《Sensors》：Feasibility of Privacy-Preserving LiDAR-Based Continuous Gait and Activity Monitoring in Three People with Multiple Sclerosis: A Technical Proof-of-Concept Case Study
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多发性硬化症（MS）是一种慢性中枢神经系统疾病，具有异质性症状，包括步态障碍和运动疲劳，影响日常功能和生活质量。间歇性评估可能遗漏日内功能波动，而家庭样监测可描述这些波动。这项技术概念验证案例研究量化了自然行走期间的步态参数（速度、步长和变异性），探索了步态和
多发性硬化症（MS）是一种慢性中枢神经系统疾病，具有异质性症状，包括步态障碍和运动疲劳，影响日常功能和生活质量。间歇性评估可能遗漏日内功能波动，而家庭样监测可描述这些波动。这项技术概念验证案例研究量化了自然行走期间的步态参数（速度、步长和变异性），探索了步态和活动的时间变化作为潜在疲劳相关运动表现模式，并检验了在MS中推导候选数字测量指标的可行性。研究人员使用三个LiDAR传感器，在一间仪器化公寓中对三名MS患者（一名EDSS 1；两名EDSS 3）进行了6.5–9.0小时的监测。描述性总结了步态参数、区域转换、活动模式、EDSS、FSMC（运动与认知功能疲劳量表）、VAS-F（疲劳严重程度视觉模拟量表）和可用数据产出指标。与已发表的健康成人参考值相比，P01和P03的行走速度较低，P03的步长减小。P01维持稳定步态，P02下午行走速度增加，P03下午速度下降且步长减小幅度较小。行为特征描述了不同的空间活动模式，监测期间活动水平保持较低。基于LiDAR的监测提供了一种隐私保护方法，可捕捉步态和活动变异作为候选变量，用于未来验证，而非建立疲劳特异性、临床有效性或诊断阈值。
多发性硬化症（MS）是一种慢性中枢神经系统脱髓鞘疾病，症状高度异质，包括步态障碍和运动疲劳，严重影响日常活动和生活质量。现有临床评估（如扩展残疾状态量表（EDSS））具有间歇性、非线性及对非运动症状不敏感等局限，难以捕捉日内功能波动。疲劳作为MS常见症状，分为状态疲劳（短暂情境性）和特质疲劳（长期持续性），但缺乏客观、连续的家庭样环境监测手段。为此，研究人员在瑞士伯尔尼大学医院MS门诊招募了三名能独立行走的MS患者（EDSS 1–3级），在一间仪器化公寓（NeuroTec Loft）中，利用三个2D LiDAR传感器（Hokuyo UST-20LX-H01，采样率40 Hz，安装高度25 cm）进行6.5–9.0小时连续监测，探索隐私保护下步态和活动参数的可行性。该研究以技术概念验证为目的，旨在：（1）量化自然行走期间的步态参数（速度、步长及其变异性）；（2）描述性探索上午与下午间步态和活动的时间变化，作为潜在疲劳相关运动表现模式；（3）评估该方法衍生的候选数字测量指标对日常功能的表征潜力。研究未设立健康对照组或标准化疲劳诱导方案，分析限于个体描述性比较，不进行统计推断或临床验证。论文发表在《Sensors》。
研究人员主要采用了以下关键技术与方法：**LiDAR传感器系统**（三个2D LiDAR传感器，基于飞行时间技术，以40 Hz采集270°视场距离扫描，安装于地板以上25 cm处，覆盖起居室及部分厨房区域）；**腿部追踪算法**（通过运动分割分离静态背景与移动前景点，对前景点进行时空聚类以识别左右腿轨迹，并基于速度剖面检测步态事件）；**步态参数提取**（从有效步态段计算步长、行走速度及其变异性，以30分钟间隔汇总）；**区域分配与活动分类**（将地板图划分为六个标签区域（厨房餐桌、厨房、起居室、卧室、浴室、沙发），将LiDAR追踪位置映射至区域，并用30秒滚动窗口定义运动活跃时间）。样本队列来源于瑞士伯尔尼大学医院MS门诊。
**3.1 技术可行性与数据产出**：所有三名参与者均完成了预定监测。LiDAR系统生成了连续的区域占用和行走活动汇总，每个参与者均获得了有效步态段的步态估计。监测时长、有效步态段数、有效步数及有效30分钟间隔数等指标表明系统在家庭样环境中可产生可用数据。
**3.2 描述性统计**：临床与人口学数据及步态参数汇总显示，P01（EDSS 1，FSMC 52，VAS-F 1.0）平均行走速度0.72 m/s（SD 0.08），步长0.60 m（SD 0.04）；P02（EDSS 3，FSMC 82，VAS-F缺失）平均速度0.88 m/s（SD 0.11），步长0.62 m（SD 0.05）；P03（EDSS 3，FSMC 87，VAS-F 6.5）平均速度0.75 m/s（SD 0.53），步长0.54 m（SD 0.04）。与健康成人参考值（室内0.83 m/s，步长0.63 m）相比，P01和P03速度偏低，P03步长缩短。
**3.3 行为特征定性分析**：每小时区域占用时间分布图显示，P01和P02主要在沙发区域（52.0%和68.0%），而P03主要在厨房餐桌区域（77.1%），表明不同个体在空间活动模式上存在显著差异。
**3.4 监测期间步态参数与区域转换的进展**：图4展示了30分钟步态参数平均值及区域转换时间序列。P01步态参数稳定；P02步长稳定，下午速度略有增加（+15.9%）；P03步长变异性高，下午速度显著下降（-68.0%），步长下降14.0%，未达到探索性阈值（≥15%）。所有参与者下午区域转换次数均减少，P03的下午速度下降与区域转换减少一致。操作定义休息时段约占分析时间的1/4至2/5，P03上午无休息时段。
讨论部分指出，该研究主要贡献在于提供隐私保护LiDAR传感器在MS患者家庭样环境中连续评估运动功能和行为的技术可行性与数据产出证据。观察到的步态参数差异（如P03速度下降）与既往加速度计研究一致，但需更大样本验证。LiDAR区域分配可区分与不同日常活动（ADLs）相关的空间区域，减少的转换次数或延长停留可能提供疲劳相关活动变化的候选信息。所有参与者活动水平较低（运动活跃时间16.44%–32.00%），但监测时长有限且环境受限，不能代表日常活动量。研究局限性包括样本量小、单日观察、无健康对照组、无同时步态参考系统、无标准化疲劳诱导方案，因此观察到的变化不能归因于MS特异性疲劳，仅作为未来验证的候选模式。
研究结论部分翻译如下：这项探索性试点研究展示了使用基于LiDAR的监测在家庭样环境中连续捕捉MS患者步态和活动参数的技术可行性。观察到的个体差异（行走速度、步长、区域转换和久坐行为）表明，LiDAR衍生参数可能作为表征日常功能和疲劳相关运动表现变化的候选数字测量指标。特别地，一名参与者下午行走速度超过了探索性下降判据，而步长下降未达到该判据。然而，小样本量、单日观察、缺乏健康对照组、无同时步态参考测量以及无独立金标准或标准化疲劳诱导方案，限制了关于临床有效性、疲劳特异性、诊断阈值或诊断性能的结论。需要更大规模、纵向、对照研究，并配备同时参考系统和标准化疲劳评估，才能支持LiDAR衍生步态和活动测量的临床或疲劳特异性解释。此类研究应确定这些测量能否可靠捕捉疲劳相关运动表现变化，能否建立临床意义阈值，以及能否为MS个体化疲劳管理做出贡献。
