Количественная оценка тренировочных эффектов с использованием экзоскелета ЭКСОГТ при количественной оценке тренировочных эффектов с использованием экзоскелета ЭКСОГТ у пациентов с болезнью Паркинсона (Ekso_PD)

Полное название: КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТА ТРЕНИРОВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОСИМОГО ЭКЗОСКЕЛЕТА У БОЛЬНЫХ БОЛЕЗНЬЮ ПАРКИНСОНА

ПЛАН ИССЛЕДОВАНИЙ

Конкретные цели

Способность ходить самостоятельно является основной целью реабилитации человека с болезнью Паркинсона (БП). Действительно, пациенты с БП демонстрируют согнутую осанку, что в сочетании с чрезмерной тугоподвижностью суставов приводит к плохой механике ходьбы, что увеличивает риск падений. Хотя исследования уже показали многие преимущества роботизированной тренировки ходьбы у пациентов с БП, исследования, посвященные оптимальным методам реабилитации, были направлены на экзоскелет нижних конечностей с электроприводом. Сочетая преимущества заземленных устройств с возможностью тренироваться в реальных условиях, эти системы обеспечивают более высокий уровень участия субъекта и повышают его функциональные способности, в то время как носимая роботизированная система гарантирует меньшую поддержку. Целью предлагаемой работы является оценка влияния наземных носимых экзоскелетов (OWET) на нарушения походки по сравнению с междисциплинарным интенсивным реабилитационным лечением. Поскольку походка представляет собой сложную задачу, затрагивающую как центральную (ЦНС), так и периферическую нервную систему (ПНС), целенаправленная реабилитация должна восстанавливать не только механику походки (параметры ST), но и физиологический паттерн походки (кинематику и динамику суставов). С этой целью будет оцениваться влияние OWET как на ЦНС, так и на ПНС. Анализ движения человека количественно оценивает нервно-мышечные и биомеханические особенности движения. В недавней литературе подчеркивается преимущество совместного анализа походки (GA) и нейромышечно-скелетного моделирования (NMSM) для планирования лечения и дополнения этого подхода роботизированной реабилитацией. Другим важным направлением исследований БП была электроэнцефалография (ЭЭГ), которая широко используется для оценки исполнительной дисфункции, в то время как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) может обнаруживать корковые изменения в двигательных активациях во время выполнения двигательных задач. Таким образом, предлагается количественная оценка походки и нервно-мышечной функции человека для надежной оценки восстановления измененной сенсомоторной функции как в ПНС, так и в ЦНС. С этой целью комплексная ГА (пространственно-временной (ST) параметр, кинематика суставов, жесткость суставов) и электромиография (ЭМГ) будут объединены для определения улучшения ПНС, а фМРТ с ЭЭГ будет использоваться для оценки улучшения ЦНС. Поскольку специалистам в области здравоохранения и исследователям нужны объективные, надежные и достоверные инструменты для планирования специфических вмешательств, количественной оценки терапевтических результатов и отслеживания изменений во времени, предлагаемое исследование включает оценку нейтрально-информированных мышечных сил и жесткости суставов, которые, как ожидается, обеспечить чувствительные детерминанты контроля движения ПД, которые могут иметь решающее значение для информирования планирования/оценки лечения. Имеются предварительные данные, показывающие осуществимость предложенной схемы измерений.

Предыстория OWET: Хотя исследования уже показали многие преимущества роботизированной тренировки ходьбы у пациентов с БП (т. Тренировка на беговой дорожке с поддержкой веса тела) в качестве улучшения эффективности ходьбы, изменяя пространственно-временные (ST) параметры, эти стратегии создают среду, в которой пациент имеет меньший контроль над началом ходьбы и отсутствие вариабельности зрительно-пространственного потока. Таким образом, исследования, посвященные оптимальным методам реабилитации, были направлены на экзоскелет нижних конечностей с электроприводом, например, в постинсультной реабилитации, где эффект такого лечения резко увеличил потенциал реабилитации для конкретного пациента, демонстрируя улучшение параметров ST. Сочетая преимущества заземленных роботизированных устройств с возможностью обучения пациента в реальных условиях, эти системы обеспечивают более высокий уровень участия субъекта в поддержании контроля над туловищем и балансом, а также в навигации по различным поверхностям и увеличении функциональные способности субъекта, в то время как носимая роботизированная система гарантирует меньшую поддержку. Кроме того, устойчивость, которую экзоскелет придает пациенту, позволяет попробовать ходьбу без помощи рук (без захватов), что представляет собой неотъемлемую часть восстановления физиологической локомоции.

Поскольку походка затрагивает как ЦНС, так и ПНС, целенаправленная реабилитация должна восстанавливать не только механику (скорость, время и длину шага), но и физиологический паттерн походки. Это требует улучшения как на уровне баланса, так и на уровне движений в суставах нижних конечностей. В этом направлении носимые экзоскелеты с питанием от нижних конечностей способствуют функциональному обучению в реалистичной среде ходьбы в сочетании с большей вовлеченностью пациента, чем в заземленных устройствах. Анализ движения человека количественно оценивает нервно-мышечные и биомеханические особенности движения. В недавней литературе подчеркивалась польза сочетания ГА и НМСМ для планирования лечения и дополнения этого подхода роботизированной реабилитацией, однако нет исследований, изучающих влияние OWET на походку у пациентов с БП, и нет оценок, в которых использовались бы комплексные ГА и НМСМ для выявления механистических изменения в результате терапии.

Нейрофизиология БП. В основе исследований БП лежит ЭЭГ, которая широко используется для оценки исполнительной дисфункции, в то время как фМРТ может обнаруживать корковые изменения в двигательных активациях во время выполнения двигательных задач. Протокол использования ГА в сочетании с фМРТ уже был принят исследователями для отображения влияния процесса реабилитации на реорганизацию нейронной сети, описания и количественной оценки нейронной активности и восстановления после лечения.

Анализ движения при БП: походка у людей с БП в последние годы тщательно изучалась с помощью 3D-систем GA, документируя типичную гипокинетическую походку, уменьшение длины шага с асимметрией между шагами, увеличение каденса, стойки и двойной поддержки. фазы, что компенсирует уменьшение длины шага.

NMSM: Сочетание GA и NMSM позволяет отслеживать прогрессирование заболевания с повышенной точностью. Это было продемонстрировано для целого ряда нервно-мышечных патологий и у здоровых людей. Важно отметить, что для каждого человека создается нейромышечно-скелетная модель, управляемая собственными ЭМГ-сигналами человека и отслеживающая их биомеханику, как это недавно применялось у людей с неврологическими нарушениями. Это создает новую модель, которая связывает нервно-мышечные функции in vivo с индивидуумом, тем самым предоставляя новые биомаркеры для оценки и отслеживания двигательных нарушений при БП. Кроме того, поскольку жесткость суставов зависит как от нервного рекрутирования, так и от механических свойств, она, вероятно, обеспечивает сильное представление о нервных и мышечно-скелетных нарушениях БП.

Значимость и потенциальное влияние Этот проект направлен на изучение возможности OWET восстановить нормальную походку у пациентов с БП. OWET направлен на улучшение общей подвижности тела и снижение скованности суставов у пациентов с болезнью Паркинсона, тем самым улучшая функцию, качество жизни и снижая риск травматичных падений. Предлагаемое роботизированное устройство (Ekso GT™, EksoBionics, Ричмонд, Калифорния, США) опирается на функции, оказывая пассивную помощь голеностопному суставу, который воздействует на остальную часть тела посредством механического соединения. В настоящее время объем помощи с устройством оценивается на основе опыта и знаний терапевта. Современные методы анализа движения позволяют нам объективно оценить необходимую помощь, предоставляя средства для адаптации помощи к каждому человеку и устранения рисков клинических догадок. Роботизированные устройства помогают физиотерапевту, выполняя повторяющиеся механические действия для конкретных задач, чтобы поддерживать терапию и обеспечивать более высокую интенсивность тренировок. OWET направлен на снижение тугоподвижности суставов нижних конечностей, которая является признанным биомаркером БП, тем самым улучшая реабилитацию пациентов с БП.

Выводы, связанные с предлагаемым исследованием, вероятно, дадут существенные решения для лечения нарушений походки и осанки (осанки, равновесия и походки) при болезни Паркинсона, где отсутствуют действенные вмешательства (фармакологические, нейрохирургические, традиционные физиотерапевтические). Кроме того, NMSM, который идентифицирует специфические для пациента переменные для терапии, может использоваться для оценки результатов лечения, а также для проведения реабилитационной терапии в режиме онлайн посредством дистанционного управления вспомогательным устройством. Это обеспечит ряд преимуществ по сравнению с традиционными подходами, предлагающими активное лечение, персонализированное и масштабируемое для больших групп населения, включая стандартизированную среду обучения и адаптируемую поддержку, которая позволяет увеличивать интенсивность лечения и дозу, не обременяя терапевтов. . Таким образом, OWET является идеальным средством для завершения традиционной терапии в клинике, в то время как реабилитационные роботы обладают потенциалом для продолжения домашней терапии с использованием более простых устройств.

Дизайн исследования Исследование будет проводиться в течение 36 месяцев. Будут набраны пациенты с клинически установленным диагнозом БП в соответствии с диагностическими критериями Банка мозга Общества болезни Паркинсона Великобритании. Диагноз будет рассмотрен неврологом, специализирующимся на двигательных расстройствах. Вкратце, 50 пациентов с легкой и средней степенью тяжести заболевания будут включены в исследование в соответствии с критериями включения/исключения, приведенными в специальном разделе ниже.

Мероприятия будут организованы в 4 рабочих пакета (РП), каждый из которых будет иметь измеримые результаты, подтвержденные запланированными результатами/вехами.

• WP1: Клинические испытания. Размер выборки был определен на основе опубликованных данных о скорости ходьбы у пациентов с БП, и была выбрана целевая выборка из пятидесяти человек с БП (разделенных на две отдельные когорты) для достижения мощности не менее 80% для выявления средних групповых различий. средней скорости ходьбы (p = 0,05). Одна когорта (n=25) будет проходить мультидисциплинарное интенсивное реабилитационное лечение, а другая будет лечиться с помощью OWET. На исходном уровне (T0) субъекты будут проходить нейрофизиологическое обследование (ЭЭГ-фМРТ) и ГА. Затем участники пройдут 8-недельный OWET. После терапии (T1) субъекты будут оцениваться по тому же протоколу, что и в T0. Еще через 2 месяца будет проведено повторное наблюдение (T2) по тому же протоколу, что и T0.
• WP2: Анализ движения. Современная осанка и GA будут выполняться до и после реабилитации.
• WP3: НМСМ. Используя данные, собранные в WP1 и WP2, будет выполнена NMSM для получения мышечной силы и жесткости суставов. Этот NMSM будет использоваться для оценки нервно-мышечной функции PD до и после реабилитации.
• WP4: Нейрофизиологическая оценка. 256-канальные записи и анализ ЭЭГ высокой плотности (HD-EEG) будут использоваться для оценки изменений колебательной активности мозга до и после лечения. Мультимодальная визуализация головного мозга будет выполняться путем одновременного получения и анализа нейрофизиологических сигналов (ЭЭГ/ЭМГ) и данных фМРТ для оценки связности состояния покоя и различий в активации между до и после лечения, а также для определения того, связаны ли изменения активности коры головного мозга. с изменениями, обнаруженными в WP3.

Ожидаемые результаты Локомоторные функции положительно восстанавливаются при функциональной тренировке ходьбы. Действительно, у пациентов, перенесших инсульт, у пациентов, прошедших эту терапию, уже было больше шансов достичь самостоятельной ходьбы, чем у людей, которые не получали такого же лечения.

OWET улучшит качество походки и равновесия. Эффекты от OWET повлияют на качество жизни. Результаты OWET предоставят инновационную информацию для реабилитационных программ. Воздействие вмешательства будет оцениваться по измеримым результатам, перечисленным в специальном разделе ниже.