צג מבוסס על בסיס לניתוח הילוך ופעילות
Summary
מכשיר חדשני זה משתמש בחיישנים מגנטו-אינרציאליות כדי להתיר הילוך וניתוח פעילות בסביבות בלתי מבוקרות. כיום בתהליך ההסמכה כמדד התוצאה בסוכנות הרפואית האירופית, אחד היישומים יהיה לשמש נקודת הקצה הקלינית בניסויים קליניים במחלות נוירו-מולקולרית.
Abstract
התוצאות הנוכחיות בניסויים קליניים הפרעה קלינית כוללים מאזניים פונקציה מוטוריים, בדיקות מתוזמן, ואמצעים כוח שבוצעו על ידי מעריכים קליניים מאומנים. אמצעים אלה הם מעט סובייקטיביים ומבוצעים במהלך ביקור במרפאה או בבית חולים ומהווים אפוא הערכת נקודות. הערכות נקודות יכולות להיות מושפעות ממצב המטופל היומי או גורמים כגון עייפות, מוטיבציה ומחלה בין-שוטפת. כדי לאפשר ניטור מבוסס הבית של הילוך ופעילות, מגנטו חיישן אינרציאליות לביש (WMIS) פותחה. התקן זה הוא צג התנועה המורכב משני חיישנים כמו שעון קל מאוד ותחנת עגינה. כל חיישן מכיל תאוצה תלת-צירית, גירוסקופ, מגנטומטר, וברומטר המבצע האצת לינארית, מהירות זוויתית, השדה המגנטי של התנועה בכל הכיוונים, וגובה ברומטריים, בהתאמה. ניתן לענוד את החיישנים על פרק כף היד, הקרסול או כסא הגלגלים כדי לתעד את תנועות הנושא במהלך היום. תחנת העגינה מאפשרת טעינת נתונים וטעינה של סוללות חיישן במהלך הלילה. הנתונים מנתחים באמצעות אלגוריתמים קנייניים לחישוב הפרמטרים הנציג של סוג ועוצמה של התנועה שבוצעה. WMIS זה יכול להקליט קבוצה של סמנים דיגיטליים, כולל משתנים מצטברים, כגון מספר כולל של מטרים, ומשתני הילוך תיאורי, כגון אחוז הפסיעה המהירה ביותר או הארוכה ביותר המייצגת את הביצועים העליונים של המטופל על פרק זמן מוגדר מראש.
Introduction
מספר טיפולים פוטנציאליים נמצאים בשלבי פיתוח לטיפול במחלות עצבי גנטיות. מחלות אלה כוללות ניוון שרירים Duchenne (DMD) ו ניוון שרירי השדרה (SMA) סוג 3. נושאים עם מחלות אלה נוכח בתחילה חולשה הגפיים התחתונה התחתון המוביל לקשיים מתקדמים האמבולציה. השלב האחרון במחקר הטרנסלtional הוא הפגנה של יעילות של טיפול פוטנציאלי או גישה בניסוי קליני. נדרשים אמצעים ספציפיים, מוגדרים לשינוי, אובייקטיבי ואמין. החשיבות של צעדים כאלה הודגש לאחרונה על ידי כישלון השלב IIb משפט1 ואת השלב השלישי ביוארין משפט2. אחד ההסברים הצפויים לכשלים אלה היה ההשתנות והאבולוציה לא לינארית של מדד התוצאה העיקרית של מבחנים אלה, 6 דקות הליכה מבחן3 (6 mwt). הגדלת אמינות ורגישות לשינוי צעדי התוצאה והבנת הגורמים המובילים לווריאציה שלהם, עשויה לתרום כדי להקטין את מספר הכשלים בניסיון הקשורים לצעדי התוצאה העיקריים.
אחת ממגבלות התוצאות הנוכחיות היא הסובייקטיביות של ההערכה. כדי להגדיל עוד יותר את האובייקטיביות של הערכות, Heberer ואח ‘4 הראו כי באמצעות ערכת סמן ושימוש בתוכנת ניתוח הילוך, היתה עלייה משמעותית אורך פסיעה בחולים שטופלו סטרואידים לעומת הקבוצה נאיבי. קינטיקה משותפת היפ הם סמנים מוקדמים של חולשה האבותי בחולים עם DMD והם מגיבים לשינוי עם התערבות סטרואידים, אשר הוא הטיפול היחיד הזמין עבור חולים אלה. מעבדות הילוך הן, עם זאת, זמין רק במרפאות גדולות. יתרה מזאת, הערכות מעבדה הן הערכות נקודות, ומצבו של המטופל עשוי להשתנות באופן משמעותי ביום ליום, בשל גורמים כגון עייפות, מוטיבציה ומחלה בין-מרבית.
השימוש במדידה רציפה ומבוססת הבית צריך להשיג הן מטרה נוספת והן הערכה ייצוגית גלובלית יותר. בתחומים אחרים של נוירולוגיה, למשל פרקינסון5 או טרשת נפוצה6, מחקרים מסוימים העריכו את הכדאיות, אמינות, ועקביות עם אמצעים אחרים של חיישנים שונים כולל תאוצה עם או בלי מדחום או מגנטומטרים, אך אף אחד מהמכשירים הללו הוא כיום תקן זהב להערכת חולים במהלך ניסויים קליניים. בתחום של מחלות נוירו-מולקולרית, אין כרגע שיטה מאומתת לניטור הבית מתמשך של חולים. בשנים האחרונות, באמצעות שיתוף פעולה מקרוב בין מטפלים ומהנדסים, המכון של myology בפריז פיתחה מספר התקנים להערכת הגפיים העליון כדי להעריך במדויק את חוזק הגפיים העליונות ותפקוד7,8 , 9. חיישן מגנטו לביש-אינרציה (wmis; כלומר, ActiMyo) פותחה בשיתוף פעולה עם חברה מתמחה במערכות ניווט. בתחילה מכשיר ניטור מוקדש נושאים שאינם היותו עם הפרעות נוירוסקולריות כגון DMD ו SMA10,11, המכשיר אותו השתמשו כעת כדי לפקח על היותו חולים בשתי תצורות שונות: חיישנים על שני קרסוליים או חיישן אחד בפרק היד ואת השני על הקרסול. התצורה של אוכלוסיה שאינה מהיותו מורכבת מחיישן בכיסא הגלגלים ובשני בשורש כף היד.
WMIS זה הוא מסוגל בדיוק ללכוד ולכמת את כל התנועות של האיבר שבו הוא ממוקם. עקרון המדידה מתבסס על שימוש בחיישני האינרציה והמגנטומטרים שפעלו באמצעות משוואות מגניאליות. אלגוריתמים ייעודיים מאפשרים הכשרה וכימות מדויקות של תנועות המטופלים בסביבה שאינה מבוקרת.
המטרה הכוללת של השיטה היא לספק זיהוי וכימות של כל תנועה המופקת על ידי מטופל במשך תקופה מוגדרת מראש, ולשלב צעדים אלה לתוצאות ספציפיות למחלות המייצג את המטופל מצב במשך פרק זמן ממושך.
כדי להעריך ביעילות היותו ולא היותו חולים עם הפרעות תנועה בבית, המכשיר חייב להיות מסופק למטופל על ידי מעריך מאומן מי אחראי לוודא כי ההוראות הובנו. חוקר ומדריך למטופלים מסופקים עם המכשיר. WMIS זה נמצא כרגע בשימוש כמדד התוצאה מחקר במספר ניסויים קליניים עבור מחלות נוירולוגיים ונוירולוגיות (NCT03351270, NCT02780492, NCT01385917, NCT03039686, NCT03368742, NCT02500381). הליכים ספציפיים המותאמים לפתולוגיה ו/או לעיצוב הניסוי הקליני פותחו.
Protocol
Representative Results
Discussion
בעשור האחרון פותחו מספר מערכות שונות, כגון צג הפעילות (טבלת חומרים [IV]), המשתמשת בחיישני התאוצה לניטור פעילויות של חיי היומיום לצורך הוצאות האנרגיה בכמת13. תאוצה טריצירית (שולחן חומרים [V]) שימש טנאקה ואח ‘14 כדי לפקח על פעילות של ילדים בגן. לאו ואח ‘<su…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים אן-גיילי לה מואינג, אמלי מורי, ואריק דורווו על תרומתם לפיתוח החיישן המגניט-אינרציט הזה וג וואיט לסקירה.
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).
