Kvantitativní hodnocení tréninkových efektů pomocí EKSOGT exoskeletonu při kvantitativním hodnocení tréninkových efektů pomocí EKSOGT exoskeletonu u pacientů s Parkinsonovou chorobou (Ekso_PD)

Celý název: KVANTITATIVNÍ POSOUZENÍ ÚČINKŮ TRÉNINKU POMOCÍ NOSITELNÉ EXOSKELETONU U PACIENTŮ S PARKINSONOVOU NEMOCÍ

VÝZKUMNÝ PLÁN

Specifické cíle

Schopnost samostatné chůze je primárním cílem při rehabilitaci jedince s Parkinsonovou nemocí (PD). Pacienti s PD skutečně vykazují ohnuté držení těla, které spolu s nadměrnou ztuhlostí kloubů vede ke špatné mechanice chůze, což zvyšuje jejich riziko pádů. Přestože studie již prokázaly mnoho výhod roboticky asistovaného tréninku chůze u pacientů s PD, výzkum zaměřený na optimální rehabilitační metody byl zaměřen na poháněný exoskelet dolních končetin. Kombinací výhod plynoucích z uzemněných zařízení se schopností trénovat v reálném prostředí, tyto systémy poskytují vyšší úroveň účasti subjektu a zvyšují funkční schopnosti subjektu, zatímco nositelný robotický systém zaručuje menší podporu. Účelem navrhované práce je zhodnotit účinky Over-ground Wearable Exoskeleton Training (OWET) na poruchy chůze ve srovnání s multidisciplinární intenzivní rehabilitační léčbou. Vzhledem k tomu, že chůze je komplexní úkol, který zahrnuje jak centrální (CNS), tak periferní nervový systém (PNS), musí cílená rehabilitace obnovit nejen mechaniku chůze (ST parametry), ale i fyziologický vzorec chůze (kloubní kinematika a dynamika). Za tímto účelem bude hodnocen dopad OWET na CNS i PNS. Analýza lidského pohybu kvantitativně hodnotí neuromuskulární a biomechanické vlastnosti pohybu. Nedávná literatura zdůraznila přínos analýzy spřažené chůze (GA) a neuromuskuloskeletálního modelování (NMSM) pro plánování léčby a doplnění tohoto přístupu o robotickou rehabilitaci. Další stálicí výzkumu PD byla elektroencefalografie (EEG), která se široce používá k hodnocení exekutivní dysfunkce, zatímco funkční magnetická rezonance (fMRI) může detekovat kortikální změny v motorických aktivacích během motorických úkolů. Navrhuje se tedy kvantitativní hodnocení individuální chůze a neuromuskulární funkce pro robustní hodnocení obnovy změněné senzomotorické funkce jak v PNS, tak v CNS. Za tímto účelem budou kombinovány komplexní GA (časoprostorový (ST) parametr, kinematika kloubu, tuhost kloubu) a elektromyografie (EMG) ke stanovení zlepšení PNS a fMRI s EEG bude použito k posouzení zlepšení CNS. Vzhledem k tomu, že zdravotníci a výzkumní pracovníci potřebují objektivní, spolehlivé a platné nástroje k plánování intervencí specifických pro daný subjekt, kvantifikaci terapeutických výsledků a sledování změn v průběhu času, navrhovaná studie zahrnuje odhad neutrálně informovaných svalových sil a ztuhlosti kloubů, od kterých se očekává, že poskytují citlivé determinanty kontroly pohybu PD, které by mohly být klíčové pro informování o plánování/hodnocení léčby. Předběžná data jsou k dispozici a prokázala proveditelnost navrženého nastavení měření.

Souvislosti OWET: Ačkoli studie již prokázaly mnoho výhod roboticky asistovaného tréninku chůze u pacientů s PD (tj. trénink na běžeckém pásu s podporou tělesné hmotnosti) jako zlepšení efektivity chůze modifikující časoprostorové (ST) parametry vytvářejí tyto strategie prostředí, kde má pacient menší kontrolu nad zahájením chůze a postrádá variabilitu visuoprostorového toku. Výzkum zaměřený na optimální rehabilitační metody byl proto směřován k poháněnému exoskeletu dolních končetin, jako v rehabilitaci po cévní mozkové příhodě, kde účinek takové léčby dramaticky zvýšil potenciál pro rehabilitaci specifickou pro pacienta a ukázal zlepšení parametrů ST. Tyto systémy, které kombinují výhody plynoucí z uzemněných robotických zařízení se schopností trénovat pacienta v reálném prostředí, poskytují větší úroveň účasti subjektu při udržování kontroly trupu a rovnováhy, stejně jako navigaci jejich cesty po různých površích a zvýšení funkční schopnosti subjektu, zatímco nositelný robotický systém zaručuje menší podporu. Kromě toho stabilita, kterou exoskeleton adresuje pacientovi, umožňuje zkoušku chůze bez použití rukou (bez spojek), což představuje nedílnou součást pro obnovení fyziologické lokomoce.

Vzhledem k tomu, že chůze zahrnuje CNS i PNS, cílená rehabilitace musí obnovit nejen mechaniku (rychlost, doba a délka kroku), ale také fyziologický vzorec chůze. To vyžaduje zlepšení na úrovni rovnováhy a pohybu kloubů dolních končetin. V tomto směru nositelné exoskelety poháněné dolními končetinami podporují funkční trénink v realistickém prostředí pro chůzi v kombinaci s větším zapojením pacienta než v uzemněných zařízeních. Analýza lidského pohybu kvantitativně hodnotí neuromuskulární a biomechanické vlastnosti pohybu. Nedávná literatura zdůraznila přínos spojení GA a NMSM pro plánování léčby a doplnění tohoto přístupu o robotickou rehabilitaci, nicméně neexistuje žádná studie zkoumající účinky OWET na chůzi u pacientů s PD a žádné hodnocení, které by využívalo komplexní GA a NMSM k odhalení mechanismu změny v důsledku terapie.

Neurofyziologie PD: Stálicí ve výzkumu PD bylo EEG, které se široce používá k hodnocení exekutivní dysfunkce, zatímco fMRI může detekovat kortikální změny v motorických aktivacích během motorických úkolů. Protokol pro použití GA v kombinaci s fMRI již byl přijat vyšetřovateli za účelem zobrazení dopadů rehabilitačního procesu na reorganizaci neuronové sítě, popisující a kvantifikující nervovou aktivitu a zotavení po léčbě.

Analýza pohybu u PD: Chůze u lidí s PD byla v posledních letech důkladně studována pomocí 3D GA systémů, což dokumentuje typické hypokinetické snížení délky kroku s asymetrií mezi kroky, zvýšením kadence, postojem a dvojitou podporou. fáze, což kompenzuje zkrácenou délku kroku.

NMSM: Kombinace GA a NMSM umožňuje sledovat progresi onemocnění se zvýšenou přesností. To bylo prokázáno u celé řady neuromuskulárních patologií a zdravých jedinců. Zásadní je, že pro každého jedince je vytvořen neuromuskuloskeletální model, řízený vlastními EMG signály jedince a sledující jeho biomechaniku, jak se v poslední době používá u jedinců s neurologickým postižením. To vytváří nový model, který spojuje in vivo neuromuskulární funkce s jednotlivcem, a poskytuje tak nové biomarkery pro hodnocení a sledování motorického poškození PD. Kromě toho, protože ztuhlost kloubů závisí jak na neurální náboru, tak na mechanických vlastnostech, je pravděpodobné, že poskytuje silnou reprezentaci neurální a muskuloskeletální poruchy PD.

Význam a potenciální dopad Tento projekt se zabývá potenciálem OWET obnovit normální chůzi u pacientů s PD. OWET si klade za cíl zlepšit celkový pohyb těla a snížit ztuhlost kloubů u pacientů s PD, a tím zlepšit funkci, kvalitu života a snížit riziko zranění pádů. Navrhované robotické zařízení (Ekso GT™, EksoBionics, Richmond, CA, USA) spoléhá na funkce tím, že poskytuje pasivní asistenci hlezennímu kloubu, který ovlivňuje zbytek těla prostřednictvím mechanického spojení. V současné době se výše asistence zařízení odhaduje na základě zkušeností a odborných znalostí terapeuta. Moderní metody analýzy pohybu nám umožňují objektivně zhodnotit potřebnou pomoc a poskytnout prostředky k přizpůsobení pomoci každému jednotlivci a odstranit rizika klinického dohadování. Robotická zařízení pomáhají fyzioterapeutovi tím, že poskytují opakovatelnou mechanickou akci specifickou pro daný úkol na podporu terapií a umožňují vyšší intenzitu tréninku. OWET si klade za cíl snížit ztuhlost kloubů dolních končetin, která je uznávaným biomarkerem PD, a tím zlepšit rehabilitaci pacientů s PD.

Zjištění spojená s navrhovanou studií pravděpodobně poskytnou podstatná řešení pro léčbu poruch chůze a posturálních poruch (držení těla, rovnováhy a chůze) u PD, kde chybí validní intervence (farmakologické, neurochirurgie, tradiční fyzioterapie). Kromě toho by NMSM, který identifikuje proměnné specifické pro pacienta pro terapii, mohl být použit k hodnocení výsledků léčby, ale také k provádění on-line rehabilitační terapie pomocí dálkového ovládání pomocného zařízení. To poskytne řadu výhod oproti konvenčním přístupům, které navrhují aktivní léčbu, která je personalizovaná a škálovatelná pro velké populace a zahrnuje standardizované tréninkové prostředí a adaptabilní podporu, která má schopnost zvýšit intenzitu léčby a dávku, aniž by byla zátěží pro terapeuty. . OWET je tak ideálním prostředkem pro dokončení konvenční terapie na klinice, zatímco rehabilitační roboti mají potenciál pro pokračující domácí terapii pomocí jednodušších zařízení.

Návrh studie Studie bude probíhat po dobu 36 měsíců. Budou přijati pacienti s klinicky stanovenou diagnózou PD podle diagnostických kritérií Brain Bank společnosti U.K. Parkinson's Disease Society. Diagnózu posoudí neurolog se specializací na poruchy hybnosti. Stručně řečeno, 50 pacientů s mírnou až středně závažnou závažností onemocnění bude zařazeno podle kritérií pro zařazení/vyloučení, která jsou uvedena ve vyhrazené části níže.

Aktivity budou organizovány do 4 pracovních balíčků (WP), každý s měřitelnými výstupy ověřenými plánovanými výstupy/milníky.

• WP1: Klinická studie. Velikost vzorku byla definována na základě publikovaných údajů o rychlosti chůze u subjektů s PD a cílový vzorek padesáti jedinců s PD (rozdělených do dvou samostatných kohort) byl vybrán tak, aby bylo dosaženo síly alespoň 80 % pro detekci průměrných skupinových rozdílů. ve střední rychlosti chůze (p = 0,05). Jedna kohorta (n=25) podstoupí multidisciplinární intenzivní rehabilitační léčbu a druhá bude léčena OWET. Na začátku (TO) subjekty podstoupí neurofyziologické hodnocení (EEG-fMRI) a GA. Účastníci poté podstoupí 8týdenní OWET. Po terapii (T1) budou subjekty hodnoceny podle stejného protokolu jako v T0. Po dalších 2 měsících bude provedeno sledování (T2) pomocí stejného protokolu jako T0.
• WP2: Analýza pohybu. Provede se nejmodernější držení těla a GA před a po rehabilitaci.
• WP3: NMSM. Pomocí dat shromážděných ve WP1 a WP2 bude NMSM proveden k získání svalové síly a tuhosti kloubů. Tento NMSM bude použit k posouzení neuromuskulární funkce PD před a po rehabilitaci.
• WP4: Neurofyziologické hodnocení. 256 kanálové záznamy a analýzy High Density EEG (HD-EEG) budou použity k posouzení změn mozkové oscilační aktivity před a po léčbě. Multimodální zobrazování mozku bude prováděno simultánním získáváním a analýzou neurofyziologických signálů (EEG/EMG) a dat fMRI, aby se vyhodnotila konektivita v klidovém stavu a rozdíly v aktivaci mezi před a po léčbě a aby se zjistilo, zda jsou změny v kortikální aktivitě spojeny. se změnami zjištěnými ve WP3.

Očekávané výsledky Funkční trénink chůze pozitivně obnovuje lokomoční funkce. U subjektů po mozkové příhodě se již ukázalo, že pacienti, kteří podstoupili tuto terapii, s větší pravděpodobností dosáhnou samostatné chůze než lidé, kteří stejnou léčbu nedostali.

OWET zlepší kvalitu chůze a rovnováhu. Účinky OWET ovlivní kvalitu života. Výsledky s OWET poskytnou inovativní informace pro rehabilitační programy. Dopad intervence bude posouzen na základě měřitelných výsledků uvedených v samostatné části níže.