基于家庭的步态与活动分析监测仪

摘要

这种创新设备采用磁-惯性传感器，可在非受控环境中进行步态和活动分析。该设备目前正处于欧洲药品管理局作为结局指标的资格认证过程中，其应用之一是在神经肌肉疾病临床试验中作为临床终点。

摘要

目前，神经肌肉疾病临床试验的结果评估主要包括由经过培训的临床评估人员执行的运动功能量表、计时测试和力量测量。这些评估方法具有一定主观性，且需在患者前往诊所或医院就诊期间完成，因此属于单时间点评估。单时间点评估可能受到患者每日状态波动的影响，例如疲劳、动机水平或合并疾病等因素。为了实现对步态和日常活动的居家监测，已开发出一种可穿戴磁惯性传感器（WMIS）。该设备是一种运动监测装置，由两个非常轻便、类似手表的传感器和一个对接站组成。每个传感器均包含三轴加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计，分别用于记录各个方向的线性加速度、角速度、磁场变化以及气压高度。传感器可佩戴于手腕、脚踝或轮椅上，以全天记录受试者的运动情况。对接站可在夜间实现数据上传和传感器电池充电。数据通过专有算法进行分析，以计算出反映运动类型和强度的参数。该WMIS能够记录一系列数字生物标志物，包括累积性变量（如步行总距离）和描述性步态变量（如在预设时间段内最快或最长步幅所占百分比，用以反映患者的最佳表现水平）。

引言

目前，针对遗传性神经肌肉疾病的多种潜在疗法正在研发中。这些疾病包括杜氏肌营养不良症（DMD）和脊髓性肌萎缩症（SMA）3型。患有这些疾病的患者最初表现为下肢近端无力，进而逐渐出现行走困难。转化研究的最终步骤是在临床试验中验证潜在治疗方法或干预手段的有效性，这需要具备特异性、可量化、客观且可靠的评估指标。此类评估指标的重要性最近在二期b阶段ataluren试验¹和三期Biomarin试验²的失败中得到了凸显。这些试验失败的可能原因之一在于其主要终点指标——6分钟步行试验³（6 MWT）——存在较大的变异性以及非线性的进展特征。提高终点指标的可靠性及其对变化的敏感性，并深入理解导致其变异的影响因素，有助于减少因主要终点指标问题而导致的临床试验失败。

当前结局评估的一个局限性在于其主观性。为了进一步提高评估的客观性，Heberer 等人⁴研究表明，通过使用标记点集合和步态分析软件，接受类固醇治疗的患者相较于未接受治疗的初治组，步长显著增加。髋关节动力学是杜氏肌营养不良（DMD）患者近端肌力减弱的早期指标，并且对类固醇干预引起的改变具有响应性，而类固醇治疗是目前针对这些患者唯一可用的治疗方法。然而，步态分析实验室仅在大型医疗机构中配备。此外，实验室评估仅为单时间点测量，而患者的病情可能因疲劳、动....

方案

任何使用该设备的行为都必须遵循由伦理委员会及所在国家监管机构批准的参考方案中所规定的规则。该设备及其附属各种部件的使用必须在患者手册中描述的预期用途范围内进行。

注意：患者需满足以下条件方可使用 WMIS：年龄超过 5 岁，能够理解并遵守使用规则，签署知情同意书，属于社会保障计划的参保人员或受益人，并能够遵守所有试验方案要求。本研究无特定排除标准。

1. 准备工作 受试者在临床中心的就诊

1. 检查行李箱内的物品：（1）用于夜间连接传感器以将数据上传至U盘并为电池充电的对接站，（2）分为两段的电源线，用于将对接站连接至电源，（3）以太网电缆，用于连接路由器，（4）两个用于记录日常活动的传感器，（5）根据参与者选择的配置及其行动状态（踝-踝：两个踝部绑带，附两个贴纸以区分佩戴侧；踝-腕：一个踝部绑带和一个腕部手环；腕-轮椅：一个手环和一个轮椅口袋），（6）一份参与者手册和一份研究者手册，（7）一个任务提醒卡，（8）用于更换U盘的螺丝刀，以及（9）两个空白U盘。
   注意：如有互联网连接，数据传输将自动进行
2. 打印并准备设备分配表，用于记录设备分配给参与者的相关信息，以便将数据与受试者编号进行匹配。

2. 首次访视期间受试者的训练

1. WMIS 的放置 <....

结果

本文所展示的数据来自经伦理委员会和法国监管机构批准的临床试验。所有患者代表均签署了知情同意书。

该 WMIS 最初于 2012 年在一项临床研究中用于对非行走型杜氏肌营养不良症（DMD）患者进行受控环境及家庭环境下的上肢运动监测（NCT01611597），结果证明了该设备使用的自主性和可行性¹⁰。研究识别出若干变量，如角速度的范数、加速度垂直分量与总加速度的比值、抬高率以及计算功率，可用于在受控环境中对患者的上肢活动进行临床表征（表 1）。随后，这些变量被进一步与患者在标准化且经过验证的任务中的表现效能进行相关性分析，同时也验证了设备的可靠性¹⁰。目前，针对非行走型受试者相关变量的更全面验证工作仍在进行中。

讨论

在过去十年中，已开发出多种不同的系统，例如活动监测仪（材料表 [IV]），该系统利用加速度传感器监测日常生活活动，以量化能量消耗¹³。Tanaka 等人¹⁴使用三轴加速度计（材料表 [V]）监测学龄前儿童的活动。Lau 等人¹⁵通过结合双加速度计（材料表 [VI]）和陀螺仪（材料表 [VII]）表明，可利用惯性传感器精确测定步态的时空特征。Zijlstra 等人¹⁶使用固定在身体上的传感器分析了行走过程中躯干及骨盆发生的289种代偿性运动。大多数用于步态分析的设备均为三轴加速度计^17,18,19（材料表

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
ActiMyo 传感器	Sysnav	SF-000080	可穿戴式磁-惯性传感器，附着于患者身体以记录运动数据
Helen Hayes 标记点设置	Vicon	NA	全身连体服，带有预定义的 Vicon 标记点位置
OrthoTrak（Motion Analysis，美国加利福尼亚州圣罗莎）	Motion Lab Systems		步态分析软件
ActiGraph	ActiGraph Corp	GTM1	活动监测仪，供研究人员连续采集并记录高分辨率的体力活动及睡眠/清醒信息
ActivTracer GMS LTD	GMS Co. Ltd 日本	AC-301A	三轴加速度计
ADXL202E 双轴加速度计	Analog Devices	ADXL212AEZ	高精度、低功耗、完整的双轴加速度计，具有信号调理和占空比调制输出，全部集成于单片集成电路中
ENC-03J 陀螺仪	Murata Electronics	ENC-03J	振动传感器
DynaPort MiniMod	MCROBERTS		小型轻便外壳，内含三轴加速度计、可充电电池、USB 接口，以及用于原始数据存储的 MicroSD 卡
MM-2860 Sunhayato	Sunhayato	MM-2860	三轴加速度计
MicroStone MA3-10Ac	MA3-04AC	Microstone Co.	加速度传感器
RT3 活动监测仪	Abledata	NA	三轴加速度计
Aparito	aparito	NA	可穿戴设备及疾病特异性移动应用程序，用于在医院外进行患者监测；Elin Davies，Aparito：https://www.aparito.com/
对接站	Sysnav	SF-000118
传感器	Sysnav	SF-000080
手环 （黑色/灰色 L） （黑色/灰色 S）（黑色/黄色 L）（黑色/黄色 S）	Sysnav	ZZ-000093 ZZ-000094 ZZ-000247 ZZ-000248
患者使用手册	Sysnav	FD-000086
以太网线缆（最大 2 m）	Sysnav	IC-000458
电源线 （欧盟） （英国） （美国）	Sysnav	ZE-000440 ZE-000441 ZE-000442
电源适配器	Sysnav	ZE-000443
脚踝绑带	Sysnav	ZZ-000462
小包	Sysnav	ZZ-000033