Effekt av epidural stimulering på muskelaktivering og sensorisk persepsjon

Definisjoner og nomenklatur:

Ryggmargsstimulering (SCS) vil bli utført ved bruk av en 32-elektrodes paddle array implantert i dorsal epidural plass langs thoracolumbar regionen av ryggmargen. Arrayen vil bli drevet av en multippel uavhengig strømkontrollert (MICC) implanterbar pulsgenerator (IPG) koblet til padlen i henhold til standard prosedyrer for SCS-implantasjon. I tillegg, i henhold til standarden for omsorg, vil motorisk fremkalt potensial (MEP), somatosensorisk fremkalt potensial (SSEP) og elektromyografi (EMG) utføres via det intraoperative nevromonitoreringssystemet IOMAX. SCS-systemet vil bli plassert for kliniske formål, dvs. behandling av kroniske smerter, men etterforskerne vil samle inn data på ulike punkter i løpet av plasseringen. Studieprosedyrene vil legge til 15 minutter til operasjonen. MUSCs Locomotion Rehabilitation Laboratory - lokalisert ved College of Health Professions Building C - huser et Biodex Pro System 4 isokinetisk/isometrisk dynamometer. Biodex vil standardisere bruken av passive isokinetiske knefleksjons-/ekstensjonsforsøk på hvert blindet individ for proprioseptive undersøkelser, som vil bli referert til som terskel for å oppdage passiv bevegelse (TTDPM) gjennom resten av dette dokumentet. Til slutt, MUSCs Locomotor Energetics and Assessment Laboratory - også lokalisert ved College of Health Professions Building C - huser en instrumentell tredemølle med to belter som er i plan med gulvet og vil bli brukt under alle gåarrangementer. Laboratoriet har også et 12-kameras bevegelsesfangstsystem som bruker aktive infrarøde LED-sporere for å spore kinematiske posisjoneringsdata og vil bli brukt under alle gåbegivenheter. Et annet verktøy som tilbys av laboratoriet er et 16-kanals EMG-system som bruker overflateelektroder for å oppdage målmuskelaktivitet og vil også bli brukt under alle gangarrangementer. Totalt forventes den totale varigheten av studien å være omtrent 30 dager.

Enhetsbruk:

Epiduralstimulatoren og IPG er FDA-godkjente, kommersielt tilgjengelige enheter designet for å behandle kroniske smerter i rygg og nedre ekstremiteter, og vil bli brukt til deres tiltenkte kliniske formål - elektrisk stimulering av ryggsøylefibre for å dempe smerteoppfatning. Forskningsbruken av denne enheten, som vil legge til omtrent 15 minutter til operasjonen, involverer opptak/stimulering fra enheten under standardbehandlingsprotokollen for intraoperativ nevromonitorering. Uavhengig av studiedeltakelse, vil stimulatorpadlen og IPG implanteres i henhold til standarden for omsorg for den forhåndsplanlagte SCS-operasjonen. IOMAX-systemet for intraoperativt nevroovervåking, utstyr som eies av MUSC og drives av MUSC-nevrofysiologipersonale, er en kommersielt tilgjengelig enhet som brukes under standard ryggkirurgiske prosedyrer, for eksempel SCS-implantasjon. Uavhengig av studiedeltakelse vil intraoperativ nevromonitorering via IOMAX foregå i henhold til standard for omsorg for den forhåndsplanlagte SCS-operasjonen. Følgende enheter brukes kun til forskningsformål. Biodex Pro System 4, brukt regelmessig av fysiske rehabiliteringsforskere her ved MUSC, er en kommersielt tilgjengelig enhet som utelukkende vil bli brukt som et forskningsverktøy for å levere passiv isokinetisk knefleksjon/ekstensjon under TTDPM. Den instrumentelle tredemøllen, GAITRite-matten, motion capture-systemet og MA300 EMG-systemet er alle kommersielt tilgjengelige enheter som brukes av MUSC-forskere ved College of Health Professions for å utføre omfattende ganganalyse hos personer med ulike nevrologiske mangler. Ganganalyse utføres kun for forskningsformål, og er ikke standardbehandling for pasienter som får SCS-kirurgi.

Antall emner:

Etterforskere foreslår å studere 5 individer med CLBLP. En tidligere studie utført av Formento et al, 2018 ved bruk av SCS og proprioseptiv testing publiserte en standardfeil og 95 % konfidensintervall ved bruk av vellykkede og mislykkede SCS-prøveforsøk (p < 0,05 blant LFTS-parametre og ingen stimulering, med minimum 10 forsøk per stimulering innstilling.) Basert på dette forventer etterforskerne at en liten populasjon vil vise lignende varians. Prøvestørrelsen på emnet er i direkte sammenligning med prøvestørrelser fra tidligere proof of concept-studier angående SCS for ryggmargsfysiologi biomarkørprøvetaking. Forskerteamet planlegger å bruke en toveis ANOVA-modell for gjentatte mål for å undersøke de varierende forskjellene i stimuleringstype og kinematiske parametere. En Post hoc-sammenligning vil bli gjort ved å bruke en Tukey-justering.

Rekrutteringsmetoder:

Under forsøkspersonens preoperative klinikkbesøk vil PI spørre den potensielle deltakeren om de ønsker å lære mer om studien. I så fall vil PI introdusere studien og spørre om han kan svare på ytterligere spørsmål om studien før han inviterer til PIs legeassistent (oppført som et studieteammedlem). Hvis ikke, vil PI forlate rommet og PIs legeassistent vil gjennomgå en sjekkliste for forhåndsscreening for å avgjøre om forsøkspersoner kan være kvalifisert for studien (ingen informasjon innhentet under forhåndsscreeningen vil bli dokumentert som forskningsdata). Potensielle deltakere vil bli bedt om å bekrefte at de er mellom 18 og 80 år, at de tidligere har blitt diagnostisert med CLBLP av en smertespesialist, om de føler at de ikke kan gi forskningssamtykke fysisk og/eller kognitivt, og om de har noen tidligere historie med spinal neoplasma, infeksjon, arteriovenøs misdannelse og/eller stråling til ryggraden. Hvis potensielle deltakere svarer nei på ett av de to første spørsmålene eller ja på et av de resterende spørsmålene, vil de bli vurdert som ikke kvalifisert for studien.

God kommunikasjon vil bli lagt stor vekt på. Det vil understrekes at deltakelse i studien ikke er nødvendig for medisinsk behandling for deres tilstand. Det vil også bli lagt vekt på at faget når som helst kan trekke seg fra studiet.

Dataledelse:

Når en potensiell deltaker blir spurt om de ønsker å lære mer om studien, vil de bli tildelt en deltaker-ID. Deltaker-ID-er vil bli tildelt fortløpende. Etterforskere vil vedlikeholde en database som nøyaktig gjenspeiler alle potensielle emner som ble kontaktet om studien og resultatene av kvalifiseringsevalueringen. For kvalifiserte emner inkluderer de spesifikke typene data som vil bli samlet inn: 1) analoge lokale feltpotensialer fra SCS-, MEP-, SSEP- og EMG-elektrodene, 2) digitale og analoge utgangssignaler fra IOMAX intraoperativ nevromonitoreringsenhet, 3) digital, tidsstemplede, fysiske forskyvningsdata hentet fra Biodex-maskinen, 3) digitale, tidsstemplede, posisjoneringsdata produsert av PhaseSpace-programvaren, 5) videodata og 6) alle tilgjengelige bildedata (dicom-filer). Rådata vil forbli på laboratorieeide datainnsamlingsmaskiner med krypterte harddisker og lagret bak en låst dør når de ikke overvåkes direkte. Data vil bli kopiert fra alle laboratorieeide datainnsamlingsmaskiner og/eller sykehuseide dataservere til en passordbeskyttet nettverksserver som er tilgjengelig fra laboratoriet under IRB-protokollnummeret og deltaker-ID. Dette vil utgjøre hovedkopien av alle data for laboratoriet og vil bestå av separat lagrede kodede og identifiserbare mapper. Hensikten med å beholde en kopi av rådataene er i tilfelle serveren blir avbrutt, og det er nødvendig å rekonstruere dataene. Deler av data vil bli kopiert til sluttbrukerenheter (f.eks. stasjonære, bærbare, osv.) for dataanalyse, men bare delen som trengs for analyse vil bli kopiert. Enhver sluttbrukerenhet som en bærbar datamaskin som fysisk forlater laboratoriet vil bli kryptert med MUSC-godkjent programvare som bruker AES-krypteringsalgoritmen i chifferblokkkjeding eller XTS-modus med en 256-bits nøkkel. Stasjonære maskiner som brukes til analyse som ikke forlater laboratoriet og som er lagret i et låst laboratorium, vil ikke bli kryptert. Alle data om datainnsamling og sluttbrukerenheter vil bli slettet ved avslutningen av studien. Ingen PHI vil bli lagret på noen datainnsamlingsmaskin eller sluttbrukerenhet. En koblingsdatabase som knytter deltaker-ID og emneidentifikatorer vil bli vedlikeholdt på MUSC Box, separat fra forskningsdataene. Emneidentifikatorer som skal samles inn inkluderer for- og etternavn, kjønn, fødselsdato, personnummer, journalnummer, postadresse og telefonnumre. Telefon- og journalnumre kreves for en omtrentlig 7-dagers telefonsamtale til forsøkspersoner etter SCS-implantasjon. I tillegg vil etterforskere samle inn informasjon knyttet til sykdommens alvorlighetsgrad for hvert individ, inkludert Visual Analog Scale (VAS)-score, en vanlig smerteskala og andre tilgjengelige vurderingsskala-score. Disse tiltakene vil hjelpe til med å korrelere våre fysiologiske data med alvorlighetsgraden av sykdommen for hvert individ. Videodata vil bli lagret i den identifiserbare mappen på den passordbeskyttede nettverksserveren. Hensikten med disse dataene er å korrelere bevegelsesdynamikk med fysiologidata. Til slutt vil etterforskere lagre bildedata på en passordbeskyttet nettverksserver for å analysere og korrelere med de innsamlede fysiologiske dataene. Kun IRB-godkjent personell vil ha tilgang til koblingsdatabasen. Samtykkeskjemaer vil bli lagret i et låst skap i et låst laboratorium i Clinical Sciences Building ved MUSC.

Risikoer for emner:

Alle prosedyrer vil følge retningslinjer for standard omsorg. Forskningspersonalet vil følge opp hver deltaker på telefon omtrent en uke etter det kirurgiske inngrepet, og under den omtrentlige 30-dagers returen, for å sikre at deltakerne ikke har noen problemer. Ikke desto mindre utgjør denne studien fortsatt visse risikoer som skissert i følgende avsnitt:

Kirurgisk komplikasjon

På grunn av de 15 ekstra minuttene som legges til operasjonen, tilkobling av padleterminalene utenfor operasjonsfeltet, og ekstra personell på rommet, er det noe økt risiko for operasjonsinfeksjon. Den ekstra risikoen for infeksjon på grunn av forskningsprotokollen øker ikke denne risikoen utover den 1-5 % totale historiske risikoen for komplikasjoner fra SCS kirurgisk prosedyre.

TTDPM

Mens de tester for propriosepsjonsretensjon av underekstremitetene, kan forsøkspersonene oppleve ubehag på grunn av frivillig muskelaktivering som hindrer passiv bevegelse. For å redusere denne risikoen har Biodex-systemet en subjektkontrollert trigger som umiddelbart stopper dynamometerets passive bevegelse og kan aktiveres når som helst en person opplever ubehag av smerte under testen.

Overground og tredemølle Walking

Forsøkspersonene vil bli bedt om å gå på en trykkfølsom matte ved selvvalgte ganghastigheter og på en tredemølle ved selvvalgte ganghastigheter med hvert scenario med forsøkspersonen i en øvre thorax sikkerhetssele som er festet til taket for fallsikring. Til tross for de nevnte sikkerhetstiltakene, eksisterer det fortsatt en risiko for tap av balanse, fall og potensielle skader. Risikoen for forsøkspersoner gjennom disse oppgavene overstiger ikke risikoen forbundet med generelle fysioterapiinnstillinger og kan resultere i mild muskeltretthet eller ubehag som vanligvis avtar i løpet av noen få dager. Forsøkspersonene vil få god hviletid og kan ha ekstra hviletid når som helst gjennom datainnsamlingsperioder. Videre vil forsøkspersoner bli assistert under store bevegelser eller under potensielle overføringer over forskjellige overflater av et IRB-godkjent studiemedlem.

Fotografi og videografi

Forsøkspersonene vil bli filmet under utførelse av liggende/gående SCM- og EMG-moduleringsprotokoller. Etterforskere vil også fotografere og/eller videofilme ethvert annet aspekt av forsøkspersonens forskningsdeltakelse som vil hjelpe etterforskerne å korrelere forsøkspersonens tilstand med EMG og kinematiske data. Videoene og bildene som tas opp kan inkludere hele ansiktet, overkroppen, armene og bena. Fotografering og video viser en risiko for tap av personvern. Bilder og videoer vil bli lagret på en sikker server. Kun godkjent studiepersonell vil ha tilgang til disse filene.

Tap av konfidensialitet

Ytterligere risikoer inkluderer tap av konfidensialitet. For å redusere denne risikoen vil en koblingsdatabase som assosierer deltaker-ID og emneidentifikatorer opprettholdes separat fra forskningsdataene på en passordbeskyttet server, og kun IRB-godkjent personell vil ha tilgang til koblingsdatabasen.