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帕金森早筛不再难!这支笔写写字就能预警,准确率超96%!

上海市科学技术协会
原创

编译:公子欣

实现帕金森病的及时、可及且精准诊断,对改善患者预后具有关键意义,但当前仍面临重大临床挑战。近日,美国加州大学洛杉矶分校的一个研究团队研发出一款低成本诊断笔,可将手写笔迹转化为电信号,用于帕金森病的早期检测。在初步研究中,其准确率达96.22%。

帕金森病会损害运动系统,导致震颤、僵硬和动作迟缓,进而影响书写等精细运动功能。目前临床诊断主要依赖主观观察,但这种方法不仅容易出现判断不一致的情况,而且在医疗资源匮乏的地区往往难以实施。基于生物标志物的诊断方法虽然客观,但仍受成本和技术复杂性的限制。该研究于6月2日发表于《自然·化学工程》,研究人员设计的这款诊断笔,能够捕捉书写过程中的实时运动信号,并将其转化为可量化的电信号输出,用于疾病分类。16名受试者在加州大学洛杉矶分校医学中心参与试点研究,包括3名帕金森病患者和13名健康对照者。

磁弹性诊断笔的设计和工作机构

这款笔采用嵌有磁性颗粒的硅基磁弹性笔头设计,并配备含纳米磁体的铁磁流体墨囊。书写时,手部压力产生的机械应力会使笔头变形并带动墨水流动,从而引发磁通量变化,在嵌入式线圈中产生感应电压。

将手写内容转换为高保真传感信号

受试者需完成纸上和空中两项书写任务,包括绘制直线、螺旋线以及字母书写。研究人员从这两种书写方式中捕捉信号,并使用多种分类模型对信号进行处理。一维卷积神经网络模型实现了最高准确率,在重复实验中,识别帕金森病的准确率达到96.22%。

用于帕金森诊断的神经网络辅助个性化笔迹分析与试点人体研究

由于该设备直接在书写过程中捕捉运动症状,因此无需依赖笔迹的视觉效果或临床医生的主观判断。凭借其便携特性和极简设置,这款诊断笔可能特别适合医疗资源匮乏地区的筛查、未确诊患者的识别以及远程/家庭场景的应用。研究团队表示,通过更大规模人群的验证后,这款笔不仅可用于早期检测,还能实现症状监测和数据驱动的疾病管理。作者将这项技术描述为“低成本、可广泛推广的可靠工具”,有望广泛应用于帕金森病的诊疗中。