行正常的生活活动。

不幸的是,人们受广告影响有困难在了解他们的健康状况,和一个设备或系统的使用,可以帮助在他们的日常活动。他们中的一些人有不同的知觉的对象,容易忘记使用或被坚决地不使用它们。在我们最初的研究中我们发现,即使是最简单的交互设备,如腕带按钮或呼叫按钮提醒医护人员在紧急情况下不太可能使用它们。

尽管医疗设备和网络的技术成熟度,做了一些努力来评估他们的可用性和可接受性在部署之前房屋和疗养院。健康监控平台开发目前主要集中在功能使用特定的传感器,特定于供应商的软件,和协议,而没有充分解决可用性问题。

我们解决这个差距通过执行这种探索性研究如何增加我们的嵌入式监控系统的可用性和可接受性,一小群老年人受到广告的影响。在这项研究中,我们使用了无线加速度计和脑电图(EEG)记录器综合微创监测传感器(mim)系统(1),目的是检测可能的瀑布和他们的先决条件。无线监控系统不需要任何与对象的交互使用。然而,生活环境应该包括网络基础设施与有线警报系统连接到中央护士护理站和/或无线网络手持设备由护士。

我们定义特别的可用性和可接受性参数和评估他们在一个月漫长的现场试验与长期护理之家居民。结果给了我们一些重要的见解,导致人体工程学和美学修改我们的系统,显著提高其可用性和接受。

2。相关工作

许多从事健康监测系统调查比较我们别人的方法。虽然每个系统研究已经部署了很长一段时间,观察令人失望,没有一个报告关于用户的系统的可接受性。只有技术描述了公众对这些系统。

例如,曹等人的调查使身体技术无线区域网络(2]讨论了网络特征,如无线连接的类型(蓝牙、超宽频无线个域网)和身体传感器发送的信号的路径损耗根据他们放置在身体和所使用的无线电频率。绩效评估及其可用性研究结果失踪。

被称为讽刺的嵌入式监控系统3)收集一个主题的运动和位置信息。讽刺需要传感器插入所穿的服装的用户不需要用户的交互。在本地传感器收集和存储数据。定期,数据上传到一个基站进行进一步分析和存档。介绍了设计包括一个分层架构(基站和传感器)。这个系统的实际测试和适应性研究还不为人知。

秘银LiveNet系统[4)是另一个分布式移动系统的实时监控和分析一个人的健康状况。虚构的体系结构提供了许多功能来执行分布式传感、实时分类,和上下文意识到应用程序。它利用PDA应该穿的病人。穿在身上传感器发送数据通过网络基础设施和机器学习进行信息交换的基础设施是用来收集数据的分类。再次,可用性和适应性的结果都没有报告。

最后,作者在发展中所获得的经验下降监测系统提出了(5,6]绝对证明可用性研究是非常重要的提供所需的指标来评估健康监测系统的性能在实际应用中,特别是在老年人人口。

3所示。材料和方法

我们使用的设备的可用性研究是基于描述的mim项目系统(1]。我们开发了mim项目,目的是提供一个灵活的和可扩展的平台,建立一个全面的和可定制的健康监测系统,保证不同传感器系统之间的互操作性。mim项目可以很容易地集成与任何无线通信系统已经到位,与任何现有网络预警系统。图1显示了完整的监测系统,由四个传感系统。

系统1是一个探测器。它由一个无线传感器节点(基础,在我们的案例中,在微光2 r平台上(7)能够理解人类运动使用嵌入式加速度计。单片机(MSP430的家庭)可以执行芯片上的分析和与基站通信使用蓝牙模块或内部IEEE 802.15.4无线提供服务,如图2。电池供电的,小,轻,这种装置可以方便地在腰部附近。设备运行一个简单但非常可靠的跌倒检测算法中描述(6]。简而言之,每次加速度达到给定的阈值,样本属于一个固定的时间窗口的事件被发送到基站,进而分析了加速度的模式和决定事件是由于日常生活的活动(即。假警报)或一个真正的秋天。对于一个真正的秋天,系统通知看护者警报系统。

系统2由无线传感器电生理学基础,在我们的案例中,在Enobio平台上(8)就是能实时捕捉一个人的大脑活动。四个数字电极连接到Enobio通信模块和放在Enobio头巾。数据从这些电极/通道无线传送到一个基站使用内部IEEE 802.15.4低功率无线电标准提供服务。基站是由Enobio USB接收器连接到电脑。两个有线耳夹电极(潜在地和潜在地反馈)感觉到作为参考信号。Enobio(见图3)是戴一顶帽子和不仅可以记录大脑活动而且心脏活动通过心电图(ECG)和眼球运动通过一个眼电图(小城镇)。Enobio软件是一个Java应用程序,它允许(i) Enobio和PC之间的无线通信;(2)数据记录;(3)数据显示;(iv)的数据转发给其他客户。数据编码为简单的ASCII文件标签分隔列,也可以出口到很常见的科学格式EDF(欧洲数据格式)。我们使用系统2分析EEG潜力在不同的睡眠阶段,目的是研究大脑信号模式前下降。

系统3是由环境传感器,如压力垫,放置在护理环境监测躺在床上或坐在椅子上,和体积运动探测器,它占地10.7×9.1米,用于检测运动和活动,如进入/离开一个房间。门传感器被放置在顶部的门,窗户,和抽屉探测时打开或关闭;马桶垫传感器检测都存在在浴室或厕所附近监视活动和潜在的安全问题,如瀑布附近的厕所;紧急按钮可以放在事故可能发生的地方;他们是7.6厘米直径;按下时,发送警报到看护者或紧急响应服务。主面板作为一个基站和收集数据从传感器利用无线电频道和专有协议(通用电气(General Electric);基站电池备份和装备了GSM收发器和一个接口固定电话。

系统4是一个基于摄像头监控系统利用互联网不断地流视频记录人类活动(视觉运动检测)选择性区域和指定观察一段时间(例如,在夜间)。有两种类型的相机:固定无线摄像头(ADCV510)和一个锅/倾斜相机(ADC-V610PT)。他们都有现场640×480分辨率选项,320×240、176×144,而录音640×480、320×240分辨率选项;录音基于mpeg - 4压缩。视频运动检测可以配置了三个不同的窗口有可调节的敏感性和阈值。流媒体的视频网络依赖于无线wi - fi路由器和标准加密(WEP、WPA或WPA2);相机还可以连接使用一个标准的以太网连接。他们的设计工作Alarm.com主持视频服务提供一个监视解决方案。高质量的生活和记录视频可以通过web浏览器或客户通过移动应用程序。用户可以设置和回忆“预设”视图或远程手动平移和倾斜相机。

遥感资源约束的情况下,处理,存储,和沟通,一些计算操作委托给虚拟中心,这是一个基站智能手机上运行的环境。虚拟中心接收子系统和数据连接到本地医疗信息系统通过友好的图形用户界面。mim项目平台的全面描述中可以找到(1]。

系统1和系统2的例子主动监测传感器系统(研究院)。他们,因为他们是基于可穿戴设备,提供优势的持续监控,成本和效率。然而,他们可接受性很大程度上取决于可用性水平。系统3和4,相反,没有考虑在本研究环境系统、重大关切的入侵和隐私而不是可用性。

3.1。测量的可用性和可接受性

根据人体工程学原理9),系统的设计必须遵循用户的需求、恐惧、心智模式、自学能力、社会行为,生活方式,和时尚品味。事实上,准确了解最终用户只能通过观察他们。

监控广告/痴呆患者的生活在一个家庭或一个养老院,提供合适的护理需要24×7连续监测他们的日常活动10]。他们的一些常规的日常活动是走在一条走廊,看电视,和护理人员的帮助下,吃早餐,午餐,晚餐,和药物;一些受试者在下午有一个小小睡。他们容易迷茫和徘徊在白天或晚上的任何时间,统计数据显示,他们更容易摔倒相比一般老年人口(11]。赔偿精神运动不足,变体使用医疗设备如手杖,拐杖和轮椅。然而,并不是所有的科目都能够理解(或记住),他们需要使用他们在行走活动,防止下降。

在这种背景下,我们可用性定义为一个设备的水平可以帮助用户在不影响他/她的日常生活的正常活动。可接受性被定义为指导设计师意识到的约束因素,满足人的需要,因此人们的意愿来使用。以下是我们开发的评价标准来衡量的可用性和可接受性:(1)愿意使用(WTU),(2)轻松学习(ETL),(3)时间接受(TTA),(4)愿意保持(WTK),(5)的错误数量(一)由于不正确的交互,(6)的满意程度(洛杉矶),(7)干扰日常生活活动(IWA)。

的排名评估标准如表所示1。

尼尔森的研究成果(12)已经表明,可以适当进行可用性研究5主题,因为用户的行为随着数量的增加变化不明显。这匹配的明显事实执行小测试设备不需要巨额投资,这使得测试可行时,在我们的例子中,它是以非常关键的人口如老年人受到广告的影响。当然,这并不适用于统计研究,但在这里我们感兴趣只有定性的结果,作为改善的目标是获得的见解的设计可穿戴设备根据接收到用户的反馈来提高可用性和适应性。

根据这些观察,我们试图获得最大的收益成本比通过提供可用性和可接受性测试与高龄四个科目受广告影响。四个受试者参与试验从75年到92年的历史。他们都是在痴呆的惊人的阶段的发展和相关的异常行为,从而限制了可用性研究。特别是,广告主题在水平的5/6 Reisberg阶段,他们是低于12分30(严重认知障碍)的MMSE (Folstein测试)。所有的患者在长期护理。

应该是这里提到,24×7个人监测广告,许多试验之前进行一个完整的数据收集完成,与这些测试的结果,一些不能在连续几天完成。一些因素监测的难度是年龄,疾病,和相关的行为。然而,观察是无价的。

4所示。结果与讨论

表2总结研究结果使用系统1和2的mim项目平台。经验和反应的受试者在适应的可穿戴设备和监控会议报告的可用性和可接受性标准上面所描述的那样,一起观察反应的受试者。

整体的研究表明,一些修改设备放置的方式,彩色,或与服装、集成和一些令人信服的故事后戴着设备的重要性,广告最终个人穿着和受益于监测技术。自从微光传感器必须放在腰部,系统可用性和接受1取得高于2。从这项研究中,我们发现集成传感器与服装,以便它可以被视为一个日常配件,使它更好的接受。在这一过程中,设备必须在个人,防止窒息和着装男性和女性之间的差异必须考虑。由于设备是敏感的动作,小心穿实践时必须遵守放置/移除设备,和触摸,干预,或打破设备应避免在特定的活动,比如躺在床上(在午睡)或坐在椅子上。

因此,我们采用以下两种解决方案。(1)设备被集成到一个皮带扣(见图4(一))。皮革样式给扣复古美学,使它适合于男性和女性。(2)设备被连接到一条尼龙搭扣带。两个小条纹是交叉持有设备公司,妥善放置在腰(图4 (b))。对于女性来说,该设备是隐藏在衬衫/背心。

很大的努力是必要的,以提高系统的可用性,等Enobio传感器必须戴一顶帽子在晚上睡觉。主要问题出现从笨重的电池组和发射机在用户的颈背,这最初几乎不可能进行睡眠测试。在研究过程中,我们反复修改了设备以提高其可接受性(WTU衡量)和使它尽可能最小侵入为了避免用户感觉尴尬而穿着它(WTK衡量)。

提高Enobio传感器的人体工程学,我们把电池/发射器从头部和颈部的头顶在腰带上。可接受性,我们观察到,老年人喜欢戴帽在夜里来取暖;所以我们在审美方面通过嵌入传感器工作在帽子风格帽光质地,防止出汗(见图5)。然而,它的发生,一些用户把帽子之前进入深度睡眠。部分解决这个问题,要求他们把帽子戴上没有白天的传感装置。通过这种方式,他们结识了戴着帽子,不再注意到传感装置是嵌入在帽子在睡眠时间。

被认为是一个重要因素是设备的外壳的颜色。颜色有不同的影响和意义的空间或环境。明亮的颜色或颜色组合可以帮助视力受损的人了解环境。暖色如橙色红色,粉红色,黄色,棕色,和他们的阴影为识别对象是有利的。很酷的颜色如蓝色、绿色、紫色,和他们的阴影是有用的给一个冷静的印象,自由裁量权和宁静。这项研究给我们的证据表明,当一个设备有一个最喜欢的颜色,使它更容易接受的,因为它发生在主题1到我们为Enobio提供了一个粉红色的帽子。

5。结论

技术应用于医疗保健是为了改善人们的健康。然而,并不是每个人都很容易接受等技术设计的工程师。可用性研究表明,监控装置的设计和开发必须考虑其目标用户的喜好,才能广泛部署。非技术因素取决于必须考虑用户和环境的快速适应能力和改善护理中获得收益。

在我们坠落,监测项目所开发的无线传感器设备进行测试,以评估他们的可用性在广告中老年人长期护理。这个难得的机会给了我们许多见解导致积极的变化在我们的系统在人体工程学和美学,以及一些修改我们的系统架构。尽管样本量太小由于进行测试的复杂性和管理广告主题为测试的困难在日夜,我们能够实现定性可用性评估。

病人未觉察到的系统的好处是一个主要的问题。例如,Enobio脑电图可穿戴传感器曾测试与健康受试者睡眠研究的消息。即使他们报道略有不适,他们总是意识到经常戴着帽子和限制他们的动作在床上。在研究过程中,我们的病人表现出不同的反应。他们不了解睡眠测试执行。有些人认为这顶帽子是来取暖。虽然有人在床上没有动,假设整个晚上仰卧位,其他人一直把帽子。因此,测试他们的睡眠被打断的,帽子必须放回正确的位置几次。

研究表明,人体工程学和美学的修改是必要的,提高水平的可用性和可接受性,特别是在一个年长的用户群体。分析用户的着装是基本算出一个舒适和容易穿戴的解决方案。老年人通常是连接到一个特定的审美着装,他们喜欢/不喜欢的特点。他们喜欢简单,宽松,舒适的衣服,因此重点应该是一种复古的风格。不幸的是,这种宽松的衣服很难将可穿戴设备靠近身体为了准确监控。同时,必须注意这些设备不应引起皮肤瘙痒,皮疹或皮肤疾病,如果穿太紧。

从生产的角度来看,设备所穿的病人必须健壮和防水,避免意外损失(例如,传感器可以下降到装满水的水槽,也可以丢弃或干扰)。设备还应该提供一个开关或一个特殊的按钮被激活和停用的护士,然后将它。电池指示器是另一个元素,帮助护士确定如果设备需要充电。护理人员界面基本了解如何将每个传感节点分配给一个人,来查看历史和一般的状况。特别是,传感装置应定期发送消息的信号,他们是正常工作,在这种情况下,他们还将提供一个更新一个定位系统。

从技术的角度来看,它发现一个监控系统的部署应该考虑现有的通信网络基础设施和传感器的范围在一个预试阶段。这些测试将使修改的反馈系统的功能,以改善其性能和适应性。例如,在设计Shimmer-based原型我们最初设置传感器工作在100米的范围内的基站,没有考虑到我们的主题是用来沿着走廊走来回甚至远离他们的卧室。研究后,我们意识到的需要扩展传感器连续监测的报道。一种可能的解决方案是采用多次反射路由协议,与每个节点运行消息转发程序除了监控。然而,这将大大降低了节点的电池寿命,最后,系统的可用性。我们确定了正确的解决方案通过区分节点分为两种类型:传感节点,穿的人,转发节点在固定地点,连接到电源插座在养老院。传感节点将数据发送给基站通过转发节点,通过选择最接近的节点单跳距离。转发节点运行路由算法保证没有包丢失,这是一个关键需求,因为系统不能容忍无法投递的警报。

作为最后的言论,尽管成本分析超出了本文的范围,我们想强调这一事实,分析师认为解决的问题为什么技术创新往往会增加医疗保健的成本,而不是使事情更加简单和便宜13),技术可以节省成本的最好方法是如果是用于医疗系统更好地组织。从这个意义上讲,mim项目平台系统提供自动和无缝监控系统,使连续的数据收集,否则很难甚至不可能获得。mim项目设备的光技术成本用于我们的实验中,已知的和成熟的技术融合在一起,是在200美元和2000美元的订单系统1和2,分别。然而,我们必须意识到,这样的系统是由医疗成本的市场利益相关者除了研究实验室,其作用只是提出概念,创新的医疗体系。在商业使用,整个环境监测系统如图1部署在家庭医疗保健公司和北美一些省的养老院,为一个近似的成本100美元一个月。所以,当部署在大量,有相当大的节省医疗成本可控的设备成本。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者希望表达他们的感谢管理员,护士,和家庭居民的国王保健方式,加拿大新不伦瑞克参加了实验。研究人员提供的环境监测设备支持保健行业链接优势和BeClose是有价值的研究。这部分工作由基金会资助Cassa di Risparmio di卢卡,意大利,在项目“老人跌倒检测报警系统”(狗)。特别感谢将Arnoud Simonin和阿Zeifer,从U里摩日的实习学生,对他们的帮助在测试和帽子的人体工程学发展的解决方案。

引用

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