Itsehallinnollinen etäneurologinen tutkimus mobiilisovelluksen avulla aivokasvaimipotilailla (NEMO)

Mobiilisovellus "Iskhaa" kehitetään yhteistyössä Electronics Divisionin kanssa Bhabha Atomic Research Centre (BARC):ssa. Sovellus on yhteensopiva Android version 8.0 tai uudemman kanssa. Ohjelmistossa on kaksi osaa - mobiilisovellus (potilaille ja terveydenhuollon ammattilaisille) ja työpöytäsovellus (terveydenhuollon ammattilaisille). Sovelluksella tallennettu data säilytetään suojatulla sairaalapalvelimella, joka on saatavilla sairaalaverkoston kautta. Sovelluksen tallentamien eri kliinisten ominaisuuksien näyte sisältyy liitteeseen A. Mobiilisovellus kehitetään aluksi englanniksi ja käännetään myöhemmin hindiksi, marathiksi ja bengaliksi päivitetyissä versioissa alkuperäisten 3-6 kuukauden aikana. Esitallennettuja videoita käytetään ohjaamaan potilaita toistamaan neurologista tutkimusta varten tallennettavia toimintoja. Esimerkkejä tällaisista ohjeista ovat puhe (potilasta pyydetään puhumaan kiinteitä lauseita), kävelytyyli, esim. 20 askeleen kävely, tandem-kävely aivopuoliskon toiminnan tarkistamiseksi, yksittäisten raajojen nostaminen jne. Lisäksi Euroopan syöpätutkimus- ja hoidon järjestön (EORTC) elämänlaatukysely (QLQ-C30) ja aivokasvainmoduuli (BN20) ovat saatavilla mobiilisovelluksessa. Tallennetut oireet säilytetään suojatussa tietokannassa, ja tutkimuksen tutkijoilla on pääsy niiden tarkasteluun joko mobiili- tai työpöytäsovelluksia käyttäen. Kun arviointi (joko paikan päällä tai etänä) on suoritettu, data päivitetään sähköisesti Tata Memorial Centressä sijaitsevalla keskuksella, ja tutkija saa muistutuksen. Sovelluskäyttöliittymän version päivitystä parempaan käyttäjäyhteensopivuuteen ja ohjelmistopäivityksiä tehdään ajoittain tarpeen mukaan. Sovelluskäyttöliittymän näyte on esitetty alla olevassa kaaviossa.

Tutkimukseen seulotaan yli 5-vuotiaita potilaita, joilla on aivokasvaindiagnoosi, odotettavissa oleva elinajanodote yli 6 kuukautta ja jotka kykenevät noudattamaan mobiilisovelluksen ohjeita. Heidät otetaan mukaan allekirjoitettuaan kirjallisen suostumuksen tai hyväksynnän tarpeen mukaan. Tutkimuksen alkuvaiheeseen kuuluu 100 potilaan paikan päällä tehtävä arviointi, joilta vaaditaan mobiilisovelluksen käyttöä oireiden arvioimiseksi ja videoiden tallentamiseksi neurologista toiminnallista arviointia varten. Tässä vaiheessa sovellus asennetaan tiettyihin matkapuhelimiin (jotka eivät kuulu potilaalle). Arvioinnin suorittamisen jälkeen kaikki potilaat arvioidaan vastuullisen lääkärin toimesta klinikalla, joka noudattaa standardeja protokollia. Suoritetaan yksityiskohtainen neurologinen tutkimus kattamaan kaikki mobiilisovelluksessa saatavilla olevien oireiden ja toiminnallisen arvioinnin osa-alueet. Paikan päällä tehtävän arvioinnin ensisijainen tarkoitus on tarjota teknistä tukea sovelluksen käyttöön sisäisen tiimin toimesta ennen asennusta potilaiden mobiililaitteille mahdollistaen saumattoman siirtymisen ja käytön. Arvioinnin toiseen vaiheeseen kuuluu 500 potilasta, jotka suorittavat virtuaalitutkimuksen (etänä). Mobiilisovellus asennetaan kunkin potilaan omalle puhelimelle, kun suostumus tutkimukseen osallistumisesta on saatu. Potilaita vaaditaan suorittamaan kuukausittaiset arvioinnit kotona, ja heille asetetaan muistutukset ajallisten arviointien suorittamiseksi. Heille soitetaan muistutus, jos arvioinnin suorittaminen viivästyy 7 päivällä. Potilaat ja hoitajat pystyvät tallentamaan ja lataamaan videon mobiilikameralla. Lisäksi potilaille annetaan ohjeita suorittaa itsenäisiä arviointeja (aikatauluttamattomia) oireiden pahetessa. Potilaat jatkavat seurantaa klinikalla fyysistä arviointia varten 3-6 kuukauden välein standardin instituutiokäytännön mukaisesti ja kuvantamistutkimuksia ajoitetaan 6-12 kuukauden välein histologisen diagnoosin mukaisesti tai klinisesti määrättynä neurologisen tilan heikkenemisen sattuessa vastuullisen lääkärin päätöksellä ilman, että tutkimukseen osallistuminen vaikuttaisi tähän millään tavalla.

Kaikki suoritetut tiedot ovat saatavilla tutkimuksen tutkijoille noudettavaksi. Oireilun arviointi esitetään kuvaavina tilastoina ja sarjamuutoksia analysoidaan. Sovelluksella tallennettuja tietoja verrataan lääkärin arviointiin jokaisen klinikkakäynnin aikana. Laskennallista analyysiä suoritetaan kaikille potilaan suorittamille ja video-muodossa tallennetuille yksittäisille tehtäville. Neurologista toimintaa (esim. kävelytyyli ja liike) tallennetaan käyttäen tekoälyalgoritmeja hybridimallilla, joka yhdistää konvoluutioneuroverkot (CNN) ja vision muuntajat (ViT). Videodata käsitellään esikäsittelyvaiheissa relevanttien piirteiden, kuten siluettien, luustoesitysten tai asennon avainpisteiden, erottamiseksi käyttämällä kehittyneitä asennon arviointityökaluja kuten OpenPose. Jokainen kehys käsitellään CNN-runkoverkolla, kuten ResNet tai EfficientNet, matalan tason spatiaalisten piirteiden erottamiseksi. Nämä piirteet syötetään sitten Vision Transformer -moduuliin, joka mallintaa globaaleja temporaalisia riippuvuuksia kehyssarjan yli, tarjoten robustin esityksen potilaan kävelystä. Tämä yhdistetty viitekehys mahdollistaa hienovaraisten poikkeamien, epänormaalien ilmiöiden tai vaihteluiden havaitsemisen kävelyssä, mikä on kriittistä kliiniseen seurantaan. Mallia koulutetaan ja validoidaan käyttämällä videodataa, joka on tallennettu erilaisilta potilasväestöiltä ja kliinisistä skenaarioista. Hyödyntämällä nopean kuvataajuuden granuliteettia malli pyrkii tuottamaan tarkkoja tuloksia, kuten kävelyn luokittelun, poikkeamien havaitsemisen tai parametrien regressioanalyysin, jotka on räätälöity sovellusten erityistarpeisiin. Huipputekniikoiden, kuten 3D Vision Transformers -tekniikan parannetun spatiaaliaikaisen analyysin, integrointi varmistaa mallin robustisuuden ja yleistettävyyden. Lisäksi selitettävän tekoälyn (XAI) metodologioita sisällytetään mallin ennusteiden tulkitsemiseksi, tarjoten toimintakelpoisia oivalluksia ja luoden luottamusta järjestelmään.