Автономна IoT-система для кінематичного моніторингу реабілітації кистьового суглоба

Анотація

Робота присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі об'єктивізації процесу медичної телеметричної реабілітації. Для її вирішення запропоновано інноваційну автономну IoT-систему для об'єктивного кінематичного моніторингу реабілітації кистьового суглоба у реальному часі. Основою такої системи є автономний мобільний пристрій для об'єктивного та кількісного моніторингу рухової активності кистьового суглоба, який використовує парадигму периферійних обчислень. Сформовані основні вимоги до його реалізації - збір телеметричної інформації, яка містить не тільки статистичні параметри руху кистьового суглоба, а й  кінематичні показники (фізіологічний та неврологічний тремор) та формування інтерактивного візуального відгуку (біологічний зворотний зв'язок) для підтримки когнітивної залученості пацієнта. Проведено розробку апаратної архітектури, математичне моделювання і програмну реалізацію автономного мобільного пристрою для об'єктивного та кількісного моніторингу рухової активності кистьового суглоба. Пристрій побудовано на базі високопродуктивного мікроконтролера та інерційного вимірювального модуля із вбудованим цифровим процесором руху. Обґрунтовано вибір мікроконтролера та потрібних сенсорів. Особлива увага приділена «аналітичному рушію», який в реальному часі обчислює кут нахилу кисті, магнітуду кутової швидкості та інтегральну оцінку плавності руху. Для алгоритмічної реалізації «аналітичного рушія» Використано потужний математичний апарат гіперкомплексних чисел та вирішена проблема «шарнірного замка» для розрахунку просторової орієнтації. Для надійного підрахунку кількості виконаних рухів в умовах фізіологічного тремору реалізовано адаптивний детектор на базі скінченного автомата із гістерезисом. Задля забезпечення максимальної надійності даних, результати кожної сесії зберігаються локально у реляційній базі даних. Для підвищення залученості пацієнтів у  процес реабілітації запропонована імплементація потужного модуля терапевтичних міні-ігор. Перевагою розробленої архітектури автономного мобільного пристрою є незалежність від хмарних сервісів та можливість забезпечити конфіденційність медичних даних. Веб-інтерфейс реалізовано для забезпечення низької затримки при комп'ютерній візуалізації графіка руху. Подальші дії автори бачать у проведенні апробації автономної IoT-системи для об'єктивного кінематичного моніторингу при реабілітації кистьового суглоба у реальному часі в центрах реабілітації.