Content uploaded by Mariusz Chmielewski
Author content
All content in this area was uploaded by Mariusz Chmielewski on Sep 22, 2022
Content may be subject to copyright.
płk dr inż. Mariusz Chmielewski
Wydział Cybernetyki, Wojskowa Akademia Techniczna
Dowództwo Komponentu Wojsk Obrony Cyberprzestrzeni
Metody diagnostyki i nadzoru terapii PTSD z wykorzystaniem
analizy emocji i technik uczenia maszynowego
#PTSD #TBI #combat trauma
#AI #reasoning #sensors
#biomedicine #neurology
mgr inż. Sylwia Sławińska
Wydział Cybernetyki, Wojskowa Akademia Techniczna
Wrocław, 21.09.2021
mgr Diana Nowek
Institute for Cognition and Behavior, Vienna University of
Economics nad Business
dr Dorota Prysak
Uniwersytet Śląski w Katowicach
mgr Małgorzata Tadeusz-Ciesielczyk
Wydział Nauk Politycznych I Dziennikarstwa Uniwersytetu im. Adama
Mickiewicza w Poznaniu
Metody diagnostyki i nadzoru terapii PTSD z
wykorzystaniem analizy emocji i technik uczenia
maszynowego
#PTSD #TBI #combat trauma
#AI #reasoning #sensors
#biomedicine #neurology
Wrocław, 21.09.2021
Prelekcja prezentuje zagadnienia nadzoru i monitorowania emocji i ich dynamiki zmian. Przedstawiony pomysł to
inteligentne narzędzie informatyczne pozwalające na ciągłą analizę zdrowia pacjenta-żołnierza. Analizy polega
na diagnostyce lub nadzorze PTSD, w celu potwierdzenia skutecznej terapii schorzenia, ewentualnie wykrycia
anomalii w zachowaniu pacjenta wskazujących na istotne zmiany chorobowe.
Budowany system zakłada długotrwałe i bezinwazyjne testowanie wytypowanych parametrów
fizykochemicznych oraz sprawności intelektualnej pacjenta.
•Zespół stresu pourazowego lub PTSD to zaburzenie psychiczne, które
pojawia się po doświadczeniu wstrząsającego, zmieniającego życie
i/lub traumatycznego wydarzenia, powszechnie dotyka weteranów
powracających ze służby wojskowej.
•W niniejszej prelekcji proponujemy systemowe podejście, które
monitoruje wytypowane symptomy, próbuje je rozpoznać, a
następnie skutecznie monitoruje wyciągając wnioski dotyczące
stosowanych terapii.
•Tezy bazują na serii doświadczeń wytwarzania rozwiązań z zakresu
diagnostyki i monitoringu schorzeń neurologicznych
•Kluczem do monitorowania PTSD jest analiza 2 źródeł danych: danych
biomedycznych oraz wytypowanych reakcji pacjenta na odpowiednio
przygotowane ćwiczenia.
•Dane biomedyczne wykorzystywane są do identyfikacji drżenia,
drgawek, palpitacji serca, itd. oceny jakości snu rejestrowanych
szczególnie pod wpływem zdarzeń skojarzonych z traumą.
•Dane reakcji pacjenta to źródło, które wykorzystywane jest jako
pośrednie, które może oceniać, identyfikować stany rozkojarzenia,
bólu, podenerwowania wpływające na percepcję i szybkość reakcji.
•Zadanie rozpoznania i identyfikacji zwykle realizowane jest metodami
uczącymi – AI – zadaniem, których jest klasyfikacja pozyskiwanych
wielokanałowo danych i wskazanie i podobieństwa do wzorca
symptomu badanego schorzenia.
•
Abstrakt – podłoże badań
Urazy PTSD i TBI w liczbach - Dane badawcze
Davidson J. Treatment of posttraumatic stress disorder with venlafaxine extended release: a 6-month randomized controlled trial.
Arch Gen
Psychiatry.
2006;63:1158–1165
|PTSD dotyka ~ 8M dorosłych Amerykanów rok rocznie —problem
szczególnie dotkliwy wśród weteranów wojennych.
|Weterani nie tylko są bardziej narażeni na wystąpienie zespołu stresu
pourazowego niż ci w populacji ogólnej, ale także napotykają wyjątkowe
bariery w dostępie do odpowiedniego leczenia.
|(VA) świadczenia medyczne, długie listy oczekujących w ośrodkach
medycznych VA oraz piętno społeczne związane z chorobami psychicznymi
w społecznościach wojskowych.
|Według badania przeprowadzonego przez Centrum Badań Polityki
Zdrowotnej Wojsk RAND, mniej niż połowa powracających weteranów
potrzebujących opieki w zakresie zdrowia psychicznego otrzymuje
jakiekolwiek leczenie, a spośród osób otrzymujących leczenie z powodu
PTSD i ciężkiej depresji mniej niż jedna trzecia otrzymuje profesjonalną
opiekę.
|~ 700 000 weteranów w Wietnamie – prawie 25% tych, którzy służyli w
wojnie – wymagało opieki psychologicznej - opóźnione skutki narażenia
na walkę.
|Diagnoza PTSD została przyjęta dopiero pod koniec lat 70. i stała się
oficjalna w 1980 wraz z włączeniem do trzeciego wydania Podręcznika
diagnostyczno-statystycznego zaburzeń psychicznych
|Szacunki dotyczące częstości występowania PTSD wśród powracających
członków służby różnią się znacznie w zależności od wojen i epok.
|Badanie z udziałem 60 000 weteranów z Iraku i Afganistanu, 13,5%
weteranów rozmieszczonych i nierozmieszczonych uzyskało pozytywny
wynik badania na PTSD, podczas gdy inne badania pokazują, że odsetek
ten sięga nawet 20% do 30%.
|Aż 500 000 żołnierzy amerykańskich którzy służyli w tych wojnach w ciągu
ostatnich 13 lat, zdiagnozowano PTSD
Diagnostyka kliniczna PTSD
Holiczer A, Gałuszko M, Cubała WJ. Zaburzenie stresowe pourazowe – opis ewolucji koncepcji zaburzenia i podejść terapeutycznych. Psychiatria. 2007; 4(1): 25-32.
American Psychiatric Association. Diagnostic and statistical manual of mental disorders. Txt Revision. 4th ed. Washington; 2000.
Wprowadzenie pojęcia PTSD jako jednostki chorobowej do systemu klasyfikacji zaburzeń psychicznych (DSM-III, 1980).
Wielość metod stwarza jednak pewną niedogodność, która polega na tym, że badacz powinien dobrać najlepszą metodę
ze względu na procedurę prowadzonych badań, ale również ze względu na jej merytoryczne i psychometryczne
parametry.
Watson i in. proponują, aby podczas tej oceny rozważyć następujące kwestie:
•czy treść pytań odnosi się do kryteriów zawartych w DSM?
•czy wybrana metoda cechuje się wystarczającą trafnością i rzetelnością?
•czy metoda umożliwia dokonanie dychotomicznego rozróżnienia występowania lub braku PTSD oraz spełnienie każdego
kryterium zaburzenia przedstawionego w DSM?
•czy metoda umożliwia pomiar nasilenia i częstości występowania zarówno PTSD, jak i poszczególnych symptomów?
•czy metoda jest na tyle łatwa, że nie musi jej stosować specjalista?
Postuluje się wybór takiej metody, w przypadku której można odpowiedzieć twierdząco na wszystkie wymienione
pytania.
Metody stosowane do diagnozowania PTSD:
•ustrukturyzowane wywiady
•kwestionariusze do samooceny (se
lf-rating scales)
.
Trzy kategorie instrumentów badawczych PTSD:
•ustrukturyzowane wywiady,
•skale inwentarzowe
•i kwestionariusze.
Diagnostyka kliniczna PTSD
Dąbkowska M. Rozpoznawanie zespołu stresu pourazowego. Neuropsychiatria i Neuropsychologia. 2008; 3 (2): 80-84.
Makara-Studzińska M, Partyka I, Ziemecki P. Zespół stresu pourazowego – rys historyczny, terminologia, metody pomiaru. Curr Probl Psychiatry. 2012; 13(2):109- 114.
Do narzędzi pomiaru w formie wywiadu klinicznego zaliczyć można:
•strukturalizowany wywiad kliniczny dla DSM-IV (SCID-I,
Structured
Clinical Interview for DSM- IV
),
•skalę PTSD w formie wywiadu klinicznego (CAPS, C
linician
Administered PTSD Scale
),
•wywiad dla zaburzenia stresowego pourazowego (PTSD-I),
•wywiad skali symptomów PTSD (PSS-I, P
TSD Symptom Scale-
Interview
),
•schemat wywiadu diagnostycznego (DIS,
Diagnostic Interview
Schedule
).
Oprócz metod wykorzystujących wywiad do diagnozowania PTSD
często stosuje się kwestionariusze samooceny. Narzędziami pomiaru
opartymi na samoopisie są:
•cywilna wersja skali Mississippi (MSC,
Mississippi Scale for Civilian
Related PTSD
),
•pourazowa skala diagnostyczna (PTDS,
Posttraumatic Distress
Syndrome
),
•skala urazu Davidsona (DTS,
Davidson Trauma Scale
),
•Skala Wpływu Zdarzeń (IES, I
mpact of Event Scale)
i wersja
zrewidowana,
•Zrewidowana Skala Wpływu Zdarzeń (IES-R,
Impact of Event Scale-
Revised)
,
•kwestionariusz do pomiaru zaburzenia po stresie traumatycznym (K-
PTSD),
•kwestionariusz do pomiaru zaburzenia po stresie traumatycznym –
wersja czynnikowa (PTSD-C),
•Self-Rating Scale for PTSD (SRS-PTSD),
•PTSD-Checklist (PCL) i jej wersje: PCL-C (
civilian
),
•PCL-S (
specific traumatic event
).
Diagnostyka kliniczna PTSD
•Newport DJ, Nemeroff ChB. Neurobiology of Posttraumatic Stress Disorder, Curr. Opin. Neurobiol. 2000; 10: 211-218.
Badania neuropsychologiczne i metody obrazowe.
Do wysokospecjalistycznych badań diagnozujących PTSD należą:
metody obrazowe, w których stwierdza się:
-zmniejszenie objętości hipokampa oraz lateralizację zmian (u osoby z pełnoobjawowym
PTSD po kilku latach od doświadczenia sytuacji traumatycznej ubytek może sięgać 10-20%
wcześniejszej objętości),
-w badaniach przeprowadzanych metodami funkcjonalnymi:
zwiększenie przepływu krwi w prawostronnych obszarach limbicznych i paralimbicznych w
prawej korze wyspy oraz zmniejszenie regionalnego prze- pływu krwi po stronie lewej w
obrębie struktur skroniowych i obszaru Broca.
Ogólnie można przyjąć, że u osób z rozwiniętym zespołem PTSD aktywność obszarów
podkorowych dominuje nad aktywnością korową mózgu.
9
Nowoczesne medyczne techniki diagnostyczne
dokładność, mobilność, wrażliwość na zakłócenia,
Techniki pomiaru biosygnałów
Tradycyjne:
1. ElectroCardioGram ECG,
2. ElectroEncephaloGram EEG,
3. ElectroMyoGram EMG,
4. ElectroOculoGram EOG
5. ImpedanceCardioGraphy ICG
Innowacje:
1. Vectorcardiogram VCG, EVCG
2. MechanoMyoGram MMG
3. …
Pośrednie:
1. Fotopletysmografia PPG
2. BallistoCargioGrafia BCG
Fuzja danych z wykorzystaniem technik AI i danych sensorycznych
Na przykładzie badań – VEEG, polisomnografia, wariograf
11
Wybrane urządzenia sensoryczne (wielosensory klasy wearable)
akwizycja danych oraz wspomaganie oceny stanu pacjenta
Mobile application SmartWatch
Motorola 360
PPG
(photopletysmography),
accelerometer, gyro,
magnetometer
Smartphone
Android device
PPG, accelerometer, gyro,
magnetometer,
SmartBand
MYO
8 segments Surface EMG,
accelerometer, gyro,
magnetometer
Attachable sensor
NERVE EMG
1 channel Surface EMG,
accelerometer, gyro,
magnetometer
Fuzja, korelacja, integracja danych
Analiza danych sensorycznych - Fuzja, korelacja, integracja danych
Konduktancja skóry
Potliwość
BVP –Blood Volume
Pulse –PPG (red)
Aktygrafia
Analiza ruchliwości
kończyn
HR Heart Rate
Pulse
Temperatura
powierzchniowa
skóry
Spoczynek Ruch – nie wysiłkowy
Symptomy PTSD i ich klasyfikacja
Osoby, które przeżyły traumatyczne, silnie
stresujące wydarzenie mogą w jego następstwie
odczuwać rozpacz, przygnębienie, lęk, złość,
poczucie winy. W przypadku zespołu stresu
pourazowego, mogą również wystąpić
następujące objawy:
•Nawroty wspomnień i koszmarne sny – ciągłe
odtwarzanie wydarzenia w pamięci
•Nadmierna aktywność i unikanie myśli i osób
związanych z wydarzeniem w obawie przed
utratą równowagi
•Ciągłe „trzymanie się na baczności”, w
pogotowiu, w bezustannym napięciu i
podenerwowaniu, brak snu
•Objawy fizyczne – ból, biegunka, nieregularne
bicie serca, bóle głowy, poczucie paniki i
strachu, depresja
•Nadużywanie alkoholu, środków
przeciwbólowych, lub narkotyków.
Mapowanie - Symptomy PTSD i techniki pomiarowe
Monitoring nawyków i zaburzeń
snu, ustalenie powodu
przebudzenia, badanie emocji,
(monitoring HRV), zmiana potliwości
w trakcie epizodów sennych (GSR)
Monitorowanie trendów
aktywności ruchowej –aktygrafia,
rozkojarzenie –ankietowanie,
badania refleksu i skupienia
Monitorowanie napięcia
mięśniowego,
aktygrafiii,
monitoring snu, analiza emocji
Monitoring sprawności
intelektualnej, refleksu,
spostrzegawczości, anomalie pracy
Terapia PTSD –warianty i proces leczenia
https://www.apa.org/ptsd-guideline/ptsd.pdf
Bohus M, Dyer A, S, Priebe K, Krüger A, Kleindienst N, Schmahl C, Niedtfeld I, Steil R: Dialectical Behaviour Therapy for Post-traumatic Stress Disorder after
Childhood Sexual Abuse in Patients with and without Borderline Personality Disorder: A Randomised Controlled Trial. Psychother Psychosom 2013;82:221-233.
doi: 10.1159/000348451
Terapia Dialektyczno-Behawioralna, życie warte przeżycia.
Najważniejszym celem leczenia w DBT jest pomoc w budowaniu życia wartego
przeżycia i zgodnego z własnymi wartościami. Życie warte przeżycia skupia się na
maksymalizowaniu szczęścia, minimalizowaniu nieszczęścia i działanie w oparciu o
cel (efektywność).
DBT uwzględnia wyłącznie metody potwierdzone badaniami, czyli:
-metodę przedłużonej ekspozycji,
- techniki DBT
-terapię akceptacji i zaangażowania (ACT)
-terapię opartą na współczuciu (CFT)
-psy asystujące w terapii PTSD
•Akwizycja wielu kanałów sygnałów biomedycznych i biometrycznych
•analiza pulsu, potliwości skóry oraz dynamiki ruchów i
Uczucie/
Klasyfikator radość strach smutek Ogólna
dokładność
Sieć neuronowa 96,4% 100% 94,7% 97%
Regresja
logistyczna 82,10% 97% 95,70% 94%
Dżungla
decyzyjna 92,90% 93,10% 95,70% 94%
Uczucie
Klasyfikator radość strach smutek Ogólna
dokładność
Sieć neuronowa
32,10% 85% 95,70% 83%
Regresja
logistyczna 10,70% 88% 97,90% 82%
Dżungla
decyzyjna 42,90% 92,10% 92,60% 86%
3 źródła danych: PPG, GSR, IMU
3 klasyfikatory:
1. sieć neuronowa
2. regresja logistyczna
3. dżungla decyzyjna
Implementacja modeli: AMLS
Analiza sygnałów: Matlab
Źródło danych: Shimmer GSR+
Retencja sygnałów: Consensys
Kanały danych:
GSR
PPG –480 nm (zielony)
IMU –9DoF
Interpretacja uczuć na podstawie danych z sygnałów
Sensor examination
Sensor configuration and usage
Sensor examination
1st person perspective
Sensor assisted examination assessing intensity of selected symptoms
•Ocena postępu choroby w oparciu o:
•Częstotliwość i intensywność wstrząsów Parkinsona (opartych na czujnikach)
•Występowanie faz ON i OFF (czas, czas trwania, intensywność)
•Harmonogram cyklu snu - ocena jakości snu
•Analiza wpływu leku na występowanie dyskinezy
•Analiza samooceny nadmiarowej - poziom komfortu pacjenta
•Analiza wypełniania ankiety -zgodność pacjenta
Ocena objawów neurologicznych – schorzenie Parkinsona
[Drżenie i Dyskinezy]
22
1. Reactions / Interaction delays
2. Perception evaluation –accuracy of touch
Subjective evaluation
of discomfort states/pains
ON-OFF state evaluation based on screen interactions measurments
Supporting perception excercises –measuring reaction delays
Alternatywne algorytmy pomiaru
stanu ON/OFF
1. Ćwiczenia percepcji na ekranie
2. Podążaj za podświetlonym
kwadratem
3. Wybierz wygenerowane liczby w
kolejności rosnącej
4. Wybierz podświetloną liczbę w
macierzy liczbowej
0
200
400
600
800
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Test of reaction delays ExType #1
Serie1 Serie2
0
200
400
600
800
1000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Test of reaction delays ExType #2
Serie1 Serie2
0
500
1000
1500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Test of reaction delays ExType #3
Serie1 Serie2
0
500
1000
1500
2000
2500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Test of reaction delays ExType #4
Serie1 Serie2
Minimal reaction time: 270 milliseconds (User 5)
The fastest response time: 626 milliseconds (User 9)
Standard deviation: 119.16 milliseconds
Minimal reaction time: 502 milliseconds (User 6)
The fastest response time: 916 milliseconds (User 9)
Standard deviation: 155.23 milliseconds
Minimal reaction time: 604 milliseconds (User 5)
The fastest response time: 1375 milliseconds (User 10)
Standard deviation: 247.41 milliseconds
Minimal reaction time: 998 milliseconds (User 5)
The fastest response time: 1965 milliseconds (User 9)
Standard deviation: 340.44 milliseconds
Test Trials research environment:
•Smartphone: Samsung Galaxy S6
(Android 7.0)
•Sensor: ThelmicLabs Myo Sensor
•4 types of trial excercises
•2 patients
•10 trials in the OFF and ON states
Metody diagnostyki i nadzoru terapii PTSD z
wykorzystaniem analizy emocji i technik uczenia
maszynowego
#PTSD #TBI #combat trauma
#AI #reasoning #sensors
#biomedicine #neurology
Dziękujemy za uwagę
dr Dorota Prysak
Uniwersytet Śląski
w Katowicach
mgr Małgorzata
Tadeusz-Ciesielczyk
Uniwersytet im. Adama
Mickiewicza w Poznaniu
mgr inż. Sylwia Sławińska
Wydział Cybernetyki, Wojskowa
Akademia Techniczna
mgr Diana Nowek
Vienna University of
Economics and Busienss
płk dr inż. Mariusz Chmielewski
Wydział Cybernetyki, Wojskowa Akademia
Techniczna
Dowództwo Komponentu Wojsk Obrony
Cyberprzestrzeni