Monitoraggio basato su home per l'analisi dell'andatura e dell'attività
Summary
Questo dispositivo innovativo utilizza sensori magneto-inerziali per consentire l’analisi dell’andatura e dell’attività in ambienti incontrollati. Attualmente nel processo di qualificazione come misura di risultato nell’Agenzia medica europea, una delle applicazioni sarà quella di fungere da endpoint clinico negli studi clinici in malattie neuromuscolari.
Abstract
Gli attuali risultati negli studi clinici sul disturbo neuromuscolare includono scale di funzione motoria, test a tempo e misure di resistenza eseguite da valutatori clinici addestrati. Queste misure sono leggermente soggettive e vengono eseguite durante una visita in una clinica o in un ospedale e costituiscono pertanto una valutazione dei punti. Le valutazioni dei punti possono essere influenzate dalla condizione quotidiana del paziente o da fattori come la fatica, la motivazione e la malattia intercorrente. Per consentire il monitoraggio domestico dell’andatura e dell’attività, è stato sviluppato un sensore magneto-inerziale (WMIS) indossabile. Questo dispositivo è un monitor di movimento composto da due sensori simili a orologi molto leggeri e da una docking station. Ogni sensore contiene un accelerometro triassiale, un giroscopio, un magnetometro e un barometro che registrano rispettivamente l’accelerazione lineare, la velocità angolare, il campo magnetico del movimento in tutte le direzioni e l’altitudine barometrica. I sensori possono essere indossati sul polso, sulla caviglia o sulla sedia a rotelle per registrare i movimenti del soggetto durante il giorno. L’alloggiamento di espansione consente il caricamento e la ricarica dei dati delle batterie dei sensori durante la notte. I dati vengono analizzati utilizzando algoritmi proprietari per calcolare i parametri rappresentativi del tipo e dell’intensità del movimento eseguito. Questo WMIS può registrare un insieme di biomarcatori digitali, incluse le variabili cumulative, come il numero totale di metri persisti e variabili di andatura descrittive, ad esempio la percentuale del passo più rapido o più lungo che rappresenta le prestazioni superiori del paziente su un periodo di tempo predefinito.
Introduction
Un certo numero di terapie potenziali sono in fase di sviluppo per il trattamento delle malattie neuromuscolari genetiche. Queste malattie includono distrofia muscolare di Duchenne (DMD) e atrofia muscolare spinale (SMA) tipo 3. I soggetti con queste malattie presentano inizialmente con debolezza prossimale degli arti inferiori che porta a difficoltà progressive nell’uso. La fase finale nella ricerca traslazionale è la dimostrazione dell’efficacia di un potenziale trattamento o approccio in uno studio clinico. Sono necessarie misure specifiche, quantificabili, oggettive e affidabili. L’importanza di tali misure è stata recentemente sottolineata dal fallimento dello studio di fase IIb ataluren1 e dallo studio di fase III sulla biomarina2. Una delle possibili spiegazioni per questi fallimenti è stata la variabilità e l’evoluzione non lineare della misura del risultato primario di queste prove, il test di 6 minuti di camminata3 (6 MWT). L’aumento dell’affidabilità e della sensibilità al cambiamento delle misure dei risultati e la comprensione dei fattori che portano alla loro variazione potrebbe contribuire a ridurre il numero di errori di prova correlati alle principali misure di risultato.
Una delle limitazioni dei risultati attuali è la soggettività della valutazione. Per aumentare ulteriormente l’obiettività delle valutazioni, Heberer et al.4 ha mostrato che attraverso un set di marcatori e l’uso di un software di analisi dell’andatura, c’è stato un aumento significativo della lunghezza del passo nei pazienti trattati con steroidi rispetto al gruppo ingenui. Cinetica articolare dell’anca sono marcatori precoci di debolezza prossimale nei pazienti con DMD e sono sensibili al cambiamento con l’intervento steroide, che è l’unico trattamento disponibile per questi pazienti. I laboratori di andatura sono, tuttavia, disponibili solo in cliniche di grandi dimensioni. Inoltre, le valutazioni di laboratorio sono valutazioni dei punti e le condizioni di un paziente possono variare notevolmente giorno per giorno a causa di fattori come la fatica, la motivazione e la malattia intercorrente.
L’uso di misurazioni continue e domestiche dovrebbe raggiungere sia una valutazione più obiettiva che una valutazione più rappresentativa a livello globale. In altri campi della neurologia, ad esempio Parkinson5 o sclerosi multipla6, diversi studi hanno valutato la fattibilità, l’affidabilità e la coerenza con altre misure di diversi sensori, tra cui accelerometri con o senza tinchiometri o magnetometri, ma nessuno di questi dispositivi è attualmente un gold standard per la valutazione dei pazienti durante gli studi clinici. Nel campo delle malattie neuromuscolari, attualmente non esiste un metodo convalidato per il monitoraggio domestico continuo dei pazienti. Negli ultimi anni, attraverso una stretta collaborazione tra medici e ingegneri, l’Istituto di Miologia di Parigi ha sviluppato diversi dispositivi per la valutazione degli arti superiori per valutare con precisione la forza e la funzione degli arti superiori7,8 , 9. Un sensore magneto-inerziale indossabile (WMIS; cioè ActiMyo) è stato sviluppato in collaborazione con una società specializzata in sistemi di navigazione. Inizialmente un dispositivo di monitoraggio dedicato a soggetti non ambulanti con disturbi neuromuscolari come DMD e SMA10,11, lo stesso dispositivo è stato ora utilizzato per monitorare i pazienti ambulanti in due diverse configurazioni: sensori su entrambe le configurazioni caviglie o un sensore al polso e l’altro alla caviglia. La configurazione per una popolazione non ambulante è composta da un sensore sulla sedia a rotelle e dall’altro al polso.
Questo WMIS è in grado di catturare e quantificare con precisione tutti i movimenti dell’arto su cui è posizionato. Il principio di misurazione si basa sull’uso di sensori inerziali del sistema microelettromeccanico (MEMS) e magnetometri operati attraverso equazioni magneto-inerziali. Algoritmi dedicati consentono una precisa qualificazione e quantificazione dei movimenti dei pazienti in un ambiente non controllato.
L’obiettivo generale del metodo è quello di fornire l’identificazione e la quantificazione di qualsiasi movimento prodotto da un paziente in un periodo di tempo predefinito e di integrare queste misure in misure di esito specifiche della malattia rappresentative del condizione per un periodo di tempo.
Per valutare efficacemente i pazienti ambulatoriali e non ambulanti con disturbi del movimento a casa, il dispositivo deve essere fornito al paziente da un valutatore addestrato che è responsabile per assicurarsi che le istruzioni siano state comprese. Un investigatore e un manuale del paziente sono forniti con il dispositivo. Questo WMIS è attualmente utilizzato come misura di risultato esplorativo in una serie di studi clinici per malattie neuromuscolari e neurologiche (NCT03351270, NCT02780492, NCT01385917, NCT03039686, NCT03368742, NCT02500381). Sono state sviluppate procedure specifiche adattate alla patologia e/o alla progettazione della sperimentazione clinica.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nell’ultimo decennio sono stati sviluppati diversi sistemi, come un monitor di attività (Tabella dei materiali [IV]), che utilizza sensori accelerometrici per monitorare le attività della vita quotidiana per la quantificazione del dispendio energetico13. Un accelerometro triaxiale (Tabella dei Materiali [V]) è stato utilizzato da Tanaka et al.14 per monitorare l’attività dei bambini in età prescolare. Lau et al.15</su…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano Anne-Gaàlle Le Moing, Amélie Moreaux ed Eric Dorveaux per il loro contributo allo sviluppo di questo sensore magneto-inerziale indossabile e Jackie Wyatt per la revisione.
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 |
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