파킨슨병 환자에서 EKSOGT 외골격을 이용한 훈련 효과의 정량적 평가에서 EKSOGT 외골격을 이용한 훈련 효과의 정량적 평가 (Ekso_PD)

전체 제목: 파킨슨병 환자에서 웨어러블 외골격을 사용한 훈련 효과의 정량적 평가

연구 계획

특정 목표

독립적으로 걸을 수 있는 능력은 파킨슨병(PD)이 있는 개인을 재활시킬 때 주요 목표입니다. 실제로 PD 환자는 과도한 관절 경직과 결합된 구부러진 자세를 보여 낙상의 위험을 증가시키는 열악한 보행 역학으로 이어집니다. 연구에서 이미 PD 환자에서 로봇 보조 보행 훈련의 많은 이점을 보여주었지만 최적의 재활 방법에 초점을 맞춘 연구는 전동 하지 외골격에 대한 방향으로 진행되었습니다. 접지된 장치에서 제공되는 이점과 실제 환경에서 훈련할 수 있는 기능을 결합한 이러한 시스템은 더 높은 수준의 피험자 참여를 제공하고 피험자의 기능적 능력을 높이는 반면 웨어러블 로봇 시스템은 지원을 덜 보장합니다. 제안된 작업의 목적은 다학제 집중 재활 치료와 비교하여 보행 장애에 대한 OWET(Over-ground Wearable Exoskeleton Training)의 효과를 평가하는 것입니다. 보행은 중추신경계(CNS)와 말초신경계(PNS)를 모두 포함하는 복잡한 작업이므로 표적 재활은 보행 역학(ST 매개변수)뿐만 아니라 생리학적 보행 패턴(관절 운동학 및 역학)도 복원해야 합니다. 이를 위해 CNS와 PNS 모두에 대한 OWET의 영향을 평가할 것입니다. 인간 움직임 분석은 움직임의 신경근 및 생체 역학적 특징을 정량적으로 평가합니다. 최근 문헌에서는 치료 계획을 위한 보행 분석(GA)과 신경근골격 모델링(NMSM)을 결합하고 로봇 재활로 이 접근법을 보완하는 이점을 강조했습니다. PD 연구의 또 다른 충실한 연구는 기능적 자기 공명 영상(fMRI)이 운동 작업 중 운동 활성화의 피질 변화를 감지할 수 있는 반면 집행 기능 장애를 평가하는 데 널리 사용되는 뇌파 검사(EEG)였습니다. 따라서 PNS와 CNS 모두에서 변경된 감각 운동 기능의 회복을 강력하게 평가하기 위해 개인의 보행 및 신경근 기능의 정량적 평가가 제안됩니다. 이를 위해 포괄적인 GA(시공간(ST) 매개변수, 관절 운동학, 관절 강성) 및 근전도(EMG)를 결합하여 PNS 개선을 결정하고 EEG와 fMRI를 사용하여 CNS 개선을 평가합니다. 건강 관리 전문가와 연구자는 주제별 개입을 계획하고, 치료 결과를 정량화하고, 시간 경과에 따른 변화를 모니터링하기 위해 객관적이고 신뢰할 수 있으며 유효한 도구가 필요하므로 제안된 연구에는 중립적으로 정보를 얻은 근력 및 관절 강성의 추정이 포함됩니다. 치료 계획/평가를 알리는 데 중요할 수 있는 PD 이동 제어의 민감한 결정 요인을 제공합니다. 예비 데이터를 사용할 수 있으며 제안된 측정 설정의 타당성을 보여주었습니다.

배경 OWET: 연구에서 PD 환자의 로봇 보조 보행 훈련의 많은 이점이 이미 나타났지만(즉, 체중 지원 러닝머신 훈련) 시공간(ST) 매개변수를 수정하여 보행 효율성을 개선하는 것과 같이 이러한 전략은 환자가 보행 시작에 대한 제어력이 떨어지고 시공간 흐름의 가변성이 부족한 환경을 만듭니다. 따라서 최적의 재활 방법에 초점을 맞춘 연구는 뇌졸중 후 재활에서와 같이 강화하지 외골격에 집중되어 있으며, 이러한 치료의 효과는 ST 매개 변수의 개선을 보여 환자 맞춤형 재활의 가능성을 획기적으로 향상시킵니다. 접지된 로봇 장치에서 제공되는 이점과 실제 환경에서 환자를 훈련할 수 있는 기능을 결합한 이 시스템은 몸통과 균형 제어를 유지하고 다양한 표면에서 경로를 탐색하고 웨어러블 로봇 시스템은 적은 지원을 보장합니다. 또한, 외골격이 환자에게 전달하는 안정성은 생리학적 운동 복원을 위한 필수적인 부분을 나타내는 핸즈프리 보행 시도(클러치 없이)를 허용합니다.

보행은 CNS와 PNS를 모두 포함하므로 표적 재활은 역학(속도, 보폭 시간 및 길이)뿐만 아니라 생리학적 보행 패턴도 복원해야 합니다. 이를 위해서는 균형 및 하지 관절 운동 수준의 개선이 필요합니다. 이 방향에서 웨어러블 하지 동력 외골격은 접지된 장치보다 더 큰 환자 참여와 결합된 현실적인 보행 환경에서 기능 훈련을 촉진합니다. 인간 움직임 분석은 움직임의 신경근 및 생체 역학적 특징을 정량적으로 평가합니다. 최근 문헌에서는 치료 계획을 위해 GA와 NMSM을 결합하고 로봇 재활로 이 접근 방식을 보완하는 이점을 강조했지만 PD가 있는 환자에서 OWET의 보행 효과를 조사한 연구는 없으며 포괄적인 GA와 NMSM을 사용하여 메커니즘을 밝히는 평가는 없습니다. 치료의 결과로 변화합니다.

PD의 신경생리학: PD 연구의 충실한 연구는 집행 기능 장애를 평가하는 데 널리 사용되는 EEG였으며, fMRI는 운동 작업 중 운동 활성화의 피질 변화를 감지할 수 있습니다. fMRI와 함께 GA를 사용하는 프로토콜은 신경망 재구성에 대한 재활 과정의 영향을 표시하고 치료 후 신경 활동 및 회복을 설명하고 정량화하기 위해 조사관에 의해 이미 채택되었습니다.

PD의 모션 분석: PD 환자의 보행은 최근 몇 년 동안 3D GA 시스템으로 철저히 연구되어 보폭 사이의 비대칭으로 보폭의 전형적인 저운동성 보행 감소, 케이던스 증가, 자세 및 이중 지지를 문서화했습니다. 감소된 보폭을 보상하는 단계입니다.

NMSM: GA와 NMSM을 결합하면 향상된 정밀도로 질병 진행을 추적할 수 있습니다. 이것은 다양한 신경근 병리학 및 건강한 개인에 걸쳐 입증되었습니다. 결정적으로, 각 개인에 대한 신경근골격 모델이 생성되고, 개인 자신의 EMG 신호에 의해 구동되고, 최근 신경학적으로 손상된 개인에게 적용된 것처럼 생체 역학을 추적합니다. 이것은 생체 내 신경근 기능을 개인에게 연결하는 새로운 모델을 생성하여 PD 운동 장애를 평가하고 추적하기 위한 새로운 바이오마커를 제공합니다. 또한 관절 강성은 신경 모집 및 기계적 특성 모두에 의존하기 때문에 신경 및 근골격 PD 손상의 강력한 표현을 제공할 가능성이 있습니다.

의의 및 잠재적 영향 이 프로젝트는 OWET가 PD 환자의 정상적인 보행을 회복할 수 있는 가능성을 다룹니다. OWET는 PD 환자의 전반적인 신체 움직임을 개선하고 관절 강성을 낮추어 기능과 삶의 질을 개선하고 낙상의 위험을 줄이는 것을 목표로 합니다. 제안된 로봇 장치(Ekso GT™, EksoBionics, Richmond, CA, USA)는 기계적 결합을 통해 신체의 나머지 부분에 영향을 미치는 발목 관절에 수동 보조를 제공함으로써 기능에 의존합니다. 현재 장치 지원의 양은 치료사의 경험과 전문 지식을 기반으로 추정됩니다. 최신 동작 분석 방법을 사용하면 필요한 지원을 객관적으로 평가할 수 있어 각 개인에게 지원을 맞춤화하고 임상적 추측의 위험을 제거할 수 있는 수단을 제공합니다. 로봇 장치는 치료를 지원하고 더 높은 강도의 훈련을 가능하게 하는 작업별 반복 가능한 기계적 동작을 제공하여 물리 치료사를 지원합니다. OWET는 PD의 바이오마커로 인식되는 하지 관절 경직을 감소시켜 PD 환자의 재활을 향상시키는 것을 목표로 합니다.

제안된 연구와 관련된 결과는 유효한 개입(약리학, 신경외과, 전통적인 물리 요법)이 부족한 PD의 보행 및 자세 장애(자세, 균형 및 보행) 관리에 대한 실질적인 해결책을 제공할 가능성이 높습니다. 또한 치료에 대한 환자별 변수를 식별하는 NMSM을 사용하여 치료 결과를 평가할 수 있을 뿐만 아니라 보조 장치의 원격 제어를 통해 온라인 재활 치료를 수행할 수도 있습니다. 이는 표준화된 교육 환경과 치료사에게 부담을 주지 않으면서 치료 강도와 용량을 증가시킬 수 있는 적응형 지원을 포함하여 대규모 인구에 개인화되고 확장 가능한 능동적 치료를 제안하는 기존 접근법에 비해 많은 이점을 제공할 것입니다. . 따라서 OWET는 클리닉에서 기존 치료를 완료하는 이상적인 수단인 반면, 재활 로봇은 더 간단한 장치를 사용하여 지속적인 가정 치료의 가능성을 가지고 있습니다.

연구 설계 연구는 36개월에 걸쳐 수행될 것입니다. 영국 파킨슨병 학회 뇌은행 진단 기준에 따라 PD 진단이 임상적으로 확립된 환자를 모집합니다. 진단은 운동 장애 전문 신경과 전문의가 검토합니다. 간단히 말해서, 경증에서 중등도의 질병 중증도를 가진 50명의 환자가 아래 전용 섹션에 포함된 포함/제외 기준에 따라 등록됩니다.

활동은 4개의 작업 패키지(WP)로 구성되며, 각 작업 패키지는 예정된 산출물/마일스톤에 의해 검증된 측정 가능한 출력을 포함합니다.

• WP1: 임상 시험. 샘플 크기는 PD 피험자의 보행 속도에 대한 게시된 데이터를 기반으로 정의되었으며 평균 그룹 차이를 감지하기 위해 최소 80%의 검정력을 달성하기 위해 50명의 PD 개인(2개의 별도 코호트로 나누어짐)의 대상 샘플이 선택되었습니다. 평균 보행 속도(p = 0.05). 한 코호트(n=25)는 종합적인 집중 재활 치료를 받고 다른 코호트는 OWET로 치료됩니다. 기준선(T0)에서 피험자는 신경생리학적 평가(EEG-fMRI) 및 GA를 받게 됩니다. 그런 다음 참가자는 8주간의 OWET를 거치게 됩니다. 요법 후(T1), 피험자는 T0에서와 동일한 프로토콜로 평가됩니다. 2개월 후 T0와 동일한 프로토콜을 사용하여 후속 조치(T2)를 실시합니다.
• WP2: 동작 분석. 최첨단 자세와 GA는 재활 전후에 수행됩니다.
• WP3: NMSM. WP1과 WP2에서 수집된 데이터를 사용하여 NMSM을 수행하여 근력과 관절 강성을 얻습니다. 이 NMSM은 재활 전후의 PD 신경근 기능을 평가하는 데 사용됩니다.
• WP4: 신경생리학적 평가. 256채널 고밀도 EEG(HD-EEG) 기록 및 분석을 사용하여 치료 전후의 뇌 진동 활동 변화를 평가합니다. 신경생리학적 신호(EEG/EMG) 및 fMRI 데이터를 동시에 획득 및 분석하여 치료 전과 후 사이의 휴식 상태 연결성 및 활성화 차이를 평가하고 피질 활동의 변화가 연결되어 있는지 확인함으로써 다중 모드 뇌 영상을 수행합니다. WP3에서 감지된 변경 사항과 함께.

예상 결과 보행 기능은 기능적 보행 훈련을 통해 긍정적으로 회복됩니다. 실제로, 뇌졸중 후 대상자에서 이 요법을 받은 환자는 동일한 치료를 받지 않은 사람들보다 독립적으로 걸을 가능성이 더 높은 것으로 이미 나타났습니다.

OWET는 보행과 균형의 질을 향상시킬 것입니다. OWET의 효과는 삶의 질에 영향을 미칩니다. OWET의 결과는 재활 프로그램에 대한 혁신적인 정보를 제공할 것입니다. 개입의 영향은 아래 전용 섹션에 나열된 측정 가능한 결과로 평가됩니다.