Draagbare sensor helpt ALS-patiënten communiceren

Mensen met amyotrofische laterale sclerose (ALS) lijden aan een geleidelijke afname van hun vermogen om hun spieren onder controle te houden. Als gevolg hiervan verliezen ze vaak het vermogen om te spreken, waardoor het moeilijk wordt om met anderen te communiceren. Een team van onderzoekers heeft een rekbaar, huidachtig apparaat ontworpen dat aan het gezicht van een patiënt kan worden bevestigd om kleine bewegingen te meten, zoals een zenuwtrekking of een glimlach. Met deze benadering konden patiënten verschillende gevoelens communiceren met kleine bewegingen die door het apparaat worden gemeten en geïnterpreteerd.

De onderzoekers hopen dat het apparaat patiënten in staat stelt om op een meer natuurlijke manier te communiceren, zonder te hoeven omgaan met omvangrijke apparatuur. De zachte, wegwerpbare, draagbare sensor is dun en kan worden gecamoufleerd met make-up die bij elke huidskleur past, waardoor hij onopvallend is. De eerste versie van het apparaat werd getest op twee ALS-patiënten en toonde aan dat het drie verschillende gezichtsuitdrukkingen nauwkeurig kon onderscheiden:glimlach, open mond en getuite lippen.

Het apparaat bestaat uit vier piëzo-elektrische sensoren ingebed in een dunne siliconenfilm. De sensoren, die zijn gemaakt van aluminiumnitride, kunnen mechanische vervorming van de huid detecteren en omzetten in een elektrische spanning die gemakkelijk kan worden gemeten. Al deze componenten zijn gemakkelijk in massa te produceren, dus de onderzoekers schatten dat elk apparaat ongeveer $ 10 zou kosten.

Het team gebruikte een proces dat digitale beeldcorrelatie heet bij gezonde vrijwilligers om hen te helpen de meest bruikbare locaties te selecteren om de sensor te plaatsen. Ze schilderden een willekeurig zwart-wit spikkelpatroon op het gezicht en namen vervolgens veel foto's van het gebied met meerdere camera's terwijl de proefpersonen gezichtsbewegingen uitvoerden, zoals glimlachen, trillen met de wang of monden in de vorm van bepaalde letters. De beelden zijn verwerkt door software die analyseert hoe de kleine puntjes ten opzichte van elkaar bewegen om de hoeveelheid spanning te bepalen die in een enkel gebied wordt ervaren.

Ze gebruikten ook de metingen van huidvervormingen om een ​​machinaal lerend algoritme te trainen om onderscheid te maken tussen een glimlach, open mond en getuite lippen. Met behulp van dit algoritme testten ze de apparaten met twee ALS-patiënten en konden ze een nauwkeurigheid van ongeveer 75 procent bereiken bij het onderscheiden van deze verschillende bewegingen. Het nauwkeurigheidspercentage bij gezonde proefpersonen was 87 procent.

Op basis van deze detecteerbare gezichtsbewegingen kon een bibliotheek van zinnen of woorden worden gecreëerd die overeenkomen met verschillende combinaties van bewegingen. Technisch gezien zouden duizenden berichten kunnen worden aangemaakt. De informatie van de sensor wordt verzonden naar een handheld verwerkingseenheid die deze analyseert met behulp van het algoritme dat is getraind om gezichtsbewegingen te onderscheiden. In het huidige prototype is dit apparaat bedraad met de sensor, maar de verbinding kan ook draadloos worden gemaakt voor eenvoudiger gebruik.

Naast het helpen van patiënten om te communiceren, kan het apparaat ook worden gebruikt om de progressie van de ziekte van een patiënt te volgen of om te meten of behandelingen die ze krijgen enig effect hebben.