Yürüyüş ve aktivite analizi için ev tabanlı monitör
Summary
Bu yenilikçi cihaz, kontrollü ortamlarda yürüyüş ve aktivite analizine izin vermek için Magneto-atalet sensörleri kullanır. Şu anda Avrupa Tıp ajansı ‘nda bir sonuç ölçümü olarak yeterlilik sürecinde, uygulamalardan biri nöromüsküler hastalıklarda klinik çalışmalarda klinik bir uç olarak hizmet edecek.
Abstract
Nöromüsküler bozukluk klinik çalışmalarda mevcut sonuçlar motor fonksiyon terazileri, zamanlanmış testler ve eğitimli klinik değerlendiriciler tarafından gerçekleştirilen mukavemet önlemleri içerir. Bu önlemler biraz subjektif ve bir klinik veya hastane ziyareti sırasında gerçekleştirilir ve bu nedenle bir nokta değerlendirmesi oluşturmaktadır. Nokta değerlendirmelerini günlük hasta durumu veya yorgunluk, motivasyon gibi faktörler ve araya giren hastalık etkilenebilir. Yürüme ve aktivitenin ev tabanlı takibini sağlamak için, giyilebilir Magneto-atalet sensörü (WMıS) geliştirilmiştir. Bu cihaz, iki çok hafif saat benzeri sensörden ve bir yerleştirme istasyonundan oluşan bir hareket monitörünü oluşturmaktadır. Her sensör üç eksenli Accelerometer, jiroskop, manyetometre ve doğrusal ivme, açısal hız, her yöne hareket manyetik alanı ve barometrik irtifa kayıt bir barometre içerir. Sensörler gün boyunca konunun hareketlerini kaydetmek için bilek, ayak bileği veya tekerlekli sandalyeye takılabilir. Yerleştirme İstasyonu, gece boyunca sensör pillerinin veri yükleme ve şarj edilmesini sağlar. Veriler, gerçekleştirilen hareketin türünün ve yoğunluğunun parametreler temsilcisini hesaplamak için özel algoritmalar kullanılarak analiz edilir. Bu WMıS, toplam metre sayısı gibi toplu değişkenler de dahil olmak üzere, bir dizi dijital Biyomarkör kaydedebilir ve bu da hastanın en yüksek performansını temsil eden en hızlı ya da uzun adımların yüzdesi gibi açıklayıcı yürüyüş değişkenleri olabilir. önceden tanımlanmış bir süre.
Introduction
Genetik nöromüsküler hastalıkların tedavisi için bir dizi potansiyel tedavi gelişmedir. Bu hastalıklar arasında Duchenne kas distrofi (DMD) ve spinal kas atrofisi (SMA) türü 3 yer aldı. Bu hastalıklarla ilgili konularda başlangıçta ambulasyon ilerici zorluklara yol açan proksimal alt ekstremite zayıflık ile mevcut. Translasyonel araştırmada son adım, bir klinik denemeyi potansiyel bir tedavi veya yaklaşımın etkinliğini gösteridir. Spesifik, ölçülebilir, objektif ve güvenilir önlemler gereklidir. Bu tür önlemlerin önemi son aşamada IIB ataluren deneme1 ve faz III BioMarin deneme2başarısızlığı ile vurgulanmıştır. Bu arızaların olası açıklamalarından biri, bu denemelerin primer sonuç ölçüminin değişkenliği ve doğrusal olmayan evrimi, 6 dakikalık yürüyüş testi3 (6 MWT) idi. Sonuç önlemlerinin değişmesi ve varyasyonlarına yol açan faktörlerin anlayışının güvenilirliğini ve hassasiyetini arttırmak, ana sonuç önlemleriyle ilgili deneme arızalarının sayısını azaltmaya katkıda bulunabilir.
Geçerli sonuçların sınırlamalarından biri, değerlendirmenin öznelliğdir. Daha fazla değerlendirme nesnellik artırmak için, heberer ve ark.4 gösterdi bir marker seti ve bir yürüyüş analiz yazılımı kullanımı ile, orada steroid ile tedavi hastalarda adım uzunluğu önemli bir artış vardı naif grubu ile karşılaştırıldığında. Kalça eklem kinetiği, DMD olan hastalarda proksimal zayıflık erken belirteçleri ve steroid müdahalesi ile değişime tepki, bu hastalar için tek tedavi olan. Yürüyüş laboratuvarları, ancak, sadece büyük kliniklerde mevcuttur. Ayrıca, laboratuar değerlendirmeleri nokta değerlendirmelerini, ve bir hastanın durumu büyük ölçüde yorgunluk, motivasyon ve araya giren hastalığı gibi faktörler nedeniyle bir gün gün temelinde değişebilir.
Sürekli ve ev bazlı ölçümün kullanımı, hem daha fazla objektif hem de daha küresel temsili bir değerlendirme elde etmelidir. Nöroloji diğer alanlarda, örneğin Parkinson5 veya multipl skleroz6, çeşitli çalışmalar ile veya olmadan ivmeölçer dahil olmak üzere farklı sensörlerin diğer önlemler ile fizibilite, güvenilirlik ve tutarlılık değerlendirmiştir jirosrometre veya magnetometre, ancak bu cihazların hiçbiri şu anda klinik çalışmalar sırasında hastaların değerlendirilmesi için bir altın standarttır. Nöromüsküler hastalıklar alanında, şu anda hastaların sürekli ev izleme için doğrulanmamış bir yöntem yoktur. Son yıllarda, klinisyenler ve mühendisler arasında yakın bir işbirliği yoluyla, Paris ‘teki miyoloji Enstitüsü, üst ekstremite dayanımı ve fonksiyonu tam olarak değerlendirmek için üst ekstremite değerlendirme için çeşitli cihazlar geliştirdi7,5 , 9. bir giyilebilir Magneto-atalet sensörü (WMIS; i.e., ActiMyo) navigasyon sistemlerinde uzmanlaşmış bir şirket ile işbirliği içinde geliştirilmiştir. Başlangıçta DMD ve SMA10,11gibi nöromüsküler bozukluklar ile Ambulant olmayan konularda adanmış bir izleme cihazı, aynı cihaz şimdi iki farklı konfigürasyonlarda Ambulant hastalar izlemek için kullanılmıştır: her iki sensör ayak bileği veya bir sensör bileğinde ve diğer bir bileğinde. Ambulant olmayan bir nüfusun konfigürasyonu, Tekerlekli sandalyedeki bir sensörden ve diğeri bileğinde oluşur.
Bu WMıS tam olarak yerleştirildiği ekstremite tüm hareketlerini yakalayabilir ve ölçebilir. Ölçüm prensibi Mikroelektromekanik sistem (MEMS) atalet sensörleri ve Magneto-atalet denklemler aracılığıyla işletilen manyetometreler kullanımına dayanmaktadır. Özel algoritmalar, kontrollü olmayan bir ortamda hastaların hareketlerinin kesin kalifikasyonu ve ölçülmesini sağlar.
Yöntemin genel amacı, bir hasta tarafından önceden tanımlanmış bir süre boyunca üretilen herhangi bir hareketin tanımlanması ve ölçülmesini sağlamaktır ve bu önlemleri hastanın hastlarının hastalığına özel sonuç önlemleri temsilcisine entegre etmek bir süre boyunca durum.
Evde hareket bozuklukları olan Ambulant ve Ambulant olmayan hastaları etkili bir şekilde değerlendirmek için, cihazın talimatların anlaşılabildiğinden emin olmaktan sorumlu eğitimli bir değerlendirici tarafından hastaya sağlanması gerekir. Cihaz ile bir araştırmacı ve hasta Kılavuzu sağlanmaktadır. Bu WMıS Şu anda nöromüsküler ve nörolojik hastalıklar (NCT03351270, NCT02780492, NCT01385917, NCT03039686, NCT03368742, NCT02500381) için bir dizi klinik çalışmalarda bir araştırmacı sonuç ölçüsü olarak kullanılmaktadır. Patolojiye ve/veya klinik deneme tasarımına uyarlanmış özel prosedürler geliştirilmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Son on yıl içinde, enerji harcamaları ölçüm13için günlük yaşam etkinliklerini izlemek üzere accelerometrik sensörleri kullanan bir aktivite monitörü (malzeme tablosu [IV]) gibi bir dizi farklı sistem geliştirilmiştir. Tanaka ve al.14 tarafından, okul öncesi çocukların aktivitesini izlemek için bir trieksenel ivmeölçer (malzeme tablosu [V]) kullanılmıştır. Lau ve ark.15 bir çift Accelerome…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, Anne-Gaëlle Le Moing, Amélie Moreaux ve Eric Dorveaux ‘un bu giyilebilir Magneto-atalet sensörünün gelişimine ve Jackie Wyatt ‘ı incelememe katkısı için teşekkür ederler.
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).
