Harjoitteluvaikutusten kvantitatiivinen arviointi EKSOGT-eksoskeletonia käyttämällä harjoitusvaikutusten kvantitatiivisessa arvioinnissa EKSOGT-eksoskeletonia käyttäessä Parkinsonin tautia sairastavilla potilailla (Ekso_PD)

Täysi nimike: HARJOITUKSEN VAIKUTUSTEN KVANTITATIIVINEN ARVIOINTI KÄYTTÄMÄLLÄ KÄYTETTÄVÄN EXOSKELETONIA PARKINSONIN TAUTIPOTILAISTA

TUTKIMUSSUUNNITELMA

Erityiset tavoitteet

Kyky kävellä itsenäisesti on ensisijainen tavoite kuntoutettaessa Parkinsonin tautia (PD) sairastavaa henkilöä. Itse asiassa PD-potilailla on taipunut asento, joka yhdessä liiallisen niveljäykkyyden kanssa johtaa huonoon kävelymekaniikkaan, mikä lisää heidän kaatumisriskiään. Vaikka tutkimukset ovat jo osoittaneet robottiavusteisen kävelyharjoittelun monet edut PD-potilailla, optimaalisiin kuntoutusmenetelmiin keskittyvä tutkimus on suunnattu alaraajojen voimakkaaseen eksoskeletoon. Yhdistämällä maadoitettujen laitteiden tarjoamat edut kykyyn harjoitella todellisessa ympäristössä, nämä järjestelmät tarjoavat suuremman osallistumistason ja lisäävät kohteen toiminnallisia kykyjä, kun taas puettava robottijärjestelmä takaa vähemmän tukea. Ehdotetun työn tarkoituksena on arvioida maan päällä puettavan eksoskeleton harjoittelun (OWET) vaikutuksia kävelyn heikkenemiseen verrattuna monitieteiseen intensiiviseen kuntoutushoitoon. Koska kävely on monimutkainen tehtävä, joka koskee sekä keskushermostoa (CNS) että ääreishermostoa (PNS), kohdennetun kuntoutuksen on palautettava paitsi kävelymekaniikka (ST-parametrit) myös fysiologinen kävelykuvio (nivelen kinematiikka ja dynamiikka). Tätä tarkoitusta varten OWETin vaikutusta sekä keskushermostoon että PNS:hen arvioidaan. Ihmisen liikeanalyysi arvioi kvantitatiivisesti liikkeen neuromuskulaarisia ja biomekaanisia ominaisuuksia. Viimeaikaisessa kirjallisuudessa on korostettu kytkentäkäyräanalyysin (GA) ja neuromuskuloskeletaalisen mallinnuksen (NMSM) etua hoidon suunnittelussa ja tämän lähestymistavan täydentämisessä robottikuntoutuksessa. Toinen PD-tutkimuksen kulmakivi on ollut elektroenkefalografia (EEG), jota käytetään laajalti toimeenpanon toimintahäiriöiden arvioinnissa, kun taas toiminnallinen magneettikuvaus (fMRI) voi havaita aivokuoren muutokset motorisissa aktivaatioissa motoristen tehtävien aikana. Siten ehdotetaan yksilön kävelyn ja hermo-lihastoiminnan kvantitatiivista arviointia, jotta voidaan arvioida luotettavasti muuttuneen sensorimotorisen toiminnan palautuminen sekä PNS:ssä että keskushermostossa. Tätä tarkoitusta varten yhdistetään kattava GA (spatiotemporaalinen (ST) parametri, nivelen kinematiikka, nivelten jäykkyys) ja elektromyografia (EMG) PNS-parannusten määrittämiseksi, ja fMRI:tä EEG:llä käytetään keskushermoston parannusten arvioimiseen. Koska terveydenhuollon ammattilaiset ja tutkijat tarvitsevat objektiivisia, luotettavia ja päteviä työkaluja aihekohtaisten interventioiden suunnitteluun, terapeuttisten tulosten kvantifiointiin ja ajan mittaan tapahtuvien muutosten seuraamiseen, ehdotettu tutkimus sisältää arvioinnin neutraaleista lihasvoimista ja nivelten jäykkyydestä, jonka odotetaan tarjota herkkiä PD-liikkeenhallintaan vaikuttavia tekijöitä, jotka voivat olla ratkaisevia hoidon suunnittelun/arvioinnin kannalta. Alustavat tiedot ovat saatavilla ja osoittivat ehdotetun mittausjärjestelmän toteutettavuuden.

Taustaa OWET: Vaikka tutkimukset ovat jo osoittaneet robottiavusteisen kävelykoulutuksen monet edut PD-potilailla (esim. kehon painolla tuettu juoksumattoharjoittelu), koska ne parantavat kävelytehokkuutta ja muuttavat spatiotemporaalisia (ST) parametreja, nämä strategiat luovat ympäristön, jossa potilaalla on vähemmän hallintaa kävelyn aloituksessa ja jossa visuospatiaalisen virtauksen vaihtelu puuttuu. Siksi optimaalisiin kuntoutusmenetelmiin keskittyvä tutkimus on suunnattu voimakkaaseen alaraajojen eksoskeletoon, kuten aivohalvauksen jälkeisessä kuntoutuksessa, jossa tällaisen hoidon vaikutus lisäsi dramaattisesti potilaskohtaisen kuntoutuksen mahdollisuuksia, mikä osoittaa ST-parametrien paranemista. Yhdistämällä maadoitetuista robottilaitteista saadut edut kykyyn kouluttaa potilasta todellisessa ympäristössä, nämä järjestelmät tarjoavat korkeamman tason tutkittavien osallistumisen ylläpitämiseen rungon ja tasapainon hallinnassa sekä reittinsä navigoinnissa eri pinnoilla ja kohteen toiminnalliset kyvyt, kun taas puettava robottijärjestelmä takaa vähemmän tukea. Lisäksi vakaus, jonka eksoskeleton osoittaa potilaalle, mahdollistaa handsfree-kävelykokeilun (ilman kytkimiä), mikä on olennainen osa fysiologista liikkuvuuden palauttamista.

Koska kävelyyn liittyy sekä keskushermosto että PNS, kohdennetun kuntoutuksen on palautettava paitsi mekaniikka (nopeus, askelaika ja pituus) myös fysiologinen kävelykuvio. Tämä vaatii parannuksia sekä tasapainon että alaraajan nivelten liikkeen tasolla. Tähän suuntaan puettavat alaraajojen käyttövoimalla toimivat eksoskeletonit edistävät toiminnallista harjoittelua realistisessa kävelyympäristössä yhdistettynä potilaan parempaan sitoutumiseen kuin maadoitetuissa laitteissa. Ihmisen liikeanalyysi arvioi kvantitatiivisesti liikkeen neuromuskulaarisia ja biomekaanisia ominaisuuksia. Viimeaikaisessa kirjallisuudessa on korostettu GA:n ja NMSM:n yhdistämisen etua hoidon suunnittelussa ja tämän lähestymistavan täydentämisessä robottikuntoutuksessa, mutta ei ole olemassa tutkimusta, joka tutkisi OWET:n kävelyvaikutuksia PD-potilailla, eikä arviota, joka käyttäisi kattavaa GA:ta ja NMSM:ää paljastamaan mekanismin. muutoksia terapian seurauksena.

PD:n neurofysiologia: PD-tutkimuksen tukijalka on ollut EEG, jota käytetään laajalti toimeenpanon toimintahäiriöiden arvioinnissa, kun taas fMRI voi havaita aivokuoren muutokset motorisissa aktivaatioissa motoristen tehtävien aikana. Tutkijat ovat jo omaksuneet protokollan käyttää GA:ta yhdessä fMRI:n kanssa, jotta voidaan näyttää kuntoutusprosessin vaikutukset hermoverkon uudelleenjärjestelyyn, kuvaten ja kvantifioida hermotoimintaa ja hoidon jälkeistä toipumista.

Liikeanalyysi PD:ssä: PD:tä sairastavien ihmisten kävelyä on tutkittu perusteellisesti 3D GA -järjestelmillä viime vuosina, ja siinä on dokumentoitu tyypillinen askelpituuden hypokineettinen kävelyn lyheneminen askelten välisen epäsymmetrian kanssa, poljinnopeuden, asennon ja kaksinkertaisen tuen lisääminen. vaiheita, mikä kompensoi lyhentynyttä askelpituutta.

NMSM: GA:n ja NMSM:n yhdistäminen mahdollistaa taudin etenemisen seurannan entistä tarkemmin. Tämä on osoitettu useilla neuromuskulaarisilla patologioilla ja terveillä yksilöillä. Kriittisesti jokaiselle yksilölle luodaan neuromuskuloskeletaalinen malli, jota ohjaavat yksilön omat EMG-signaalit ja joka seuraa heidän biomekaniikkaa, kuten on äskettäin sovellettu neurologisesti vammaisilla yksilöillä. Tämä luo uuden mallin, joka yhdistää in vivo neuromuskulaariset toiminnot yksilöön ja tarjoaa näin uusia biomarkkereita PD-motorisen vajaatoiminnan arvioimiseksi ja seuraamiseksi. Lisäksi, koska nivelten jäykkyys riippuu sekä hermoston rekrytoitumisesta että mekaanisista ominaisuuksista, se on todennäköisesti tehokas esitys hermoston ja tuki- ja liikuntaelimistön PD-vaurioista.

Merkitys ja mahdollinen vaikutus Tämä projekti käsittelee OWETin mahdollisuuksia palauttaa normaali kävely PD-potilailla. OWET pyrkii parantamaan kehon yleistä liikettä ja alentamaan nivelten jäykkyyttä potilailla, joilla on PD, mikä parantaa toimintaa, elämänlaatua ja vähentää loukkaantumisriskiä. Ehdotettu robottilaite (Ekso GT™, EksoBionics, Richmond, CA, USA) perustuu toimintoihin tarjoamalla passiivista apua nilkkanivelelle, joka vaikuttaa muuhun kehoon mekaanisen kytkennän kautta. Tällä hetkellä laiteavun määrä on arvioitu terapeutin kokemuksen ja asiantuntemuksen perusteella. Nykyaikaisten liikeanalyysimenetelmien avulla pystymme arvioimaan objektiivisesti tarvittavan avun, mikä mahdollistaa avun räätälöinnin jokaiselle yksilölle ja poistaa kliinisen arvailun riskit. Robottilaitteet auttavat fysioterapeuttia tarjoamalla tehtäväkohtaisia ​​toistettavia mekaanisia toimia, jotka tukevat hoitoja ja mahdollistavat korkeamman intensiteetin harjoittelun. OWET pyrkii vähentämään alaraajojen nivelten jäykkyyttä, joka on tunnustettu PD:n biomarkkeri, mikä tehostaa PD-potilaiden kuntoutusta.

Ehdotettuun tutkimukseen liittyvät havainnot antavat todennäköisesti merkittäviä ratkaisuja kävely- ja asentohäiriöiden (asento, tasapaino ja kävely) hallintaan PD:ssä, kun päteviä interventioita (farmakologinen, neurokirurgia, perinteinen fysioterapia) ei ole. Lisäksi NMSM:llä, joka tunnistaa potilaskohtaiset hoidon muuttujat, voitaisiin arvioida hoidon tuloksia, mutta myös suorittaa online-kuntoutushoitoa apuvälineen kauko-ohjauksella. Tämä tarjoaa useita etuja verrattuna perinteisiin lähestymistapoihin, joissa ehdotetaan aktiivista hoitoa, joka on henkilökohtainen ja skaalautuva suurille väestöryhmille ja joka sisältää standardoidun koulutusympäristön ja mukautuvan tuen, joka pystyy lisäämään hoidon intensiteettiä ja annosta ilman taakkaa terapeuteille. . OWET on siis ihanteellinen tapa suorittaa perinteistä hoitoa klinikalla, kun taas kuntoutusrobotit voivat jatkaa kotihoitoa yksinkertaisempia laitteita käyttäen.

Tutkimuksen suunnittelu Tutkimus suoritetaan 36 kuukauden ajan. Potilaat, joilla on kliinisesti vahvistettu PD-diagnoosi Yhdistyneen kuningaskunnan Parkinsonin tautiyhdistyksen aivopankin diagnostisten kriteerien mukaisesti, rekrytoidaan. Diagnoosin tarkastaa liikehäiriöihin erikoistunut neurologi. Lyhyesti sanottuna 50 potilasta, joiden sairauden vaikeusaste on lievä tai keskivaikea, otetaan mukaan alla olevaan erityiseen osioon sisältyvien ja poissulkemiskriteerien mukaisesti.

Toiminnot jaetaan neljään työpakettiin (WP), joista jokaisella on mitattavissa olevat tuotokset, jotka vahvistetaan aikataulutettujen suoritteiden tai välitavoitteiden perusteella.

• WP1: Kliininen tutkimus. Otoskoko on määritelty PD-potilaiden kävelynopeutta koskevien julkaistujen tietojen perusteella, ja 50 PD-henkilön kohdeotos (jaettu kahteen eri kohorttiin) on valittu saavuttamaan vähintään 80 %:n teho keskimääräisten ryhmäerojen havaitsemiseen. keskimääräisessä kävelynopeudessa (p = 0,05). Toinen kohortti (n=25) käy läpi monialaisen intensiivisen kuntoutushoidon ja toista OWET-hoitoa. Lähtötilanteessa (T0) koehenkilöille tehdään neurofysiologinen arviointi (EEG-fMRI) ja GA. Osallistujille suoritetaan sitten 8 viikon OWET. Hoidon (T1) jälkeen koehenkilöt arvioidaan samalla protokollalla kuin T0:ssa. Toisen 2 kuukauden kuluttua suoritetaan seuranta (T2) käyttäen samaa protokollaa kuin T0.
• WP2: Liikeanalyysi. Huippumoderni asento ja GA suoritetaan ennen ja jälkeen kuntoutuksen.
• WP3: NMSM. WP1:ssä ja WP2:ssa kerättyjen tietojen avulla NMSM suoritetaan lihasvoiman ja nivelten jäykkyyden saamiseksi. Tätä NMSM:ää käytetään PD-hermolihastoiminnan arvioimiseen ennen kuntoutusta ja sen jälkeen.
• WP4: Neurofysiologinen arviointi. 256 kanavan High Density EEG (HD-EEG) -tallenteita ja -analyysiä käytetään arvioimaan aivojen värähtelyaktiivisuuden muutoksia ennen ja jälkeen hoidon. Multimodaalinen aivojen kuvantaminen suoritetaan hankkimalla ja analysoimalla samanaikaisesti neurofysiologisia signaaleja (EEG/EMG) ja fMRI-tietoja lepotilan yhteyksien ja aktivaatioerojen arvioimiseksi ennen ja jälkeen hoitoa ja sen selvittämiseksi, liittyvätkö muutokset aivokuoren aktiivisuudessa. WP3:ssa havaittujen muutosten kanssa.

Odotetut tulokset Liikkumistoiminnot palautuvat positiivisesti toiminnallisella kävelyharjoittelulla. Itse asiassa aivohalvauksen jälkeisillä potilailla tämän hoidon saaneet potilaat ovat jo todennäköisemmin saavuttaneet itsenäisen kävelyn kuin ihmiset, jotka eivät saaneet samaa hoitoa.

OWET parantaa kävelyn laatua ja tasapainoa. OWETin vaikutukset vaikuttavat elämänlaatuun. OWETin tulokset tarjoavat innovatiivista tietoa kuntouttavia ohjelmia varten. Toimenpiteen vaikutusta arvioidaan mitattavissa olevien tulosten perusteella, jotka on lueteltu alla olevassa osiossa.