Kvantitativ vurdering av treningseffekter ved bruk av EKSOGT eksoskjelett i kvantitativ vurdering av treningseffekter ved bruk av EKSOGT eksoskjelett hos pasienter med Parkinsons sykdom (Ekso_PD)

Full tittel: KVANTITATIV VURDERING AV TRENINGSEFFEKTER VED BRUK AV ET BÆRBART EXOSKELETON HOS PARKINSON SYKDOMPASIENTER

FORSKNINGSPLAN

Spesifikke mål

Evnen til å gå selvstendig er et primært mål ved rehabilitering av en person med Parkinsons sykdom (PD). PD-pasienter viser faktisk en bøyd holdning som kombinert med en overdreven leddstivhet fører til dårlig gangmekanikk som øker risikoen for fall. Selv om studier allerede har vist de mange fordelene med robotassistert gangtrening hos PD-pasienter, har forskning med fokus på optimale rehabiliteringsmetoder vært rettet mot drevet eksoskeleton i underekstremitetene. Ved å kombinere fordelene fra de jordede enhetene med muligheten til å trene i et virkelig miljø, gir disse systemene et høyere nivå av fagdeltakelse og øker fagets funksjonelle evner mens det bærbare robotsystemet garanterer mindre støtte. Hensikten med det foreslåtte arbeidet er å evaluere effekten av en Over-ground Wearable Exoskeleton Training (OWET) på gangvansker sammenlignet med en multidisiplinær intensiv rehabiliteringsbehandling. Ettersom gang er en kompleks oppgave som involverer både sentralt (CNS) og perifert nervesystem (PNS), må målrettet rehabilitering gjenopprette ikke bare gangmekanikk (ST-parametre), men også fysiologisk gangmønster (leddkinematikk og dynamikk). For dette målet vil virkningen av OWET på både CNS og PNS bli evaluert. Menneskelig bevegelsesanalyse vurderer kvantitativt de nevromuskulære og biomekaniske egenskapene til bevegelse. Nyere litteratur har fremhevet fordelen med koblingsganganalyse (GA) og neuromuskuloskeletal modellering (NMSM) for behandlingsplanlegging og å supplere denne tilnærmingen med robotrehabilitering. En annen støttespiller innen PD-forskning har vært elektroencefalografi (EEG), som er mye brukt for å evaluere eksekutiv dysfunksjon mens funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) kan oppdage kortikale endringer i motoriske aktiveringer under motoriske oppgaver. Derfor foreslås en kvantitativ vurdering av et individs gangart og nevromuskulære funksjon for å robust evaluere utvinning av endret sensorimotorisk funksjon ved både PNS og CNS. For dette målet vil omfattende GA (spatiotemporal (ST) parameter, leddkinematikk, leddstivhet) og elektromyografi (EMG) kombineres for å bestemme PNS-forbedringer, og fMRI med EEG vil bli brukt til å vurdere CNS-forbedringer. Siden helsepersonell og forskere trenger objektive, pålitelige og gyldige verktøy for å planlegge fagspesifikke intervensjoner, kvantifisere terapeutiske resultater og overvåke endring over tid, inkluderer den foreslåtte studien estimering av nøytralt informerte muskelkrefter og leddstivhet, som forventes å gi sensitive determinanter for PD-bevegelseskontroll som kan være avgjørende for å informere behandlingsplanlegging/vurdering. Foreløpige data er tilgjengelige og viste gjennomførbarhet av det foreslåtte måleoppsettet.

Bakgrunn OWET: Selv om studier allerede har vist de mange fordelene med robotassistert gangtrening hos PD-pasienter (dvs. kroppsvektstøttet tredemølletrening) for å forbedre gangeffektiviteten ved å modifisere spatiotemporale (ST) parametere, skaper disse strategiene et miljø der pasienten har mindre kontroll over gangstarten og mangler variasjon i visuospatial flyt. Derfor har forskning med fokus på optimale rehabiliteringsmetoder blitt rettet mot drevet eksoskeleton i underekstremitetene, som ved rehabilitering etter slag, hvor effekten av en slik behandling dramatisk forbedret potensialet for pasientspesifikk rehabilitering, og viser forbedring i ST-parametere. Ved å kombinere fordelene levert fra de jordede robotenhetene med evnen til å trene pasienten i et virkelig miljø, gir disse systemene et høyere nivå av subjektdeltakelse for å opprettholde trunk- og balansekontroll, samt navigere deres vei over forskjellige overflater og øke motivets funksjonelle evner mens det bærbare robotsystemet garanterer mindre støtte. Videre tillater stabiliteten som eksoskjelettet adresserer pasienten, en håndfri gangprøve (uten clutcher) som representerer en integrert del for en fysiologisk bevegelsesrestaurering.

Ettersom gang involverer både CNS og PNS, må målrettet rehabilitering gjenopprette ikke bare mekanikk (hastighet, skritttid og lengde), men også fysiologisk gangmønster. Dette krever forbedringer på nivået av både balanse og bevegelse av underekstremiteter. I denne retningen fremmer bærbare eksoskeletoner som drives av underekstremitetene funksjonell trening i et realistisk gåmiljø kombinert med et større pasientengasjement enn i jordede enheter. Menneskelig bevegelsesanalyse vurderer kvantitativt de nevromuskulære og biomekaniske egenskapene til bevegelse. Nyere litteratur har fremhevet fordelen med å koble GA og NMSM for behandlingsplanlegging og supplere denne tilnærmingen med robotrehabilitering, men det er ingen studie som undersøker gangeffekter fra en OWET hos de med PD, og ​​ingen vurdering som bruker omfattende GA og NMSM for å avdekke mekanistisk endringer som følge av terapi.

Nevrofysiologi av PD: En solid av PD-forskningen har vært EEG, som er mye brukt for å evaluere eksekutiv dysfunksjon mens fMRI kan oppdage kortikale endringer i motoriske aktiveringer under motoriske oppgaver. Protokollen for å bruke GA i kombinasjon med fMRI har allerede blitt tatt i bruk av etterforskerne for å vise virkningene av rehabiliteringsprosessen på omorganiseringen av det nevrale nettverket, beskrive og kvantifisere nevrale aktivitet og utvinning etter behandlingen.

Bevegelsesanalyse i PD: Gang hos personer med PD har blitt grundig studert med 3D GA-systemer de siste årene, og dokumenterer en typisk hypokinetisk gangreduksjon av skrittlengden med asymmetri mellom skrittene, en økning av tråkkfrekvensen, stilling og dobbel støtte faser, som kompenserer for redusert skrittlengde.

NMSM: Ved å kombinere GA og NMSM kan man spore sykdomsprogresjon med økt presisjon. Dette har blitt demonstrert på tvers av en rekke nevromuskulære patologier og friske individer. Kritisk, for hvert individ er det opprettet en nevromuskuloskeletal modell, drevet av individets egne EMG-signaler, og sporing av deres biomekanikk, slik det nylig har vært brukt i nevrologisk svekkede individer. Dette skaper en ny modell som kobler in vivo nevromuskulære funksjoner til individet, og gir dermed nye biomarkører for å vurdere og spore PD motorisk svekkelse. Videre, siden leddstivhet avhenger både av nevrale rekruttering og mekaniske egenskaper, vil det sannsynligvis gi en potent representasjon av nevrale og muskuloskeletale PD svekkelse.

Betydning og potensiell påvirkning Dette prosjektet tar for seg potensialet for OWET til å gjenopprette normal gang hos PD-pasienter. OWET har som mål å forbedre den generelle kroppsbevegelsen og redusere leddstivheten hos de med PD, og ​​dermed forbedre funksjonen, livskvaliteten og redusere risikoen for skadelige fall. Den foreslåtte robotenheten (Ekso GT™, EksoBionics, Richmond, CA, USA) er avhengig av funksjoner ved å gi passiv assistanse til ankelleddet, som påvirker resten av kroppen gjennom mekanisk kobling. For øyeblikket er mengden enhetsassistanse estimert basert på en terapeuts erfaring og ekspertise. Moderne bevegelsesanalysemetoder gjør det mulig for oss å objektivt vurdere nødvendig assistanse, noe som gir et middel til å skreddersy hjelpen til hver enkelt og fjerne risikoen for klinisk gjetting. Robotenheter hjelper fysioterapeuten ved å gi oppgavespesifikk repeterbar mekanisk handling for å støtte terapier og muliggjøre høyere treningsintensitet. OWET har som mål å redusere leddstivhet i underekstremiteter, som er en anerkjent biomarkør for PD, og ​​dermed forbedre rehabiliteringen for PD-pasienter.

Funn knyttet til den foreslåtte studien vil sannsynligvis gi betydelige løsninger for håndtering av gang- og posturale forstyrrelser (holdning, balanse og gang) ved PD der gyldige intervensjoner (farmakologisk, nevrokirurgi, tradisjonell fysioterapi) mangler. Dessuten kan en NMSM som identifiserer pasientspesifikke variabler for terapi brukes til å vurdere behandlingsresultater, men også til å gjennomføre online rehabiliteringsterapi ved hjelp av fjernkontroll av hjelpemidlet. Dette vil gi en rekke fordeler i forhold til konvensjonelle tilnærminger som foreslår en aktiv behandling som er personlig og skalerbar til store populasjoner og inkluderer et standardisert treningsmiljø og en tilpasningsdyktig støtte som har evnen til å øke behandlingsintensiteten og dosen, uten å være en belastning for terapeuter. . OWET er dermed et ideelt middel for å fullføre konvensjonell terapi i klinikken, mens rehabiliteringsroboter har potensialet for fortsatt hjemmeterapi ved bruk av enklere apparater.

Studiedesign Studien skal gjennomføres over 36 måneder. Pasienter med klinisk etablert diagnose av PD i henhold til U.K. Parkinson's Disease Society Brain Bank Diagnostic kriterier vil bli rekruttert. Diagnosen vil bli vurdert av en nevrolog spesialisert på bevegelsesforstyrrelser. Kort fortalt vil 50 pasienter med mild til moderat alvorlighetsgrad av sykdommen bli registrert i henhold til inklusjons/eksklusjonskriteriene inkludert i den dedikerte delen nedenfor.

Aktivitetene vil bli organisert i 4 arbeidspakker (WP), hver med målbare resultater verifisert av planlagte leveranser/milepæler.

• WP1: Klinisk utprøving. Utvalgsstørrelsen er definert basert på publiserte data om ganghastighet hos PD-personer, og et målutvalg på femti PD-individer (delt i to separate kohorter) er valgt for å oppnå en kraft på minst 80 % for å oppdage en gjennomsnittlig gruppeforskjell i gjennomsnittlig ganghastighet (p = 0,05). Den ene kohorten (n=25) skal gjennomgå en multidisiplinær intensiv rehabiliteringsbehandling, og den andre skal behandles med OWET. Ved baseline (T0) vil forsøkspersoner gjennomgå nevrofysiologisk evaluering (EEG-fMRI) og GA. Deltakerne vil deretter gjennomgå en 8-ukers OWET. Etter terapien (T1) vil forsøkspersonene bli evaluert, med samme protokoll som ved T0. Etter ytterligere 2 måneder vil en oppfølging (T2) bli utført med samme protokoll som T0.
• WP2: Bevegelsesanalyse. State-of-the-art holdning og GA vil bli utført før og etter rehabilitering.
• WP3: NMSM. Ved å bruke data som er samlet inn i WP1 og WP2, vil NMSM bli utført for å oppnå muskelkraft og leddstivhet. Denne NMSM vil bli brukt til å vurdere PD nevromuskulær funksjon før og etter rehabilitering.
• WP4: Nevrofysiologisk vurdering. En 256-kanals High Density EEG (HD-EEG) opptak og analyse vil bli brukt for å vurdere endringer i hjerneoscillasjonsaktivitet før og etter behandlingen. Multimodal hjerneavbildning vil bli utført ved samtidig innhenting og analyse av nevrofysiologiske signaler (EEG/EMG) og fMRI-data for å vurdere hviletilstandens tilkoblings- og aktiveringsforskjeller mellom før- og etterbehandling og for å identifisere om endringene i den kortikale aktiviteten er koblet sammen med endringene oppdaget i WP3.

Forventede resultater Bevegelsesfunksjoner gjenopprettes positivt ved en funksjonell gangtrening. Hos pasienter etter hjerneslag har pasienter som gjennomgikk denne terapien allerede vist seg å ha større sannsynlighet for å oppnå en uavhengig gange enn personer som ikke fikk samme behandling.

OWET vil forbedre kvaliteten på gange og balanse. Effekter med OWET vil påvirke livskvaliteten. Resultatene med OWET vil gi innovativ informasjon for rehabiliteringsprogrammer. Effekten av intervensjonen vil bli vurdert ved hjelp av målbare resultater oppført i den dedikerte delen nedenfor.