Kvantitativ vurdering af træningseffekter ved brug af EKSOGT exoskelet i kvantitativ vurdering af træningseffekter ved brug af EKSOGT exoskelet hos patienter med Parkinsons sygdom (Ekso_PD)

Fuld titel: KVANTITATIV VURDERING AF TRÆNINGSEFFEKTER VED BRUG AF ET BÆRDIGT EXOSKELETON HOS PARKINSON SYGGE PATIENTER

FORSKNINGSPLAN

Specifikke mål

Evnen til at gå selvstændigt er et primært mål ved rehabilitering af en person med Parkinsons sygdom (PD). Faktisk udviser PD-patienter en bøjet holdning, der kombineret med en overdreven ledstivhed fører til en dårlig gangmekanik, der øger deres risiko for fald. Selvom undersøgelser allerede har vist de mange fordele ved robot-assisteret gangtræning hos PD-patienter, har forskning med fokus på optimale genoptræningsmetoder været rettet mod drevet eksoskelet i underekstremiteterne. Ved at kombinere fordelene fra de jordforbundne enheder med evnen til at træne i et virkeligt miljø giver disse systemer et højere niveau af emnedeltagelse og øger emnets funktionelle evner, mens det bærbare robotsystem garanterer mindre støtte. Formålet med det foreslåede arbejde er at evaluere effekterne af en Over-ground Wearable Exoskeleton Training (OWET) på gangbesvær i sammenligning med en multidisciplinær intensiv rehabiliteringsbehandling. Da gang er en kompleks opgave, der involverer både det centrale (CNS) og det perifere nervesystem (PNS), skal målrettet genoptræning ikke kun genoprette gangmekanikken (ST-parametre), men også det fysiologiske gangmønster (ledkinematik og dynamik). Til dette formål vil virkningen af ​​OWET på både CNS og PNS blive evalueret. Menneskelig bevægelsesanalyse vurderer kvantitativt de neuromuskulære og biomekaniske træk ved bevægelse. Nyere litteratur har fremhævet fordelen ved koblingsganganalyse (GA) og neuromuskuloskeletal modellering (NMSM) til behandlingsplanlægning og supplering af denne tilgang med robotrehabilitering. En anden stærk af PD-forskningen har været elektroencefalografi (EEG), som er meget brugt til at evaluere eksekutiv dysfunktion, mens funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI) kan detektere kortikale ændringer i motoriske aktiveringer under motoriske opgaver. Således foreslås en kvantitativ vurdering af et individs gang og neuromuskulære funktion til robust evaluering af genopretning af ændret sensorimotorisk funktion ved både PNS og CNS. Til dette formål vil omfattende GA (spatiotemporal (ST) parameter, ledkinematik, ledstivhed) og elektromyografi (EMG) blive kombineret for at bestemme PNS-forbedringer, og fMRI med EEG vil blive brugt til at vurdere CNS-forbedringer. Da sundhedspersonale og forskere har brug for objektive, pålidelige og valide værktøjer til at planlægge emnespecifikke interventioner, kvantificere terapeutiske resultater og overvåge ændringer over tid, inkluderer den foreslåede undersøgelse estimering af neutralt informerede muskelkræfter og ledstivhed, som forventes at give følsomme determinanter for PD-bevægelseskontrol, der kan være afgørende for at informere behandlingsplanlægning/vurdering. Foreløbige data er tilgængelige og viste gennemførligheden af ​​den foreslåede måleopstilling.

Baggrund OWET: Selvom undersøgelser allerede har vist de mange fordele ved robot-assisteret gangtræning hos PD-patienter (dvs. kropsvægtstøttet løbebåndstræning) som forbedring af gangeffektiviteten ved at modificere spatiotemporale (ST) parametre, skaber disse strategier et miljø, hvor patienten har mindre kontrol over gangstarten og mangler variabilitet af visuospatial flow. Derfor har forskning med fokus på optimale genoptræningsmetoder været rettet mod drevet eksoskelet i underekstremiteterne, som ved genoptræning efter slagtilfælde, hvor effekten af ​​en sådan behandling dramatisk øgede potentialet for patientspecifik genoptræning, hvilket viste forbedring i ST-parametre. Ved at kombinere fordelene fra de jordede robotenheder med evnen til at træne patienten i et virkeligt miljø, giver disse systemer et højere niveau af emnedeltagelse for at opretholde trunk- og balancekontrol, samt navigere deres vej over forskellige overflader og øge emnets funktionelle evner, mens det bærbare robotsystem garanterer mindre støtte. Ydermere muliggør stabiliteten, som eksoskeletet adresserer til patienten, en håndfri gangprøve (uden koblinger), som repræsenterer en integreret del af en fysiologisk bevægelsesgenoprettelse.

Da gang både involverer CNS og PNS, skal målrettet rehabilitering genoprette ikke kun mekanikken (hastighed, skridttid og længde), men også fysiologisk gangmønster. Dette kræver forbedringer på niveau med både balance og bevægelse af underekstremiteterne. I denne retning fremmer bærbare eksoskeletter, der er drevet af underekstremiteterne, funktionel træning i et realistisk gå-miljø kombineret med et større patientengagement end i jordforbundne enheder. Menneskelig bevægelsesanalyse vurderer kvantitativt de neuromuskulære og biomekaniske træk ved bevægelse. Nyere litteratur har fremhævet fordelen ved at koble GA og NMSM til behandlingsplanlægning og supplere denne tilgang med robotrehabilitering, men der er ingen undersøgelse, der undersøger gangeffekter fra en OWET hos dem med PD, og ​​ingen vurdering, der bruger omfattende GA og NMSM til at afsløre mekanistisk ændringer som følge af terapi.

Neurofysiologi af PD: En solid af PD-forskningen har været EEG, som er meget brugt til at evaluere eksekutiv dysfunktion, mens fMRI kan detektere kortikale ændringer i motoriske aktiveringer under motoriske opgaver. Protokollen til at bruge GA i kombination med fMRI er allerede blevet vedtaget af efterforskerne for at vise virkningerne af rehabiliteringsprocessen på reorganiseringen af ​​det neurale netværk, beskrive og kvantificere den neurale aktivitet og genopretningen efter behandlingen.

Bevægelsesanalyse i PD: Gang hos mennesker med PD er blevet grundigt undersøgt med 3D GA-systemer i de senere år, der dokumenterer en typisk hypokinetisk gangreduktion af skridtlængden med asymmetri mellem skridtene, en stigning i kadencen, standen og dobbelt støtte faser, hvilket kompenserer for den reducerede skridtlængde.

NMSM: Kombination af GA og NMSM gør det muligt at spore sygdomsprogression med øget præcision. Dette er blevet påvist på tværs af en række neuromuskulære patologier og raske individer. Kritisk er det, at der for hvert individ skabes en neuromuskuloskeletal model, drevet af individets egne EMG-signaler og sporer deres biomekanik, som det for nylig har været gældende hos neurologisk svækkede individer. Dette skaber en ny model, der forbinder in vivo neuromuskulære funktioner til individet og dermed giver nye biomarkører til at vurdere og spore PD motorisk svækkelse. Desuden, da ledstivhed afhænger både af neural rekruttering og mekaniske egenskaber, er det sandsynligt, at det giver en potent repræsentation af neural og muskuloskeletal PD svækkelse.

Betydning og potentiel påvirkning Dette projekt omhandler potentialet for OWET til at genoprette normal gang hos PD-patienter. OWET sigter mod at forbedre den overordnede kropsbevægelse og sænke ledstivhed hos dem med PD og derved forbedre funktion, livskvalitet og reducere risikoen for skadelige fald. Den foreslåede robotanordning (Ekso GT™, EksoBionics, Richmond, CA, USA) er afhængig af funktioner ved at yde passiv assistance til ankelleddet, som påvirker resten af ​​kroppen gennem mekanisk kobling. I øjeblikket estimeres mængden af ​​enhedsassistance baseret på en terapeuts erfaring og ekspertise. Moderne bevægelsesanalysemetoder gør os i stand til objektivt at vurdere den nødvendige assistance, hvilket giver et middel til at skræddersy assistancen til hver enkelt person og fjerne risiciene ved klinisk gætværk. Robotudstyr hjælper fysioterapeuten ved at give opgavespecifik repeterbar mekanisk handling for at understøtte terapier og muliggøre højere træningsintensitet. OWET sigter mod at reducere stivhed i underekstremiteterne, som er en anerkendt biomarkør for PD, og ​​derved forbedre rehabiliteringen for PD-patienter.

Resultater forbundet med den foreslåede undersøgelse vil sandsynligvis give væsentlige løsninger til håndtering af gang- og posturale lidelser (stilling, balance og gang) i PD, hvor valide interventioner (farmakologisk, neurokirurgi, traditionel fysioterapi) mangler. Desuden kunne en NMSM, der identificerer patientspecifikke variabler for terapi, bruges til at vurdere behandlingsresultater, men også til at udføre on-line rehabiliteringsterapi ved hjælp af fjernstyring af hjælpemidlet. Dette vil give en række fordele i forhold til konventionelle tilgange, der foreslår en aktiv behandling, der er personlig og skalerbar til store populationer, og som inkluderer et standardiseret træningsmiljø og en tilpasningsdygtig støtte, der har evnen til at øge behandlingens intensitet og dosis uden at være en byrde for terapeuter . OWET er således et ideelt middel til at gennemføre konventionel terapi i klinikken, mens rehabiliteringsrobotter har potentialet for fortsat hjemmeterapi ved hjælp af enklere apparater.

Undersøgelsesdesign Undersøgelsen vil blive gennemført over 36 måneder. Patienter med klinisk etableret diagnose af PD i henhold til U.K. Parkinsons Disease Society Brain Bank Diagnostic-kriterier vil blive rekrutteret. Diagnosen vil blive gennemgået af en neurolog med speciale i bevægelsesforstyrrelser. Kort fortalt vil 50 patienter med mild til moderat sværhedsgrad af sygdommen blive indskrevet i henhold til inklusions/eksklusionskriterierne inkluderet i det dedikerede afsnit nedenfor.

Aktiviteterne vil blive organiseret i 4 arbejdspakker (WP), hver med målbare output verificeret af planlagte leverancer/milepæle.

• WP1: Klinisk forsøg. Prøvestørrelsen er blevet defineret baseret på offentliggjorte data om ganghastighed hos PD-personer, og en målprøve på halvtreds PD-individer (opdelt i to separate kohorter) er blevet udvalgt til at opnå en styrke på mindst 80 % til påvisning af en gennemsnitlig gruppeforskelle i gennemsnitlig ganghastighed (p = 0,05). Den ene kohorte (n=25) vil gennemgå en multidisciplinær intensiv rehabiliteringsbehandling, og den anden vil blive behandlet med OWET. Ved baseline (T0) vil forsøgspersoner gennemgå neurofysiologisk evaluering (EEG-fMRI) og GA. Deltagerne vil derefter gennemgå en 8-ugers OWET. Efter terapien (T1) vil forsøgspersonerne blive evalueret med samme protokol som ved T0. Efter yderligere 2 måneder udføres en opfølgning (T2) efter samme protokol som T0.
• WP2: Bevægelsesanalyse. State-of-the-art kropsholdning og GA vil blive udført før og efter rehabilitering.
• WP3: NMSM. Ved hjælp af data indsamlet i WP1 og WP2 vil NMSM blive udført for at opnå muskelkraft og ledstivhed. Denne NMSM vil blive brugt til at vurdere PD neuromuskulær funktion før og efter rehabilitering.
• WP4: Neurofysiologisk vurdering. En 256-kanals High Density EEG (HD-EEG) optagelser og analyse vil blive brugt til at vurdere ændringer i hjerneoscillationsaktivitet før og efter behandlingen. Multimodal hjernebilleddannelse vil blive udført ved samtidig optagelse og analyse af neurofysiologiske signaler (EEG/EMG) og fMRI-data for at vurdere hviletilstandsforbindelsen og aktiveringsforskelle mellem før- og efterbehandling og for at identificere, om ændringerne i den kortikale aktivitet er forbundet med ændringerne registreret i WP3.

Forventede resultater Bevægelsesfunktioner genoprettes positivt ved en funktionel gangtræning. Hos patienter efter slagtilfælde har patienter, der gennemgik denne terapi, allerede vist sig at være mere tilbøjelige til at opnå en selvstændig gang end personer, der ikke modtog den samme behandling.

OWET vil forbedre kvaliteten af ​​gang og balance. Effekter med OWET vil påvirke livskvaliteten. Resultaterne med OWET vil give innovativ information til rehabiliteringsprogrammer. Effekten af ​​interventionen vil blive vurderet ved hjælp af målbare resultater, der er angivet i det dedikerede afsnit nedenfor.