جهاز مراقبة منزلي لتحليل مشية والنشاط
Summary
يستخدم هذا الجهاز المبتكر أجهزة استشعار مغناطيسية بالقصور الذاتي للسماح بتحليل المشية والنشاط في البيئات غير المنضبطة. حاليا في عملية التأهيل كمقياس للنتائج في الوكالة الطبية الأوروبية، سيكون واحدا من التطبيقات لتكون بمثابة نقطة نهاية سريرية في التجارب السريرية في الأمراض العصبية العضلية.
Abstract
وتشمل النتائج الحالية في التجارب السريرية اضطراب العصبية العضلية جداول وظائف المحرك, اختبارات موقوتة, وتدابير القوة التي يؤديها المقيّمون السريرية المدربة. وهذه التدابير ذاتية بعض الشيء وتُجرى أثناء زيارة إلى عيادة أو مستشفى، وبالتالي فهي تشكل تقييماً للنقاط. يمكن أن تتأثر تقييمات النقاط بحالة المريض اليومية أو عوامل مثل التعب والدافع والمرض بين التيار. ولتمكين الرصد المنزلي للمشية والنشاط، تم تطوير جهاز استشعار مغناطيسي بالقصور الذاتي يمكن ارتداؤه . هذا الجهاز هو رصد الحركة تتكون من اثنين من أجهزة الاستشعار الخفيفة جدا مثل ووتش ومحطة الإرساء. كل جهاز استشعار يحتوي على التسارع ثلاثي المحور، جيروسكوب، مقياس المغناطيسية، ومقياس قياس أن يسجل التسارع الخطي، والسرعة الزاوي، والمجال المغناطيسي للحركة في جميع الاتجاهات، والارتفاع الجوي، على التوالي. يمكن ارتداء أجهزة الاستشعار على المعصم أو الكاحل أو الكرسي المتحرك لتسجيل حركات الموضوع خلال النهار. تتيح محطة الإرساء تحميل البيانات وإعادة شحن بطاريات أجهزة الاستشعار أثناء الليل. يتم تحليل البيانات باستخدام خوارزميات الملكية لحساب المعلمات التي تمثل نوع وكثافة الحركة التي تم تنفيذها. يمكن لـ WMIS تسجيل مجموعة من العلامات الحيوية الرقمية، بما في ذلك المتغيرات التراكمية، مثل إجمالي عدد العدادات التي تم السير عليها، ومتغيرات مشية وصفية، مثل النسبة المئوية لأسرع أو أطول خطوة تمثل الأداء الأعلى للمريض على مدى فترة زمنية محددة مسبقاً.
Introduction
وهناك عدد من العلاجات المحتملة في التنمية لعلاج الأمراض العصبية العضلية الوراثية. وتشمل هذه الأمراض ضمور العضلات دوشين (DMD) وضمور العضلات الشوكي (SMA) نوع 3. الأشخاص الذين يعانون من هذه الأمراض موجودة في البداية مع ضعف الطرف السفلي القريب الذي يؤدي إلى صعوبات تدريجية في التملّب. الخطوة الأخيرة في البحوث الترجمة هو إثبات فعالية العلاج المحتمل أو النهج في تجربة سريرية. ويلزم اتخاذ تدابير محددة وقابلة للقياس الكمي وموضوعية وموثوق بها. وقد تم التأكيد مؤخرا على أهمية هذه التدابير من خلال فشل المرحلة IIb ataluren المحاكمة1 والمرحلة الثالثة بيومارين المحاكمة2. وكان أحد التفسيرات المحتملة لهذه الإخفاقات هو التباين والتطور غير الخطي لقياس النتيجة الأولية لهذه التجارب، وهو اختبار المشي لمدة 6 دقائق3 (6 ميغاواط). ويمكن أن تسهم زيادة الموثوقية والحساسية إزاء تغيير مقاييس النتائج وفهم العوامل المؤدية إلى تغييرها في خفض عدد حالات الفشل في المحاكمات المتصلة بتدابير النتائج الرئيسية.
وأحد أوجه القصور في النتائج الحالية هو الذاتية للتقييم. لزيادة موضوعية التقييمات, Heberer وآخرون4 أظهرت أنه من خلال مجموعة علامة واستخدام برنامج تحليل مشية, كان هناك زيادة كبيرة في طول خطوة في المرضى الذين عولجوا بالمنشطات مقارنة مع مجموعة ساذجة. حركية مفصل الورك هي علامات مبكرة من الضعف القريب في المرضى الذين يعانون من DMD وتستجيب للتغيير مع تدخل الستيرويد, وهو العلاج الوحيد المتاح لهؤلاء المرضى. ومع ذلك، لا تتوفر مختبرات مشية إلا في العيادات الكبيرة. وعلاوة على ذلك، فإن التقييمات المختبرية هي تقييمات للنقاط، وقد تختلف حالة المريض بشكل كبير على أساس يومي بسبب عوامل مثل التعب والتحفيز والمرض بين التيار.
ومن شأن استخدام القياس المستمر والمنزلي أن يحقق تقييماً أكثر موضوعية وأكثر تمثيلاً على الصعيد العالمي. في مجالات أخرى من علم الأعصاب، على سبيل المثال باركنسون5 أو التصلب المتعدد6، وقد قيمت عدة دراسات الجدوى والموثوقية والاتساق مع التدابير الأخرى من أجهزة الاستشعار المختلفة بما في ذلك التسارع مع أو بدون الجيروسكوبات أو أجهزة قياس المغنطيسية، ومع ذلك لا يوجد أي من هذه الأجهزة حاليا معيار الذهب لتقييم المرضى خلال التجارب السريرية. في مجال الأمراض العصبية العضلية، لا توجد حاليا طريقة مصدقة للرصد المنزلي المستمر للمرضى. في السنوات الأخيرة، من خلال تعاون وثيق بين الأطباء والمهندسين، وقد وضعت معهد Myology في باريس عدة أجهزة لتقييم الأطراف العليا لتقييم قوة الطرف العلوي على وجه التحديد وظيفة7،8 , 9– وقد تم تطوير جهاز استشعار قابل للارتداء من القصور الذاتي المغناطيسي (WMIS؛ أي ActiMyo) بالتعاون مع شركة متخصصة في نظم الملاحة. في البداية جهاز مراقبة مخصص للمواضيع غير المتنقلة مع الاضطرابات العصبية العضلية مثل DMD وSMA10،11، وقد تم استخدام نفس الجهاز الآن لمراقبة المرضى الشبولفين في اثنين من تكوينات مختلفة: أجهزة الاستشعار على حد سواء الكاحلين أو جهاز استشعار واحد في المعصم والآخر في الكاحل. يتكون تكوين السكان غير المنشعبمن ة من جهاز استشعار على كرسي متحرك والآخر في المعصم.
هذا WMIS قادرة على التقاط بدقة وقياس جميع تحركات الطرف الذي وضعت عليه. ويستند مبدأ القياس إلى استخدام أجهزة استشعار القصور الذاتي والقصور المغناطيسي للنظام الكهروميكانيكي (MEMS) التي تعمل من خلال معادلات القصور المغناطيسي. تسمح خوارزميات مخصصة بتأهيل دقيق وتقدير كمي لتحركات المرضى في بيئة غير خاضعة للرقابة.
الهدف العام للطريقة هو توفير تحديد وتقدير كمي لأي حركة ينتجها المريض على مدى فترة زمنية محددة مسبقا، ودمج هذه التدابير في تدابير النتائج الخاصة بالأمراض التي تمثل المريض الشرط على مدى فترة من الزمن.
لتقييم المرضى الذين يعانون من اضطرابات الحركة في المنزل تقييما فعالا، يجب توفير الجهاز للمريض من قبل مقيم مدرب مسؤول عن التأكد من أن التعليمات قد تم فهمها. يتم تزويد محقق ودليل المريض مع الجهاز. يتم استخدام هذا WMIS حاليا كمقياس نتائج استكشافية في عدد من التجارب السريرية للأمراض العصبية العضلية والعصبية (NCT03351270, NCT02780492, NCT01385917, NCT03039686, NCT03368742, NCT02500381). وقد وضعت إجراءات محددة تتكيف مع علم الأمراض و / أو لتصميم التجارب السريرية.
Protocol
Representative Results
Discussion
وفي العقد الماضي، تم تطوير عدد من النظم المختلفة، مثل جهاز رصد الأنشطة (جدولالمواد [IV])، الذي يستخدم أجهزة استشعار التسارع لرصد أنشطة الحياة اليومية من أجل تحديد كمية نفقات الطاقة13. وقد استخدم تاناكا وآخرون14 مقياس تسارع ثلاثي المحور (جدولالمواد…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويشكر المؤلفون آن- غايل لو موينغ، وأميلي مورو، وإريك دورفو على مساهمتهم في تطوير هذا الاستشعار القابل للارتداء عن القصور الذاتي المغناطيسي وجاكي وايت على الاستعراض.
Materials
| ActiMyo Sensors | Sysnav | SF-000080 | Wearable magneto-inertal sensors attached to the patient for movment recording |
| Helen Hayes marker set | Vicon | NA | Whole body jumpsuit with predefined Vicon's spots |
| OrthoTrak (Motion Analysis, Santa Rosa, CA, USA) | Motion Lab Systems | Gait analysis software | |
| ActiGraph | ActiGraph Corp | GTM1 | Activity monitor, used by researchers to capture and record continuous, high resolution physical activity and sleep/wake information |
| ActivTracer GMS LTD | GMS Co. Ltd Japan | AC-301A | Triaxial accelerometer |
| ADXL202E dual-accelerometer | Analog Devices | ADXL212AEZ | High precision, low power, complete dual axis accelerometer with signal conditioned, duty cycle modulated outputs, all on a single monolithic IC. |
| ENC-03J gyroscope | Murata Electronics | ENC-03J | Vibration Sensors |
| DynaPort MiniMod | MCROBERTS | Small and light case containing a tri-axial accelerometer, a rechargeable battery, an USB connection, and raw data storage on a MicroSD card | |
| MM-2860 Sunhayato | Sunhayato | MM-2860 | 3-axis accelerometer |
| MicroStone MA3-10Ac | MA3-04AC | Microstone Co. | Acceleration sensors |
| RT3 Activity monitor | Abledata | NA | Triaxial accelerometer |
| Aparito | aparito | NA | Wearables and disease specific mobile apps to deliver patient monitoring outside of the hospital; Elin Davies, Aparito: https://www.aparito.com/ |
| Docking station | Sysnav | SF-000118 | |
| Sensor | Sysnav | SF-000080 | |
| Bracelet (black/grey L) (black/grey S) (black/yellow L) (black/yellow S) |
Sysnav | ZZ-000093 ZZ-000094 ZZ-000247 ZZ-000248 | |
| Patient manual | Sysnav | FD-000086 | |
| Ethernet cable (2 m max.) | Sysnav | IC-000458 | |
| Power cable (EU) (UK) (US) |
Sysnav | ZE-000440 ZE-000441 ZE-000442 | |
| Power supply unit | Sysnav | ZE-000443 | |
| Ankle strap | Sysnav | ZZ-000462 | |
| Small bag | Sysnav | ZZ-000033 |
References
- McDonald, C. M., et al. Ataluren in patients with nonsense mutation Duchenne muscular dystrophy (ACT DMD): a multicentre, randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 3 trial. The Lancet. 390 (10101), 1489-1498 (2017).
- Aartsma-Rus, A., et al. Development of Exon Skipping Therapies for Duchenne Muscular Dystrophy: A Critical Review and a Perspective on the Outstanding Issues. Nucleic Acid Therapeutics. 27 (5), 251-259 (2017).
- McDonald, C. M., et al. The 6-minute walk test as a new outcome measure in Duchenne muscular dystrophy. Muscle & Nerve. 41 (4), 500-510 (2010).
- Heberer, K., et al. Hip kinetics during gait are clinically meaningful outcomes in young boys with Duchenne muscular dystrophy. Gait & Posture. 48, 159-164 (2016).
- Pan, W., et al. Actigraphy monitoring of symptoms in patients with Parkinson’s disease. Physiology & Behavior. 119, 156-160 (2013).
- Supratak, A., et al. Remote Monitoring in the Home Validates Clinical Gait Measures for Multiple Sclerosis. Frontiers in Neurology. 9, 561 (2018).
- Seferian, A. M., et al. Upper Limb Strength and Function Changes during a One-Year Follow-Up in Non-Ambulant Patients with Duchenne Muscular Dystrophy: An Observational Multicenter Trial. PloS One. 10 (2), e0113999 (2015).
- Seferian, A. M., et al. Upper Limb Evaluation and One-Year Follow Up of Non-Ambulant Patients with Spinal Muscular Atrophy: An Observational Multicenter Trial. PLoS One. 10 (4), e0121799 (2015).
- Servais, L., et al. Innovative methods to assess upper limb strength and function in non-ambulant Duchenne patients. Neuromuscular Disorders. 23 (2), 139-148 (2013).
- Le Moing, A. G., et al. A Movement Monitor Based on Magneto-Inertial Sensors for Non-Ambulant Patients with Duchenne Muscular Dystrophy: A Pilot Study in Controlled Environment. PLoS One. 11 (6), e0156696 (2016).
- Chabanon, A., et al. Prospective and longitudinal natural history study of patients with Type 2 and 3 spinal muscular atrophy: Baseline data NatHis-SMA study. PLoS One. 13 (7), e0201004 (2018).
- Valentini, R., Martinelli, B., Mezzarobba, S., De Michiel, A., Toffano, M. Optokinetic analysis of gait cycle during walking with 1cm- and 2cm-high heel lifts. The Foot. 19 (1), 44-49 (2009).
- Rothney, M. P., Brychta, R. J., Meade, N. N., Chen, K. Y., Buchowski, M. S. Validation of the ActiGraph Two-Regression Model for Predicting Energy Expenditure. Medicine & Science in Sports & Exercise. 42 (9), 1785-1792 (2010).
- Tanaka, C., Tanaka, S. Daily Physical Activity in Japanese Preschool Children Evaluated by Triaxial Accelerometry: The Relationship between Period of Engagement in Moderate-to-Vigorous Physical Activity and Daily Step Counts. Journal of Physiological Anthropology. 28 (6), 283-288 (2009).
- Lau, H., Tong, K. The reliability of using accelerometer and gyroscope for gait event identification on persons with dropped foot. Gait & Posture. 27 (2), 248-257 (2008).
- Zijlstra, A., Goosen, J. H. M., Verheyen, C. C. P. M., Zijlstra, W. A body-fixed-sensor based analysis of compensatory trunk movements during unconstrained walking. Gait & Posture. 27 (1), 164-167 (2008).
- Brandes, M., Zijlstra, W., Heikens, S., van Lummel, R., Rosenbaum, D. Accelerometry based assessment of gait parameters in children. Gait & Posture. 24 (4), 482-486 (2006).
- Liu, K., Liu, T., Shibata, K., Inoue, Y., Zheng, R. Novel approach to ambulatory assessment of human segmental orientation on a wearable sensor system. Journal of Biomechanics. 42 (16), 2747-2752 (2009).
- Itoh, T., Morioka, I. Developing Leg-Motion Measurement System Using Acceleration Sensors. Electrical Engineering in Japan. 204 (1), 59-66 (2018).
- Scott, E., et al. Development of a functional assessment scale for ambulatory boys with Duchenne muscular dystrophy. Physiotherapy Research International. 17 (2), 101-109 (2012).
- Sonenblum, S. E., Sprigle, S., Caspall, J., Lopez, R. Validation of an accelerometer-based method to measure the use of manual wheelchairs. Medical Engineering & Physics. 34 (6), 781-786 (2012).
- Hiremath, S. V., Ding, D. Regression equations for RT3 activity monitors to estimate energy expenditure in manual wheelchair users. 2011 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 7348-7351 (2011).
- Ciuti, G., Ricotti, L., Menciassi, A., Dario, P. M. E. M. S. Sensor Technologies for Human Centred Applications in Healthcare, Physical Activities, Safety and Environmental Sensing: A Review on Research Activities in Italy. Sensors. 15 (3), 6441-6468 (2015).
- del Rosario, M., Redmond, S., Lovell, N. Tracking the Evolution of Smartphone Sensing for Monitoring Human Movement. Sensors. 15 (8), 18901-18933 (2015).
- Shoaib, M., Bosch, S., Incel, O., Scholten, H., Havinga, P. Fusion of Smartphone Motion Sensors for Physical Activity Recognition. Sensors. 14 (6), 10146-10176 (2014).
- Miao, F., Cheng, Y., He, Y., He, Q., Li, Y. A Wearable Context-Aware ECG Monitoring System Integrated with Built-in Kinematic Sensors of the Smartphone. Sensors. 15 (5), 11465-11484 (2015).
- EMA. . Draft qualification opinion on stride velocity 95th centile as a secondary endpoint in Duchenne Muscular Dystrophy measured by a valid and suitable wearable device*. , (2018).
- Coulter, E. H., et al. Validity of the activPAL3 activity monitor in people moderately affected by Multiple Sclerosis. Medical Engineering & Physics. 45, 78-82 (2017).
- Thorp, J. E., Adamczyk, P. G., Ploeg, H. L., Pickett, K. A. Monitoring Motor Symptoms during Activities of Daily Living in Individuals with Parkinson’s Disease. Frontiers Neurology. 9, 1036 (2018).
