家用传感器监测老年退伍军人轻度认知障碍的可行性:前瞻性观察研究

介绍

背景

随着世界老龄人口继续快速增长，到2050年，痴呆症患者人数预计将增加两倍，达到1.15亿人[1，2]。对卫生保健机构和研究人员的需求将会增加，以应对和制定预防战略，以解决老龄化人口日益增长的需求。老龄化人口中一个重要的子群体是老龄化的退伍军人。老年退伍军人由于其独特的军事经历(例如，创伤性脑损伤和创伤后应激障碍)，患痴呆症的风险更高[3.-6]以及血管危险因素(如糖尿病、高血压和高脂血症)的发病率增加[7-9]。2017年，美国退伍军人阿尔茨海默病(AD)患病率为75万，比2014年增加166% [10]。平均而言，与终身痴呆症护理相关的费用为每人350174美元(2018年)，比非痴呆症患者的费用高出150303美元[11]。由于神经退行性疾病如阿尔茨海默病进展缓慢且时间较长[12]，早期发现痴呆症至关重要，并且有可能减少受该疾病影响的个人和护理人员的数量[10]。识别轻度认知障碍(MCI)个体，MCI通常代表一些神经退行性疾病(包括AD)的前驱期[13，可能导致有针对性的干预，最终改善日常功能和独立性。

虽然基本的日常生活活动，如洗澡、梳洗和进食，在神经退行性疾病的病程中，随着认知障碍的进展和日常功能的显著影响，在后期受到影响，但日常生活工具活动(IADLs)的细微困难在病程早期就出现了。这些iadl是行为信号，可能标志着从正常衰老到轻度认知障碍的进展，为早期发现和干预提供了机会[14-19]。iadl是认知复杂的日常活动，需要多个组成认知过程才能准确有效地执行，对独立生活至关重要。iadl的例子包括管理药物和财务、驾驶机动车辆以及使用计算机和移动电话等日常技术[20.]。然而，MCI的早期检测措施目前面临许多挑战，由于不频繁的偶发性门诊就诊，无法实时识别变化[21]。用于检测认知障碍的认知筛查的敏感性和特异性存在不可接受的假阳性和阴性比例，并且无法接近患者的现实世界困难。此外，由于担心、压力或健忘，患者的自我报告和附带信息可能有偏见或不可靠[21，22]。因此，一个全面的神经心理学电池被认为是澄清某人认知缺陷的性质和程度的标准[23]。不幸的是，这些神经心理学评估既耗时又昂贵，不能对一个人的功能表现提供清晰的评估，而且对于那些面临社会经济和地理障碍的老年人来说，无法广泛获得专业护理服务。

捕捉认知状态变化的另一种评估方法是在很长一段时间内不引人注目地收集连续活动数据[21，22]。现实世界的评估技术使研究人员能够持续监测一个人在家庭环境中需要认知的功能活动，以识别预测轻度认知障碍的异常活动模式[22，24，25]。日常消费设备(如药盒和家用电脑)被用于持续观察认知挑战性iadl。这提供了一种实用、低成本、无创的方法来评估一个人日常功能的变化[19，26]。

本研究及目的

尽管人们对使用真实世界的评估方法来检测轻度认知障碍的早期迹象越来越感兴趣，但目前的文献中仍有许多空白。本文描述了一项为期12个月的试点研究，促进独立老龄化(PRIA)是首批在社区老年退伍军人家中部署不引人注目的基于传感器的评估技术的研究之一。PRIA与俄勒冈老龄化与技术中心(ORCATECH)合作[21]及科技协同老化研究(CART)计划[27]，利用ORCATECH-CART家庭和移动传感器评估平台和基础设施的组件来识别和监测受MCI影响的日常活动中有意义的变化，如电脑使用、药物服用、身体活动和睡眠。

在本文中，我们描述了研究中招募的参与者样本，临床评估程序，以及基于家庭传感器的评估平台和研究中活动测量(结果变量)的监测。我们讨论了我们在家庭监控技术可行性方面的经验(例如，招聘、保留、安装和上门技术维护访问)。最后，我们对未来的研究方向、局限性和临床意义进行了讨论。

方法

研究参与者

参与者是30名居住在社区的老年退伍军人。在这一组中，15人被归类为健康对照，15人被归类为轻度认知障碍。所有参与者均来自明尼苏达州明尼阿波利斯-圣保罗大都会区，并在参与研究活动前给予书面知情同意。该方案由明尼阿波利斯退伍军人事务卫生保健系统(mvahcs)机构审查委员会(IRB #4748-A)批准。入学于2018年10月开始，并持续滚动到2019年1月。在12个月的时间里，参与者每月获得40美元的报酬。看到文本框1参与者纳入标准。

参与者是通过招募信和广告(如传单)招募的，目标是MVAHCS在初级保健和专业诊所为老年退伍军人服务的病人。最初的筛选数据也从退伍军人事务部(VA)信息和计算基础设施以及计算机病历系统中提取，以根据年龄、地点和健康史筛选退伍军人的资格。从这些数据集中向符合基本资格标准的患者发出招募信，并在2周内对感兴趣的各方进行随访电话。潜在的候选人也从临床数据库中提取，该数据库包括自2014年以来在MVAHCS (VA irb#: 4637-B)进行门诊神经心理学评估的2000多名退伍军人的神经心理学、临床和人口统计信息。

临床评估程序

参与者在基线和12个月时在MVAHCS老年研究、教育和临床中心进行评估。在基线和最后的研究访问期间，研究人员会见了参与者以及他们的研究线人(通常是配偶、亲密的家庭成员或朋友)。一系列标准化的神经心理测试、健康评估和日常功能问卷(如功能活动问卷)[32])被管理(参见表1)，使用了来自国家阿尔茨海默病协调中心统一数据集的评估电池的一个子集[33]，以及其他在美国国家老龄化研究所(NIA)资助的前瞻性纵向老龄化队列研究中使用的经过验证的测量方法。健康评估包括回顾病史、药物清单和完成修改的累积疾病评定量表(MCIRS) [34，35]。神经心理学检查包括以下一系列完善和有效的测试，评估多个认知领域:注意力和处理速度(数字跨距向前，轨迹制作部分A, Stroop颜色命名，Stroop单词阅读)[33，36，37]、工作记忆(数字跨度向后)[33、记忆(Craft Story Recall);建立阿尔茨海默病延迟召回和识别登记协会;及Benson复数延迟回忆)[38-40]、语言(多语言命名测试及类别流畅性)[39，41，42]，执行功能(Stroop Color-Word;语言流畅;辟径(乙部)[33，36，37]，以及视觉空间建构(Benson Complex Figure Copy) [40]。

家庭活动监控平台及安装

日常活动数据是通过安装在每个研究参与者家中的一个完善的、不显眼的家庭活动评估系统收集的。居家评估平台由ORCATECH [21]。ORCATECH是美国国立卫生研究院(NIH)/ nia资助的研究中心，致力于开发、实施和支持临床研究的前沿技术。选择研究中使用的特定设备是因为它们包含在nia资助的ORCATECH家庭技术评估平台中，并且与ORCATECH技术基础设施兼容。该研究平台目前作为VA和NIH CART计划的一部分在美国广泛部署。在这项研究中，ORCATECH平台安装在参与者基线研究访问后4周内进行，并在参与者家中进行。除了简短的基于网络的调查外，本研究中使用的设备被动地从参与者那里收集信息，不需要培训或新的学习。研究中使用的药盒是参与者熟悉的标准7天药盒，不需要正式指导。参与者在研究开始时是当前的计算机用户，使用个人计算机或完成基于网络的调查不需要任何培训。活动追踪手表不需要训练，因为它就像普通手表一样戴着。数据收集的被动性质对可行性和长期保留至关重要，因为参与者的努力和负担较低。 Study devices (such as, pillbox, watch, and computer software, described in detail in the following sections) were purchased and maintained by ORCATECH and installed by VA research personnel. VA and ORCATECH research personnel monitored technology through the ORCATECH Management Console interface on a weekly basis to ensure that all devices were working properly. In the event of technical difficulty, research personnel repaired or replaced technology within 1 to 2 weeks. At the end of the 12 months, ORCATECH study devices were removed from participants’ homes.

Hub Computer (Raspberry Pi 3 Model B, Pencoad, Wales)

轮毂计算机[52通过安全的虚拟专用网络(VPN)连接到安全的ORCATECH研究服务器，接收并传输所有在参与者家中收集的未识别传感器数据(服药和健身追踪器)。集线器计算机在家中不显眼地放置，在参与者家中广播无线网络，充当无线或有线路由器的客户端，并与ORCATECH服务器进行检查，以确保家庭监控设备是最新的，并正确识别。家庭活动数据从集线器计算机连续发送到ORCATECH服务器，然后从设备中删除。

药物追踪药盒(TimerCap iSort, Moorpark, CA)

碉堡[53]记录7天药盒盖子(一周每天一个盖子)打开或关闭的时间戳，并通过蓝牙低功耗(BLE)将信息传输到集线器计算机。药盒记录了隔间是否被打开(和关闭)，以及它被打开的时间或一天中的几次。如果药丸盒没有连接到集线器计算机，则数据将在本地缓存到设备，直到下一次成功连接。药箱可以保存2到3周的数据。数据通过VPN安全地传输到ORCATECH的服务器，碉堡与参与者的ID号码相关联。

腕戴式健身追踪器(诺基亚Steel，法国伊西莱穆里诺)

腕戴式可穿戴设备[54]收集身体活动数据(即采取的步数和睡眠时间)，并通过BLE将信息传输到中心计算机。该设备将每天多次获取的数据传输到集线器计算机。如果可穿戴设备无法连接到集线器计算机，数据将被本地缓存到设备上，直到下一次成功连接。这种可穿戴设备可以缓存3周的数据。数据通过VPN安全地传输到ORCATECH的服务器。

计算机使用监控软件(Worktime Corporate, Woodbridge, Ontario)

计算机使用监控软件由VA研究人员安装在参与者自己的计算机上。这个商业软件收集有关计算机会话的数量和持续时间的信息，例如登录/注销时间、活动/空闲时间以及花在应用程序类型(互联网和文档)上的时间。高级加密标准加密数据(FIPS 140-2兼容)通过传输控制协议连接传输到ORCATECH服务器。文档、名称和Web url被排除在监控之外。工作时间公司[55不记录按键、密码、邮件、聊天记录、文档内容和屏幕内容。这个电脑软件只兼容Windows 7、8、8.1和10。电脑软件与Mac操作系统不兼容;使用Mac电脑的8名参与者没有在他们的个人电脑上安装Worktime Corporate。因此，8名参与者在本研究中没有测量计算机指标。

基于网络的健康更新问卷(每周5-10分钟)

参与者每周收到一份简短的基于网络的13项健康调查表(见多媒体附录1)，询问有关可能影响家庭监测活动模式的事件和行为的问题(例如，药物变化、跌倒、受伤、健康变化、急诊室就诊、抑郁、生活空间变化、假期和访客)[21，56]。是次调查是透过素质调查平台[57]，并在每周一上午9点(美国中部时间[CT])通过电子邮件发送。如果参与者未能在每周三之前完成调查，另一份调查将在周三上午9点(CT)自动发送。如果参与者未能在每周四或周五之前完成后续调查，我们会给每个参与者打电话，以确保数据的获取和质量。

记忆力、注意力和反应时间调查(每月5-10分钟)

参与者每月接受一次基于网络的记忆测试(见多媒体附录2)称为记忆、注意力及反应时间调查(SMART) [58]，其中包括四个简短的认知任务(包括造径测试B和Stroop颜色-单词干扰任务的版本)。SMART调查通过质量调查平台进行管理，并于每月最后一个星期一上午9点(东部时间)发送。如果参与者未能在每周三之前完成调查，另一份调查将在周三上午9点(CT)自动发送。如果参与者未能在每周四或周五之前完成后续调查，我们会给每个参与者打电话，以确保数据的获取和质量。

统计分析

招募和保留人数，基线人口统计学和临床特征，以及总体队列和研究组的常见技术困难(MCI vs完整认知)。两个研究组之间的差异采用双尾分析进行评估t检验或对连续变量的Wilcoxon秩和检验(取决于分布)，或对分类变量使用Pearson卡方检验或Fisher精确检验(取决于单元格大小)。所有总结和分析均使用SPSS version 24进行。

结果

参与者、招聘和保留

PRIA研究人员共接到201个参与电话。研究人员共筛选了150人。人们没有被筛选，要么是因为他们没有回复研究人员的电话，要么是因为人们在研究名额被填满后打来电话。在筛选的150人中，最常见的排除标准包括非退伍军人身份(17/150,11.3%)，住得离研究地点太远(14/150,9.3%)，以及有排除性的身体或精神健康问题(27/150,18.0%)。在这些参与者中，35名参与者进行了全面的临床评估，32名参与者在家中安装了研究技术平台。MCI组平均为185.3 (SD 27.1;n=15) d随访(范围113-213)，认知完整组为150.9 (SD 33.8;在7个月的监测期内(范围63-205)N =15天的随访。

基线评估后，5名受试者退出研究。具体来说，有2名参与者在安装这项技术之前退出了研究，因为他们有半年的时间远离大都市地区，没有互联网连接，还有1名参与者退出了研究，因为他们没有看到这项研究的直接好处。由于意外的急性医疗事件，两名参与者在技术安装后退出。最后样本(N=30)的人口学和临床特征摘要见表2。

常见的技术困难

Hub Computer (Raspberry Pi 3 Model B)

与集线器计算机相关的最常见的技术困难是失去与集线器计算机的连接，需要研究人员远程更新集线器计算机。然而，有时这些更新需要手动完成。例如，意外的license过期导致临时VPN握手失败，这将影响所有30个参与者，并使一些参与者的数据捕获延迟长达1个月。这种VPN握手失败无法远程修复，研究人员需要在所有30个家庭中手动更新集线器计算机。在为期7个月的监测期内，整个样本中有13%(4/30)的参与者需要两次或两次以上的家庭技术维护访问来修理集线器计算机;这4人都是MCI参与者，P=(见表3)。

药物追踪药盒(TimerCap iSort)

与碉堡相关的最常见的技术难题包括电池问题(需要更换电池)和电池从碉堡中掉落(这可以通过用一块屏蔽胶带将电池门封上来防止)。此外，药盒内的室盖破损和接触片破损需要研究人员全部更换药盒或药盒。最后，在将药丸盒与集线器计算机同步时还存在一些问题，这需要研究人员重置Pi的BLE连接。在为期7个月的监测期内，整个样本中有23%(7/30)的参与者需要一次或多次上门技术维护来维修药盒;6名MCI参与者，1名健康对照参与者;P=。08(见表3)。

腕带健身追踪手表(诺基亚Steel)

与这款手表相关的最常见的技术难题包括手表内的电池电量不足，这需要更换电池(电池至少要持续六个月)，以及手表内的传感器损坏，这需要研究人员彻底更换手表。此外，三个表盘损坏，需要研究人员更换手表。最后，将手表与集线器计算机同步还存在一些问题，这需要研究人员重置Pi的BLE连接。在7个月的监测期内，整个样本中有27%(8/30)的参与者需要一次或多次家庭技术维护访问来修复健身追踪器手表:5名是MCI参与者，3名是健康对照组参与者;P= .68点(见表3)。

电脑使用监控软件(工作单位)

与计算机使用监控软件相关的最常见的技术困难是，通过安装在参与者计算机上的恶意软件检测和预防程序来删除Worktime Corporate，这需要研究人员在参与者的计算机上重新下载软件。此外，我们注意到Worktime Corporate与某些版本的Mac电脑以及平板电脑或手机不兼容。因此，Worktime公司只安装在22个家庭中，因为8个参与者拥有Mac设备。两名参与者是已婚人士，他们用不同的登录账户使用同一台电脑。在7个月的监测期内，整个样本中有36%(11/30)的参与者需要一次或多次家庭技术维护访问来修复Worktime软件:6名是MCI参与者，5名是健康对照参与者;P>。(见表3)。

基于web的健康更新问卷

与基于web的健康更新问卷相关的最常见技术困难是，包含问卷链接的电子邮件有时会进入参与者的垃圾邮件文件夹。通过要求参与者在他们的联系人中保存电子邮件地址(或向他们展示如何这样做)，这个问题得到了缓解。此外，一些研究参与者会一直完成调查，然后收到一个消息，他们没有完成调查。这将要求参与者填写两次相同的调查。如果参与者未能在每周四之前填写问卷，他们将收到研究人员的提醒电话。在7个月的监测期内，整个样本中63%(19/30)的参与者需要一个或多个提醒电话来完成基于网络的健康问卷:12名MCI参与者和9名健康对照参与者;P= 13。(见表3)。

记忆、注意力和反应时间的调查

与SMART调查相关的最常见的技术困难是屏幕冻结。参与者会话期间的冻结通常与将鼠标活动数据传输回ORCATECH服务器的代码部分有关。研究人员发现，每个任务都会多次调用传输，最终导致浏览器因不必要的传输而过载。通过让程序员应用逻辑来检查是否有正在进行的传输，这个问题得到了缓解，这最终降低了传输的频率。此外，尽管SMART调查兼容所有网络浏览器、操作系统和设备，但参与者在手机上完成SMART调查时遇到了困难。共有24人在电脑上完成SMART调查，4人使用手机完成调查，2人使用平板电脑完成调查。值得注意的是，2名平板电脑用户属于MCI组，4名手机用户中有3名属于MCI组。在7个月的监测期内，整个样本中60%(18/30)的参与者需要一个或多个提醒电话来完成基于web的SMART调查:8名MCI参与者和10名健康对照参与者;P=点(见表3)。

讨论

主要研究结果

本研究结果证明了利用家庭IADL监测技术对老年退伍军人进行观察性研究的可行性。招募是成功的，来自老年人的大量电话参与和研究登记在6个月内完成。留存率高;86%(26/30)最初同意的个体在研究随访期的7个月后被保留。五名退伍军人退出了这项研究;只有一个人因为研究的特殊性而退出。2名因意外医疗事件退出的受试者表示有兴趣继续参与研究并继续贡献。此外，考虑到监测随访的持续时间，整个样本的家庭技术维护访问频率相对较低，如表3。总体而言，MCI参与者更倾向于进行技术维修访问(P=.04)，尽管提醒电话完成基于网络的调查没有(P=正)。对这一发现的一个可能的解释是，当研究中的设备(如手表和药盒)由于软件或固件更新而与中心计算机失去互联网连接时，与MCI参与者相比，健康对照组的参与者更能通过电话与研究人员远程成功地排除故障并解决技术难题，从而防止研究人员再次前往维修设备。相比之下，由于他们的MCI, MCI参与者可能在理解和保留电话中的复杂指令以及在没有亲自帮助的情况下组织和执行需要多个步骤的设备维修或重置方面不太成功。排除设备和互联网连接问题是一项复杂的认知任务，需要执行功能、记忆、语言、视觉空间能力和处理速度。与研究中使用的设备相比，基于网络的调查需要参与者较少的故障排除。一般来说，一旦参与者通过点击电子邮件中的链接开始进行基于网络的调查，调查软件程序就会运行良好。我们的研究结果表明，MCI参与者的样本与健康对照组一样可靠地记住了基于网络的调查，但他们在执行更高执行要求的认知复杂任务(如排除设备复位和维修故障)时比健康对照组更困难。

各种因素可能与高保留率和参与者参与这种研究的动机有关。首先，现实世界的评估研究允许研究人员和研究参与者从研究开始就建立融洽的关系。与基于场景的评估研究相比，现实世界评估研究需要在参与者家中安装技术，而基于场景的评估研究则是在基于诊所的环境中进行交互[24]。研究人员被欢迎进入老年退伍军人的家中，并能够与研究参与者建立令人满意的关系。与在诊所进行临床访谈相比，现实世界的评估研究也有助于更深入地了解一个人的需求和日常功能。与研究参与者建立这种独特的融洽/关系始于基线研究访问，研究人员与研究参与者及其研究线人(通常是配偶、亲密的家庭成员或朋友)会面。在研究访问期间，从参与者和举报人那里获得的信息创建了每个参与者的整体图像，使研究人员能够生成每个人的多方面视图。CDR等措施[31]及PASE [43包括关于参与者的爱好、体育活动、家庭以及最近发生在他们生活中的事件的问题。这些问题使研究人员能够在进入参与者的家中之前与研究提供人和研究参与者建立联系，并建立信任和熟悉度。

优势与局限

使用ORCATECH平台的总体体验是积极的。研究技术人员能够快速学习如何安装和故障排除技术，研究参与者通常接受该技术。然而，正如在使用各种技术时常见的那样，存在一些限制，特别是集成到ORCATECH平台中的商用设备和软件。例如，在我们的研究中，有8位老年人拥有基于macos的电脑。55无法安装，因此无法捕获使用数据。此外，由于Worktime Corporate只能安装在传统的计算机上，我们无法捕获参与者的手机或平板电脑上的信息。在未来的研究中，应该开发兼容所有平台、操作系统和设备的监控软件，以便捕获所有数据。其他限制包括研究中使用的商用设备的耐用性。碉堡的耐久性有限，需要研究人员经常更换碉堡盖和碉堡。此外，手表因为表盘坏了而不得不更换(3/ 30,10 %的参与者在7个月的时间里)。相比之下，在其他ORCATECH研究(包括CART)中，涉及200多名主要是非退伍军人的女性老年参与者，2.0%(5/250)的参与者在多年的时间里弄坏了手表的表面。其他限制包括我们样本的同质性(30/30,100%白色;28/30, 93%男性)，不包括居住在大都市地区以外的退伍军人(如农村人口)，也不包括在冬季住在另一个家庭的退伍军人(雪鸟)。这项研究是由退伍军人健康管理局资助的，该管理局只要求招募退伍军人。在明尼苏达州进行的这项研究中，老年成年退伍军人主要以白人男性为代表。59]。未来的研究将扩大招募到非退伍军人样本，这些样本在性别和种族方面更加异质和平衡。尽管我们的队列具有同质性，但在队列的不同健康合并症(平均MCIRS评分为23.1,SD为2.9)和受教育程度方面，该样本存在多样性。受教育年限为9至18年(平均受教育程度14.9,SD 2.0)。其他家庭技术和老龄化研究报告了他们的队列中较高的教育水平和较低的MCIRS水平;因此，这项研究有助于增加我们对家庭技术在更广泛的老年人中的可行性的认识[16，19，21]。

未来发展方向及结论

未来的分析将确定哪种传感器监测的IADL变量最能区分MCI和健康对照组，并将探索MCI和健康对照组中IADL功能的轨迹。很少有研究[22，60讨论随着时间的推移所使用的技术的可接受性，特别是从参与者的角度。未来的方向将包括部署一个家庭监测技术感知调查的退伍军人在这个队列。这项调查将使我们能够了解参与者对他们在研究中使用的家用技术的看法，以及他们对未来如何使用家用监控技术的看法。此外，很少有研究[24探讨了与家庭监控相关的伦理问题，讨论在人们家中实施这些技术是很重要的。本调查将探讨与现实世界评估研究相关的伦理问题，如隐私、安全问题以及谁应该有权访问数据。这将让我们更好地了解老年退伍军人在未来使用他们的活动数据时感觉有多舒服。未来的其他方向包括使用这项技术扩展到IADL和认知评估之外，以帮助识别有急性医疗事件(中风和感染)风险的人。这项研究还能够在康复中心安装技术并监测参与者在意外医疗事件后的活动(数据未显示)，这表明了方法的灵活性。未来的研究应调查将这些方法纳入家庭以外的各种卫生保健环境的可行性，包括临时需要对个人提供更高水平护理的住院医疗设施。未来使用活动监测技术来检测和监测认知能力下降的研究应旨在增加在老龄化和痴呆症研究中代表性不足的个体的纳入，如年轻老年人、有色人种、生活在农村社区的成年人和社会经济地位较低的个体。

从这项试点研究中获得的知识将用于帮助开发可接受和有效的基于家庭的评估工具，这些工具可以在VA系统中使用，以监测老年退伍军人的认知和日常功能。这项研究提供的结果和经验教训已被重要地纳入改进国家CART倡议平台，该平台现已部署到包括农村退伍军人在内的不同老年人群体。