Moniteur à domicile pour l'analyse de la démarche et de l'activité

Résumé

Ce dispositif innovant utilise des capteurs magnéto-inertiels pour permettre l'analyse de la démarche et de l'activité dans des environnements incontrôlés. Actuellement dans le processus de qualification comme mesure des résultats dans l'Agence médicale européenne, l'une des applications sera de servir de point de terminaison clinique dans les essais cliniques dans les maladies neuromusculaires.

Résumé

Les résultats actuels des essais cliniques sur les troubles neuromusculaires comprennent les échelles de la fonction motrice, les tests chronométrés et les mesures de résistance effectuées par des évaluateurs cliniques formés. Ces mesures sont légèrement subjectives et sont effectuées lors d'une visite à une clinique ou à un hôpital et constituent donc une évaluation ponctuelle. Les évaluations ponctuelles peuvent être influencées par l'état quotidien du patient ou des facteurs tels que la fatigue, la motivation et la maladie intercurrente. Pour permettre la surveillance à domicile de la démarche et de l'activité, un capteur magnéto-inertielle portable (WMIS) a été développé. Cet appareil est un moniteur de mouvement composé de deux capteurs de surveillance très légers et d'une station d'amarrage. Chaque capteur contient un accéléromètre tri-axial, un gyroscope, un magnétomètre et un baromètre qui enregistrent l'accélération linéaire, la vitesse angulaire, le champ magnétique du mouvement dans toutes les directions et l'altitude barométrique, respectivement. Les capteurs peuvent être portés sur le poignet, la cheville ou le fauteuil roulant pour enregistrer les mouvements du sujet pendant la journée. La station d'accueil permet le téléchargement et la recharge de données des batteries du capteur pendant la nuit. Les données sont analysées à l'aide d'algorithmes propriétaires pour calculer les paramètres représentatifs du type et de l'intensité du mouvement effectué. Ce WMIS peut enregistrer un ensemble de biomarqueurs numériques, y compris les variables cumulatives, telles que le nombre total de mètres parcourus, et les variables de démarche descriptives, telles que le pourcentage de la foulée la plus rapide ou la plus longue qui représente la meilleure performance du patient sur une période de temps prédéfinie.

Introduction

Un certain nombre de thérapies potentielles sont en cours de développement pour le traitement des maladies neuromusculaires génétiques. Ces maladies incluent la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) et l'atrophie musculaire spinale (SMA) de type 3. Les sujets avec ces maladies se présentent au commencement avec la faiblesse inférieure proximale de membre qui mène aux difficultés progressives dans la déambulation. La dernière étape de la recherche translationnelle est la démonstration de l'efficacité d'un traitement ou d'une approche potentiel le plus efficace dans un essai clinique. Des mesures spécifiques, quantifiables, objectives et fiables sont nécessaires. L'importance de ces mesures a été récemment soulignée par l'échec de l'essai de phase IIb ataluren¹ et de l'essai Biomarin de phase III². L'une des explications probables de ces échecs a été la variabilité et l'évolution non linéaire de la mesure des résultats primaires de ces essais, le test de marche³ de 6 minutes (6 MWT). L'augmentation de la fiabilité et de la sensibilité au changement des mesures des résultats et la compréhension des facteurs qui ont mené à leur variation pourraient contribuer à réduire le nombre d'échecs d'essai liés aux principales mesures des résultats.

L'une des limites des résultats actuels est la subjectivité de l'évaluation. Pour augmenter davantage l'objectivité des évaluations, Heberer et coll.⁴ ont montré qu'à travers un ensemble de marqueurs et l'utilisation d'un logiciel d'analyse de la démarche, il y avait une augmentation significative de la longueur de foulée chez les patients traités avec des stéroïdes par rapport au groupe naïf. La cinétique commune de hanche sont les marqueurs tôt de la faiblesse proximale dans les patients présentant Le DMD et sont sensibles au changement avec l'intervention stéroïde, qui est le seul traitement disponible pour ces patients. Les laboratoires de démarche s'offrent toutefois uniquement dans les grandes cliniques. En outre, les évaluations de laboratoire sont des évaluations ponctuelles, et l'état d'un patient peut varier considérablement sur une base quotidienne en raison de facteurs tels que la fatigue, la motivation, et la maladie intercurrente.

L'utilisation de mesures continues et à domicile devrait permettre d'atteindre à la fois une évaluation plus objective et une évaluation plus représentative à l'échelle mondiale. Dans d'autres domaines de la neurologie, par exemple Parkinson⁵ ou sclérose en plaques⁶, plusieurs études ont évalué la faisabilité, la fiabilité et la cohérence avec d'autres mesures de différents capteurs, y compris les accéléromètres avec ou sans gyromètres ou magnétomètres, mais aucun de ces dispositifs n'est actuellement une norme d'or pour l'évaluation des patients pendant les essais cliniques. Dans le domaine des maladies neuromusculaires, il n'existe actuellement aucune méthode validée pour le suivi continu à domicile des patients. Ces dernières années, grâce à une étroite collaboration entre cliniciens et ingénieurs, l'Institut de Myologie de Paris a développé plusieurs dispositifs d'évaluation des membres supérieurs afin d'évaluer avec précision la force et la fonction des membres supérieurs^{7,8 , 9}. Un capteur magnéto-inertielle portable (WMIS; c.-à-d. ActiMyo) a été développé en collaboration avec une société spécialisée dans les systèmes de navigation. Initialement un dispositif de surveillance dédié aux sujets non ambulants présentant des troubles neuromusculaires tels que DMD et SMA^10,11, le même dispositif a maintenant été utilisé pour surveiller les patients ambulants dans deux configurations différentes: capteurs sur les deux chevilles ou un capteur au poignet et l'autre à la cheville. La configuration d'une population non ambulante est composée d'un capteur au fauteuil roulant et de l'autre au poignet.

Ce WMIS est capable de capturer et de quantifier avec précision tous les mouvements du membre sur lequel il est placé. Le principe de mesure est basé sur l'utilisation de capteurs inertiels et de magnétomètres du système microélectromécanique (MEMS) fonctionnant par des équations magnéto-inertielles. Des algorithmes dédiés permettent une qualification et une quantification précises des mouvements des patients dans un environnement non contrôlé.

L'objectif global de la méthode est de fournir l'identification et la quantification de tout mouvement produit par un patient sur une période de temps prédéfinie, et d'intégrer ces mesures dans des mesures de résultats spécifiques à la maladie représentatives du patient condition sur une période de temps.

Pour évaluer efficacement les patients ambulants et non ambulants présentant des troubles du mouvement à la maison, l'appareil doit être fourni au patient par un évaluateur formé qui est responsable de s'assurer que les instructions ont été comprises. Un enquêteur et un manuel du patient sont fournis avec l'appareil. Ce WMIS est actuellement utilisé comme mesure exploratoire des résultats dans un certain nombre d'essais cliniques pour les maladies neuromusculaires et neurologiques (NCT03351270, NCT0280492, NCT01385917, NCT039686, NCT03368742, NCT02500381). Des procédures spécifiques adaptées à la pathologie et/ou à la conception de l'essai clinique ont été développées.

Protocole

Toute utilisation de l'appareil doit être effectuée conformément aux règles établies par le protocole de référence, validé par le comité d'éthique et les organismes nationaux de réglementation du pays. L'utilisation de l'appareil et les divers éléments qui y sont attachés doivent être effectuées dans le cadre de l'utilisation prévue décrite dans le manuel du patient.

REMARQUE : Pour être admissible à l'utilisation du WMIS, le patient doit être âgé de plus de 5 ans, être en mesure de comprendre et de suivre les règles d'utilisation, donner son consentement éclairé, être affilié ou bénéficiaire d'un régime de sécurité sociale et être en mesure de se conformer à toutes les exigences du protocole. Il n'y a pas de critères d'exclusion spécifiques.

1. Préparation de la visite du participant au centre clinique

1. Vérifiez le contenu de la valise: (1) la station d'amarrage pour brancher les capteurs pendant la nuit pour le téléchargement de données sur une clé USB et la recharge des batteries, (2) le cordon d'alimentation divisé en deux pièces pour connecter la station d'amarrage à une alimentation, (3) le câble Ethernet à permettre l'interface avec un routeur, (4) les deux capteurs pour permettre l'enregistrement d'activité quotidienne, (5) bandes pour la fixation des capteurs en fonction de la configuration choisie et le statut ambulatoire du participant (cheville-cheville: deux brassards de cheville avec deux autocollants pour distinguer le côté portant; cheville-poignet : un brassard de cheville et un bracelet; fauteuil roulant: un bracelet et une poche de fauteuil roulant), (6) un manuel de participant et un manuel d'enquêteur, (7) un rappel de tâche, (8) un tournevis pour permettre le remplacement de la clé USB, et (9) deux clés USB vierges.
   REMARQUE : Si une connexion Internet est disponible, le transfert de données se produit automatiquement
2. Imprimez et préparez le formulaire d'affectation pour enregistrer l'affectation d'un appareil à un participant. Cela permettra la réconciliation des données avec l'ID sujet.

2. Formation du sujet lors de la première visite

1. Positionnement de ce WMIS
   1. Sur la base des données que les chercheurs recherchent ainsi que de l'état ambulatoire du patient, utilisez différentes configurations pour le placement des capteurs.
      1. Pour les patients ambulants, fixer les deux capteurs soit sur un poignet et une cheville pour l'enregistrement de l'activité des membres supérieurs et inférieurs ou sur les deux chevilles pour seulement l'activité des membres inférieurs.
      2. Pour les patients non ambulants, fixez un capteur au poignet et l'autre sur le fauteuil roulant.
2. Expliquez le positionnement des capteurs au participant.
   1. Pour les participants ambulants, fixer les deux capteurs soit sur un poignet et une cheville ou sur les deux chevilles.
      1. Pour la configuration poignet-ankle, placez un capteur sur le poignet de la main dominante à l'aide du bracelet fourni de sorte que les vagues pointent vers les doigts. Placez le deuxième capteur sur la cheville, sur le même côté que le capteur de poignet, au-dessus du malleolus externe avec les vagues pointant dans la direction avant.
         REMARQUE : Le capteur doit être placé sur le dessus du poignet.
      2. Pour la configuration cheville-cheville, placez un capteur sur chaque cheville, au-dessus du malleolus externe avec les vagues pointant dans la direction avant.
         REMARQUE : Des autocollants doivent être placés sur les capteurs pour indiquer le côté usé.
   2. Pour les participants non ambulants, fixez un capteur au poignet et l'autre sur le fauteuil roulant.
      1. Pour la configuration poignet-fauteuil roulant, placez un capteur sur le poignet de la main dominante du participant à l'aide du bracelet fourni de sorte que les vagues pointent vers les doigts. Placez le deuxième capteur dans le sac fourni. Fixez-le sur un endroit sûr au fauteuil roulant.
         REMARQUE : Indépendamment de la configuration utilisée, ne changez pas de capteur. Les capteurs doivent s'adapter confortablement, mais pas trop étroitement au poignet et / ou à la cheville pour les empêcher de tourner autour.
3. Expliquez la routine quotidienne pour l'utilisation des capteurs au participant.
   1. Routine du soir
      1. Branchez la station d'amarrage dans l'alimentation électrique. Fixez la station d'amarrage au routeur si une connexion Internet est disponible. Insérez les capteurs dans la station d'amarrage.
      2. Localisez les deux diodes électroluminescentes (DEL) sur la station d'amarrage qui indiquent l'état des capteurs. Une fois branchés sur une source d'alimentation, assurez-vous que les bips de la station et les diodes deviennent oranges pour indiquer que les batteries du capteur se chargent, et que les données sont téléchargées à partir des capteurs à la clé USB.
         REMARQUE : Si les LEDS clignotent encore après 5 min, redémarrez la procédure dès le début. Si le problème persiste, communiquez avec l'équipe du site clinique.
   2. Routine du matin
      1. Vérifier que les LED sont vertes, ce qui indique que les batteries des capteurs sont entièrement chargées, et que les données ont été effacées de la mémoire des capteurs. Retirez les capteurs de la station d'amarrage. Portez les capteurs dans la configuration démontrée par l'évaluateur.
         REMARQUE : Si le LED sur un ou les deux capteurs est orange après deux jours consécutifs, contactez le centre clinique.
   3. Routine de jour
      1. Portez les capteurs toute la journée et placez les capteurs sur la station d'amarrage à la fin de la journée.
         REMARQUE : Retirez les capteurs lors d'activités impliquant de l'eau, des examens médicaux spéciaux (p. ex., imagerie par résonance magnétique [IRM], tomodensitométrie, radiographie) ou toute activité qui pourrait les endommager, et les garder en lieu sûr sur une surface ferme. Reprenez le port des capteurs après l'activité.
   4. À la fin de la période d'enregistrement, rangez tous les éléments de l'appareil dans la valise et ramenez l'appareil au centre clinique.
      REMARQUE : Encouragez le participant à s'engager dans des activités quotidiennes normales en portant autant que possible les capteurs.
4. Remplissez un formulaire d'affectation dédié.

3. Collecte et analyse de données

1. Collecte de données
   REMARQUE: Les capteurs enregistrent les signaux en continu jusqu'à 16 h et stockent les informations dans une mémoire interne (Film 1). La station d'amarrage permet le téléchargement des données stockées dans les capteurs à la fin de chaque journée et le chargement des batteries pendant la nuit. Les données téléchargées à la station d'accueil sont stockées sur une clé USB accessible uniquement par les évaluateurs.
   1. Une clé USB standard de 64 Go peut contenir jusqu'à 3 mois d'informations d'enregistrement quotidiennes (environ 16 h/jour). Fournir des lecteurs USB de plus ou de moins grande capacité pour régler le plus étroitement possible les contraintes des protocoles.
   2. Si la station d'amarrage n'est pas connectée à Internet, demandez à l'évaluateur de retirer la clé USB de la station d'amarrage (avec le tournevis spécifique contenu dans la valise) et remplacez-la par une clé blanche à la fin de la période d'enregistrement. Le lecteur USB doit être envoyé à l'équipe de support pour analyse.
      REMARQUE : Si la station d'accueil est connectée à Internet, les données sont téléchargées vers le stockage en nuage. Ainsi, il n'est pas nécessaire de modifier la clé USB, car toutes les données sont automatiquement supprimées de la clé USB une fois que les fichiers sont téléchargés dans le nuage.
2. Analyse des données
   1. À des moments choisis au cours de l'étude, extraire les données du stockage en nuage et analyser les données à l'aide d'un algorithme dédié. Ajuster les périodes d'analyse et les rapports de suivi en fonction de l'étude clinique.

Résultats

Les données présentées ici ont été acquises lors d'essais cliniques approuvés par le comité d'éthique et l'Agence de réglementation Français. Tous les représentants des patients ont signé un consentement éclairé.

Ce WMIS a été utilisé pour la première fois dans le cadre d'une étude clinique en 2012 pour la surveillance contrôlée et à domicile des mouvements des membres supérieurs chez les patients atteints...

Discussion

Au cours de la dernière décennie, un certain nombre de systèmes différents ont été développés, comme un moniteur d'activité (Tableaudes matériaux [IV]), qui utilise des capteurs accléérométriques pour surveiller les activités de la vie quotidienne pour la quantification des dépenses énergétiques¹³. Un accéléromètre triaxial (Tableaudes matériaux [V]) a été utilisé par Tanaka et coll.¹⁴ pour surveiller l'activité des...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
ActiMyo Sensors	Sysnav	SF-000080	Wearable magneto-inertal sensors attached to the patient for movment recording
Helen Hayes marker set	Vicon	NA	Whole body jumpsuit with predefined Vicon's spots
OrthoTrak (Motion Analysis, Santa Rosa, CA, USA)	Motion Lab Systems		Gait analysis software
ActiGraph	ActiGraph Corp	GTM1	Activity monitor, used by researchers to capture and record continuous, high resolution physical activity and sleep/wake information
ActivTracer GMS LTD	GMS Co. Ltd Japan	AC-301A	Triaxial accelerometer
ADXL202E dual-accelerometer	Analog Devices	ADXL212AEZ	High precision, low power, complete dual axis accelerometer with signal conditioned, duty cycle modulated outputs, all on a single monolithic IC.
ENC-03J gyroscope	Murata Electronics	ENC-03J	Vibration Sensors
DynaPort MiniMod	MCROBERTS		Small and light case containing a tri-axial accelerometer, a rechargeable battery, an USB connection, and raw data storage on a MicroSD card
MM-2860 Sunhayato	Sunhayato	MM-2860	3-axis accelerometer
MicroStone MA3-10Ac	MA3-04AC	Microstone Co.	Acceleration sensors
RT3 Activity monitor	Abledata	NA	Triaxial accelerometer
Aparito	aparito	NA	Wearables and disease specific mobile apps to deliver patient monitoring outside of the hospital; Elin Davies, Aparito: https://www.aparito.com/
Docking station	Sysnav	SF-000118
Sensor	Sysnav	SF-000080
Bracelet (black/grey L) (black/grey S) (black/yellow L) (black/yellow S)	Sysnav	ZZ-000093 ZZ-000094 ZZ-000247 ZZ-000248
Patient manual	Sysnav	FD-000086
Ethernet cable (2 m max.)	Sysnav	IC-000458
Power cable (EU) (UK) (US)	Sysnav	ZE-000440 ZE-000441 ZE-000442
Power supply unit	Sysnav	ZE-000443
Ankle strap	Sysnav	ZZ-000462
Small bag	Sysnav	ZZ-000033