클리닉을 집으로 가져오다: 적응형 뇌심부 자극을 지원하는 재택 다중 모드 데이터 수집 에코시스템

요약

이 프로토콜은 신경 운동 장애가 있는 사람들을 위한 적응형 뇌심부 자극(aDBS)을 최적화하는 연구를 지원하는 재택 다중 모드 데이터 수집 플랫폼의 프로토타입을 보여줍니다. 또한 파킨슨병을 앓고 있는 개인의 집에 1년 넘게 플랫폼을 배포한 주요 결과를 제시합니다.

초록

적응형 뇌심부자극술(aDBS)은 파킨슨병(PD)과 같은 신경 질환 치료를 개선할 수 있는 가능성을 보여줍니다. aDBS는 증상 관련 바이오마커를 사용하여 실시간으로 자극 파라미터를 조정하여 증상을 보다 정확하게 표적화합니다. 이러한 동적 조정을 활성화하려면 각 개별 환자에 대해 aDBS 알고리즘에 대한 매개변수를 결정해야 합니다. 이를 위해서는 임상 연구원의 시간 소모적인 수동 조정이 필요하므로 단일 환자에 대한 최적의 구성을 찾거나 여러 환자로 확장하기가 어렵습니다. 또한, 환자가 집에 있는 동안 원내에서 구성된 aDBS 알고리즘의 장기적인 효과는 여전히 미해결 과제로 남아 있습니다. 이 치료법을 대규모로 구현하려면 치료 결과를 원격으로 모니터링하면서 aDBS 알고리즘 매개변수를 자동으로 구성하는 방법론이 필요합니다. 이 백서에서는 현장에서 두 가지 문제를 모두 해결하는 데 도움이 되는 재택 데이터 수집 플랫폼 설계를 공유합니다. 이 플랫폼은 오픈 소스인 통합 하드웨어 및 소프트웨어 에코시스템으로 구성되어 있으며 신경, 관성 및 다중 카메라 비디오 데이터를 집에서 수집할 수 있습니다. 환자 식별 데이터의 개인 정보 보호를 보장하기 위해 플랫폼은 가상 사설망을 통해 데이터를 암호화하고 전송합니다. 이 방법에는 데이터 스트림의 시간을 정렬하고 비디오 녹화에서 포즈 추정치를 추출하는 것이 포함됩니다. 이 시스템의 사용을 시연하기 위해 이 플랫폼을 복막투석 환자의 집에 배포하고 1.5년 동안 자기 주도적 임상 작업과 자유로운 행동 기간 동안 데이터를 수집했습니다. 데이터는 다양한 치료 조건에서 운동 증상의 중증도를 평가하기 위해 하위 치료, 치료 및 초치료 자극 진폭에서 기록되었습니다. 이러한 시간 정렬 데이터는 플랫폼이 치료 평가를 위해 재택 다중 모드 데이터 수집을 동기화할 수 있음을 보여줍니다. 이 시스템 아키텍처는 자동화된 aDBS 연구를 지원하고, 새로운 데이터 세트를 수집하고, 신경 장애를 앓고 있는 사람들을 위한 병원 밖에서 DBS 치료의 장기적인 효과를 연구하는 데 사용될 수 있습니다.

서문

뇌심부자극술(DBS)은 뇌의 특정 부위에 직접 전류를 전달하여 파킨슨병(PD)과 같은 신경계 질환을 치료합니다. 전 세계적으로 약 850만 명의 PD 환자가 있는 것으로 추정되며, DBS는 약물 치료가 증상 관리에 충분하지 않을 때 중요한 치료법임이 입증되었습니다 ^1,2. 그러나, DBS의 효과는 고정된 진폭, 주파수 및^{펄스 폭}3에서 일반적으로 전달되는 자극으로 인해 때때로 발생하는 부작용에 의해 제한될 수 있다. 이 개방 루프 구현은 증상 상태의 변동에 반응하지 않아 환자의 변화하는 요구에 적절하게 일치하지 않는 자극 설정이 발생합니다. DBS는 현재 임상의가 각 개별 환자에 대해 수동으로 수행하는 자극 매개변수를 조정하는 시간 소모적인 프로세스로 인해 더욱 방해를 받습니다.

적응형 DBS(aDBS)는 증상 관련 바이오마커가 검출될 때마다 실시간으로 자극 매개변수를 조정하여 DBS의 효과적인 다음 반복으로 입증된 폐쇄 루프 접근 방식입니다 ^3,4,5.

프로토콜

환자는 University of California, San Francisco, 프로토콜 # G180097⁵의 aDBS에 대한 대규모 IRB 및 IDE 승인 연구를 통해 등록됩니다. 이 연구에 등록된 환자는 이 연구를 위해 특별히 정보에 입각한 동의를 추가로 제공했습니다.

1. 재택 시스템 구성 요소

1. 중앙 서버 및 VPN
   1. VPN 서비스 전용 Linux 기반 운영 체제(OS)를 실행하는 개인용 컴퓨터(PC)를 구입합니다. 기계를 안전한 방에 보관하십시오. 디스크는 데이터 보안을 보장하기 위해 시스템을 암호화합니다.
   2. 하나 이상의 포트에서 공개적으로 액세스할 수 있도록 VPN 서버를 구성합니다.
      참고: 이 경우 IT 부서와 협력하여 대학의 DNS 호스팅 옵션을 통해 서버에 외부 연결 고정 IP 주소와 사용자 지정 URL을 제공함으로써 이 작업을 수행했습니다.
   3. 서버 설치의 경우 VPN을 제공하기 위해 선택한 PC에서 다음 단계를 한 번 완료하십시오.
      1. 방화벽 구성: PC 터미널에서 다음 명령을 실행하여 복잡하지 않은 방화벽을 설치하고 구성합니다.
         sudo apt 설치 ufw

토론

우리는 신경 조절 연구의 미래 연구를 지원하기 위해 다중 모드 데이터 수집 플랫폼의 가정용 프로토타입 설계를 공유합니다. 설계는 오픈 소스이며 모듈식이므로 모든 하드웨어를 교체할 수 있으며 전체 플랫폼이 무너지지 않고 모든 소프트웨어 구성 요소를 업데이트하거나 변경할 수 있습니다. 신경 데이터를 수집하고 비식별화하는 방법은 선택한 INS에 따라 다르지만, 나머지 방법과 행동 데?.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Analysis RCS Data Processing	OpenMind		https://github.com/openmind-consortium/Analysis-rcs-data, open-source
Apple Watches	Apple, Inc		Use 2 watches for each patient, one on each wrist
BRIO ULTRA HD PRO BUSINESS WEBCAM	Logitech	960-001105	Used 3 in our platform design
DaVinci Resolve video editing software	DaVinci Resolve		used to support camera calibration
Dell XPS PC	Dell		2T hard disk drive, 500GB SSD
Dropbox	Dropbox
ffmpeg	N/A		open-source, install to run the Video Recording App
Gooseneck mounts for webcams	N/A
GPU	Nvidia		A minimum of 8GB GPU memory is recommended to run OpenPose, 12GB is ideal
Java 11	Oracle		Install to run the Video Recording App
Microsoft Surface tablet	Microsoft
NoMachine	NoMachine		Ideal when using a Linux OS, open-source
OpenPose	N/A		open-source
Rclone file transfer program	Rclone		Encrypts data and copies or moves data to offsite storage, open-source
StrivePD app	RuneLabs		We installed the app on the Apple Watches to start recordings and upload data to an online portal.
Summit RC+S neuromodulation system	Medtronic		For investigational use only
touchscreen-compatible monitor	N/A
Video for Linux 2 API	The Linux Kernel		Install if using a Linux OS for video recording
Wasabi	Wasabi		Longterm cloud data storage
WireGuard VPN Protocol	WireGuard		open-source