患者の歩き方が、脳腫瘍の進行を示唆する

成人で最も多い脳腫瘍である膠芽腫は、手術、放射線療法、化学療法を行っても、生存期間の中央値は約15か月だ。ほかの高悪性度神経膠腫（high-grade glioma）と同じく、機能が徐々に失われていき、病気はふつう診断から4〜6か月後に進行する。進行は造影MRIで確認される。費用が高く閉所恐怖を感じさせる検査で、ペースメーカーを使っている人はしばしば受けられず、行われるのは2〜3か月に1回だけ、しかも病気がすでに進んでからでないと映し出せない。

ウェアラブルセンサーは、検査と検査のあいだの空白を埋められるかもしれない。しかし動き方は患者ごとに異なり、変化は腫瘍がどこにあり、どう広がるかによって変わる。最も単純な要約である歩数では、肝心なこと、つまりどれだけ歩くかだけでなく、どのように歩くかを見逃してしまうかもしれない。

毎日身に着けるセンサー

インペリアル・カレッジ・ロンドンのRishit Das、Barbora Barancikova、Matt Williamsは、BrainWear研究のデータを使った。この研究では、高悪性度神経膠腫の患者が手首に加速度計を着け、外来受診のたびに病状が安定か進行かのラベルがつけられた。データセット全体には、78人の患者と、ラベルつきの受診114回が含まれる。

UKバイオバンクのために開発された分類ツールが、生の信号から歩行の区間を選び出した。それらはフィルター処理されて15秒ずつの断片に切られ、時間とともに変わる動きの強さを表す1本の曲線にまとめられた。

歩行の形を読む

歩行どうしを比べるため、チームはラフパス理論と呼ばれる数学の一分野から道具を借りた。パス・シグネチャー（path signature）だ。シグネチャーは、時間とともに展開する信号の「形」を、入れ子になった一連の積分によって要約する。事前にモデルを訓練する必要はない。シグネチャーはすでに、手書きの中国語の文字や人間の動作の認識に使われてきた。関連する尺度であるSigMMDは、2つの信号の集まりがどれだけ異なるかを数値化する。値が大きいほど、違いが大きい。

確認として、シグネチャーは歩行を、睡眠、座位、立位、乗り物での移動からはっきりと区別した。

患者ごとに自分自身を基準にする

2回の外来受診のあいだの各期間について、最初のおよそ2週間の歩行を、その患者のベースラインとした。それ以降の毎日をSigMMDでベースラインと比べ、1日ごとの値を平均して、受診1回につき1つの数値にした。

それだけでは、これらの数値は、安定と判定された受診と進行と判定された受診をほとんど区別できなかった。患者によって歩き方があまりにも違うのだ。そこで著者たちは、それぞれの値を、同じ患者の安定と判定された受診での平均値で割った。比が1を超えていれば、今回、その患者の歩き方が、病状が安定しているときのふだんよりもベースラインから大きく外れたことを意味する。

数値が語ること

十分なデータと、少なくとも1回の安定と判定された受診がそろっていたのは、患者11人、受診26回（進行11回、安定15回）で、歩行時間は合計3,030時間だった。個人ごとに調整した比は、進行と判定された受診のほうが高かった（各患者の中でラベルをシャッフルする検定でp = 0.016。ラベルに意味がないとしたら、これほど大きな差が出る確率は約1.6%ということだ）。

1つの警告しきい値として用い、毎回、調整に使わなかった患者で検証したところ、この比の曲線下面積は0.85（95%の範囲は0.66〜0.99）に達した。曲線下面積とは、進行した受診を安定した受診よりどれだけうまく上位に並べられるかを示す得点で、0.5（偶然）から1（完全）までをとる。進行と判定された受診11回のうち8回を検出し、安定と判定された受診の80%を正しく安定と判定した。対照的に、歩数は偶然と変わらなかった。同じ個人ごとの手法では0.44、各受診前の60日間を使う従来型のモデルでは0.42だった。

最初の一歩であり、まだ検査ではない

著者たちは限界を強調している。コホートはごく小さい。また、各患者の安定期の基準には、進行のあとに来た安定期の受診が含まれうるので、この比はまだリアルタイムでは計算できない。この研究が示すのは、安定期と進行期で歩き方が異なるということだ。手首のセンサーが検査より先に進行を見つけられることは、まだ示していない。そのためには、基準をそれ以前の安定期の受診だけにもとづかせ、はるかに大きな集団を時間をかけて追跡する必要がある。

彼らが提案する次のステップは、受診ごとに1つの値ではなく、毎日の値を連続して追い、患者の歩き方の変化がまさに衰えの始まりを示しうるかを確かめることだ。それまでは、このリストバンドは研究段階のアイデアにとどまる。いつの日か、検査や臨床的なチェックに取って代わるのではなく、それらを補うことをめざすものだ。