Original Title: Wearable Sensors and Artificial Intelligence for Monitoring of Parkinson's Disease
Source: tesidottorato.depositolegale.it
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាពាក់លើខ្លួន និងបញ្ញាសិប្បនិម្មិតសម្រាប់ការតាមដានជំងឺផាកឃីនសុន

ចំណងជើងដើម៖ Wearable Sensors and Artificial Intelligence for Monitoring of Parkinson's Disease

អ្នកនិពន្ធ៖ Luigi Borzì

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2023

វិស័យសិក្សា៖ Control and Computer Engineering

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការវាយតម្លៃគ្លីនិកនៃជំងឺផាកឃីនសុន (Parkinson's disease) ច្រើនតែធ្វើឡើងដោយកម្រ មានភាពលំអៀងទៅតាមអ្នកវាយតម្លៃ និងធ្វើឡើងតែនៅក្នុងមន្ទីរពេទ្យ ដែលធ្វើឱ្យមានការលំបាកក្នុងការតាមដានរោគសញ្ញាចលនាសំខាន់ៗប្រចាំថ្ងៃ ដូចជាការគាំងដំណើរ (Freezing of gait) ភាពយឺតយ៉ាវនៃចលនា (Bradykinesia) និងលំនឹងរាងកាយ។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការសិក្សានេះបានប្រមូលទិន្នន័យពីអ្នកជំងឺផាកឃីនសុនជាង ២០០ នាក់ ដោយប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាពាក់លើខ្លួន (IMU) និងស្មាតហ្វូន រួចអនុវត្តក្បួនដោះស្រាយបញ្ញាសិប្បនិម្មិតដើម្បីវាយតម្លៃ និងព្យាករណ៍ពីការថយចុះនៃសមត្ថភាពចលនា។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Convolutional Neural Network (CNN)
បណ្ដាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិតប្រភេទ CNN
អាចរៀន និងទាញយកលក្ខណៈពិសេសពីទិន្នន័យឆៅដោយស្វ័យប្រវត្តិ មិនត្រូវការការចម្រាញ់ (Feature Extraction) ដោយដៃ និងដំណើរការបានលឿនក្នុងពេលជាក់ស្ដែង។ ទាមទារទិន្នន័យច្រើនសន្ធឹកសន្ធាប់សម្រាប់ការហ្វឹកហាត់កម្រិតខ្ពស់ និងពិបាកក្នុងការបកស្រាយពីមូលហេតុនៃការសម្រេចចិត្តរបស់វា (Low interpretability)។ រកឃើញវគ្គនៃការគាំងដំណើរ (FOG) បាន ១០០% (លើទិន្នន័យ REMPARK) និងអាចព្យាករណ៍បាន ៥២,៣% ក្នុងរយៈពេលមធ្យម ៣,១ វិនាទីមុនពេលវាចាប់ផ្តើមជាក់ស្តែង។
Support Vector Machine (SVM)
ម៉ាស៊ីនវ៉ិចទ័រគាំទ្រ (SVM)
មានសមត្ថភាពខ្ពស់ក្នុងការធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ទិន្នន័យដែលមានទំហំតូច និងជួយពង្រីកគម្លាតព្រំដែនរវាងប្រភេទនីមួយៗបានយ៉ាងល្អ។ តម្រូវឱ្យមានការរៀបចំ និងចម្រាញ់លក្ខណៈពិសេសនៃសញ្ញា (Signal preprocessing & feature extraction) ជាមុន ដែលចំណាយពេលច្រើន។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវ ០,៩១៨ ក្នុងការទស្សន៍ទាយការគាំងដំណើរជាមុន (Pre-FOG) និងជាម៉ូដែលដ៏ល្អបំផុតក្នុងការវាយតម្លៃកម្រិតលំនឹងរាងកាយ។
Artificial Neural Network (ANN)
បណ្តាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិត (ANN/MLP)
អាចផ្តល់លទ្ធផលជាពិន្ទុបន្តបន្ទាប់ (Continuous scoring) ដែលជួយឱ្យការវាយតម្លៃមានភាពល្អិតល្អន់ជាងការដាក់ពិន្ទុជាលេខគត់ដាច់ៗពីគ្នា។ ងាយនឹងជួបបញ្ហា Over-fitting ប្រសិនបើមិនមានទិន្នន័យគ្រប់គ្រាន់ និងត្រូវការការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធបណ្តាញស្មុគស្មាញ។ ទទួលបានទំនាក់ទំនងគ្លីនិកកម្រិតខ្ពស់ (r = ០,៩២) ក្នុងការវាយតម្លៃភាពយឺតយ៉ាវនៃចលនា (Bradykinesia) ដែលខ្ពស់ជាងកម្រិតឯកភាពរវាងគ្រូពេទ្យ (០,៨៨)។
Linear Discriminant Analysis (LDA)
ការវិភាគការរើសអើងលីនេអ៊ែរ (LDA)
ដំណើរការបានលឿនខ្លាំង មានលក្ខណៈសាមញ្ញ និងមានសមត្ថភាពធ្វើសាមញ្ញកម្ម (Generalization) បានល្អនៅលើទិន្នន័យថ្មី។ ព្រំដែនលីនេអ៊ែររបស់វាអាចនឹងមិនគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីញែកទិន្នន័យចលនាដែលមានភាពស្មុគស្មាញ និងទាមទារចំនួនទិន្នន័យច្រើនជាងចំនួន Features។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវ ០,៩២១ ក្នុងការបែងចែកកម្រិតធ្ងន់ធ្ងរនៃបញ្ហាលំនឹង និងចលនា ដោយប្រើត្រឹមតែទិន្នន័យពេលអ្នកជំងឺបង្វិលខ្លួន។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការអនុវត្តប្រព័ន្ធនេះទាមទារធនធានកម្រិតមធ្យមសម្រាប់ការអភិវឌ្ឍ ដោយពឹងផ្អែកខ្លាំងលើទូរស័ព្ទស្មាតហ្វូនសម្រាប់ការប្រមូលទិន្នន័យ និងកុំព្យូទ័រដែលមានកម្លាំង GPU ដើម្បីហ្វឹកហាត់ម៉ូដែលបញ្ញាសិប្បនិម្មិត។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ទិន្នន័យនៅក្នុងការសិក្សានេះត្រូវបានប្រមូលពីអ្នកជំងឺវ័យចំណាស់នៅតំបន់អឺរ៉ុប (មានមូលដ្ឋានភាគច្រើននៅប្រទេសអ៊ីតាលី និងអឺរ៉ុបខាងលិច) ដែលមានវប្បធម៌ និងបរិយាកាសរស់នៅខុសពីប្រទេសកម្ពុជា។ ទម្លាប់នៃការដើរ ការពាក់ស្បែកជើង (ឬដើរជើងទទេនៅក្នុងផ្ទះ) ព្រមទាំងកម្រិតនៃការវិវត្តជំងឺនៅពេលធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យនៅកម្ពុជា អាចធ្វើឱ្យលក្ខណៈនៃសញ្ញាចលនា (Gait patterns) មានភាពខុសគ្នា ដែលតម្រូវឱ្យមានការប្រមូលទិន្នន័យបន្ថែមក្នុងស្រុកដើម្បីកែតម្រូវម៉ូដែលឱ្យមានភាពសុក្រឹត។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

វិធីសាស្ត្រនេះមានសក្តានុពលខ្លាំង និងស័ក្តិសមបំផុតសម្រាប់ប្រព័ន្ធសុខាភិបាលនៅក្នុងប្រទេសកម្ពុជា ដោយសារវាប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ដែលមានតម្លៃថោក និងមានស្រាប់នៅលើទីផ្សារ។

ការបំប្លែងបច្ចេកវិទ្យានេះមកប្រើនៅកម្ពុជា ទាមទារត្រឹមតែការបង្កើតកម្មវិធីទូរស័ព្ទជាភាសាខ្មែរ និងការប្រមូលទិន្នន័យក្នុងស្រុកបន្ថែមបន្តិចបន្តួចប៉ុណ្ណោះ ដែលវាជាដំណោះស្រាយសុខាភិបាលឌីជីថលដ៏ឆ្លាតវៃ និងចំណាយតិច។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃសញ្ញា និងម៉ាស៊ីនសិក្សា: ចាប់ផ្តើមរៀនភាសាកម្មវិធី Python និងការប្រើប្រាស់បណ្ណាល័យសម្រាប់ Machine Learning ដូចជា Scikit-Learn ដើម្បីយល់ពីដំណើរការនៃការធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ទិន្នន័យ។
  2. ប្រមូលទិន្នន័យចលនាបឋម للتេស: ប្រើប្រាស់កម្មវិធីទូរស័ព្ទមានស្រាប់ដូចជា SensorLogPhysics Toolbox ដើម្បីប្រមូលទិន្នន័យ Accelerometer និង Gyroscope ពីការដើរ និងការឈររបស់អ្នកស្ម័គ្រចិត្ត។
  3. អនុវត្តការចម្រាញ់លក្ខណៈពិសេសទិន្នន័យ: សរសេរកូដដើម្បីទាញយកលក្ខណៈពិសេស (Feature Extraction) ដូចជា Time-domain និងការបំប្លែង Frequency-domain (FFT) ដោយប្រើប្រាស់ MATLABSciPy
  4. កសាងម៉ូដែល AI សម្រាប់វាយតម្លៃ: សាកល្បងបង្កើតម៉ូដែល SVM សម្រាប់ទិន្នន័យតូចតាច និងឈានទៅប្រើប្រាស់ CNN ជាមួយ TensorFlowKeras ដើម្បីរៀនចាប់យករោគសញ្ញាចលនាដោយស្វ័យប្រវត្តិ។
  5. សហការស្រាវជ្រាវជាមួយមន្ទីរពេទ្យ: ទាក់ទងមន្ទីរពេទ្យក្នុងស្រុក (ឧទាហរណ៍៖ មន្ទីរពេទ្យសាកលវិទ្យាល័យអន្តរជាតិ ឬ Calmette) ដើម្បីស្នើសុំការណែនាំពីគ្រូពេទ្យឯកទេស និងប្រមូលទិន្នន័យអ្នកជំងឺជាក់ស្តែងសម្រាប់សាកល្បងភាពសុក្រឹត។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Freezing of gait (FOG) អាការៈមួយនៃជំងឺផាកឃីនសុន ដែលអ្នកជំងឺមានអារម្មណ៍ថាជើងរបស់ពួកគេជាប់ស្អិតនឹងកម្រាលឥដ្ឋ មិនអាចឈានជើងដើរទៅមុខបាន ទោះបីជាពួកគេមានបំណងចង់ដើរក៏ដោយ ដែលជារឿយៗបណ្តាលឱ្យមានគ្រោះថ្នាក់ដួលគ្រោះថ្នាក់។ ដូចជារថយន្តដែលរលត់ម៉ាស៊ីនពាក់កណ្តាលទី ទោះអ្នកខំជាន់ហ្គែរយ៉ាងណាក៏វាមិនព្រមរំកិលទៅមុខដែរ។
Bradykinesia ភាពយឺតយ៉ាវនៃចលនារាងកាយ ដែលជាលក្ខណៈចម្បងមួយនៃជំងឺផាកឃីនសុន ធ្វើឱ្យអ្នកជំងឺចំណាយពេលយូរខុសធម្មតាក្នុងការចាប់ផ្តើម ឬអនុវត្តសកម្មភាពប្រចាំថ្ងៃដូចជាការក្រោកពីកៅអី ឬការដើរ។ ដូចជាការចាក់វីដេអូក្នុងល្បឿនយឺត (Slow motion) ដែលរាល់សកម្មភាពទាំងអស់ត្រូវចំណាយពេលយូរជាងធម្មតា។
Inertial Measurement Unit (IMU) ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអេឡិចត្រូនិកដែលរួមបញ្ចូលឧបករណ៍វាស់ល្បឿន (Accelerometer) និងឧបករណ៍វាស់រង្វិល (Gyroscope) សម្រាប់វាស់ស្ទង់ពីកម្លាំងសន្ទុះ ទិសដៅ និងមុំលំអៀងនៃចលនារាងកាយរបស់អ្នកជំងឺ។ ដូចជាត្រីវិស័យនិងប្រព័ន្ធ GPS នៅក្នុងទូរស័ព្ទដៃរបស់អ្នក ដែលដឹងច្បាស់ពីទិសដៅនិងល្បឿនដែលអ្នកកំពុងធ្វើចលនា។
Convolutional Neural Network (CNN) ប្រភេទនៃបណ្តាញសរសៃប្រសាទបញ្ញាសិប្បនិម្មិត ដែលមានសមត្ថភាពអានទិន្នន័យឆៅ (ដូចជាសញ្ញាចលនាពីឧបករណ៍វាស់) ហើយទាញយកលក្ខណៈសម្គាល់ដោយស្វ័យប្រវត្តិ ដើម្បីទស្សន៍ទាយថាតើអ្នកជំងឺកំពុងស្ថិតក្នុងអាការៈគាំងដំណើរឬអត់។ ដូចជាអ្នកជំនាញពិនិត្យក្រដាសប្រាក់ ដែលចេះសង្កេតមើលចំណុចលម្អិតតូចៗដោយស្វ័យប្រវត្តិដើម្បីដឹងថាវាជារបស់ពិត ឬក្លែងក្លាយ។
Support Vector Machine (SVM) ក្បួនដោះស្រាយនៃម៉ាស៊ីនសិក្សា (Machine Learning) ដែលវាវិភាគលើទិន្នន័យដោយបង្កើតបន្ទាត់ ឬព្រំដែនដ៏ល្អបំផុត ដើម្បីបែងចែកក្រុមទិន្នន័យខុសៗគ្នា (ឧទាហរណ៍៖ បែងចែករវាងទិន្នន័យពេលដើរធម្មតា និងទិន្នន័យពេលជិតគាំងដំណើរ)។ ដូចជាការសង់របងបែងចែកព្រំប្រទល់ដីរវាងចម្ការផ្លែប៉ោម និងចម្ការផ្លែក្រូច ដោយធានាថាមានគម្លាតសុវត្ថិភាពធំបំផុតរវាងចម្ការទាំងពីរ។
Levodopa (L-Dopa) ON/OFF state ស្ថានភាពនៃការឆ្លើយតបទៅនឹងថ្នាំព្យាបាលជំងឺផាកឃីនសុន។ ស្ថានភាព "ON" គឺពេលថ្នាំកំពុងមានប្រសិទ្ធភាពជួយឱ្យអ្នកជំងឺធ្វើចលនាបានស្រួល ចំណែក "OFF" គឺពេលថ្នាំអស់ប្រសិទ្ធភាព ធ្វើឱ្យរោគសញ្ញាលេចឡើងវិញ។ ដូចជាទូរស័ព្ទដែលសាកថ្មពេញ (ON) ដំណើរការបានរលូនល្អ ចំណែកឯទូរស័ព្ទជិតអស់ថ្ម (OFF) គឺចាប់ផ្តើមគាំងនិងដើរយឺត។
Postural stability សមត្ថភាពរបស់រាងកាយក្នុងការរក្សាលំនឹង និងទប់ខ្លួនមិនឱ្យដួលកំឡុងពេលឈរ ឬធ្វើចលនា ដែលអ្នកជំងឺផាកឃីនសុនច្រើនតែបាត់បង់សមត្ថភាពនេះនៅដំណាក់កាលចុងក្រោយនៃជំងឺ។ ដូចជាការទប់លំនឹងជិះកង់លើខ្សែពួរ ដែលទាមទារឱ្យប្រព័ន្ធសរសៃប្រសាទបញ្ជារាងកាយឱ្យចេះកែតម្រូវទីតាំងខ្លួនឯងជានិច្ចកុំឱ្យធ្លាក់។
MDS-UPDRS ប្រព័ន្ធវាយតម្លៃស្តង់ដារអន្តរជាតិ (Movement Disorder Society-Unified Parkinson's Disease Rating Scale) ដែលគ្រូពេទ្យប្រើប្រាស់ដើម្បីវាស់ស្ទង់ និងដាក់ពិន្ទុលើកម្រិតភាពធ្ងន់ធ្ងរនៃរោគសញ្ញាចលនា និងបញ្ហាផ្សេងៗរបស់អ្នកជំងឺផាកឃីនសុន។ ដូចជាសៀវភៅពិន្ទុប្រឡងប្រចាំខែរបស់សិស្ស ដែលគ្រូពេទ្យប្រើដើម្បីវាយតម្លៃកម្រិតសមត្ថភាពចលនារបស់អ្នកជំងឺលើផ្នែកផ្សេងៗគ្នា។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖