Monitor Home-Based para a marcha e a análise da atividade

Resumo

Este dispositivo inovativo usa sensores Magneto-inertial para permitir a análise da marcha e da atividade em ambientes descontrolados. Atualmente no processo de qualificação como uma medida de desfecho na agência médica européia, uma das aplicações será servir como um ponto de extremidade clínico em ensaios clínicos em doenças neuromusculares.

Resumo

Os resultados atuais em ensaios clínicos com distúrbios neuromusculares incluem escalas de função motora, testes cronometrados e medidas de força realizadas por avaliadores clínicos treinados. Estas medidas são ligeiramente subjetivas e são realizadas durante uma visita a uma clínica ou hospital e constituem, portanto, uma avaliação pontual. As avaliações pontuais podem ser influenciadas pela condição diária do paciente ou fatores como fadiga, motivação e doença intercorrente. Para permitir a monitoração Home-Based da marcha e da atividade, um sensor Magneto-inercial wearable (WMIS) foi desenvolvido. Este dispositivo é um monitor do movimento compor de dois muito luz relógio-como sensores e uma estação de encaixe. Cada sensor contém um acelerômetro tri-axial, giroscópio, magnetómetro e um barómetro que registram a aceleração linear, a velocidade angular, o campo magnético do movimento em todas as direções e a altitude barométrica, respectivamente. Os sensores podem ser usados no pulso, no tornozelo, ou na cadeira de rodas para gravar os movimentos do assunto durante o dia. A estação de ancoragem permite o carregamento de dados e recarga de baterias de sensor durante a noite. Os dados são analisados usando algoritmos proprietários para calcular parâmetros representativos do tipo e intensidade do movimento realizado. Este WMIS pode registrar um conjunto de biomarcadores digitais, incluindo variáveis cumulativas, como o número total de metros caminharam, e variáveis descritivas da marcha, como a porcentagem do passo mais rápido ou mais longo que representa o desempenho superior do paciente ao longo de um período de tempo predefinido.

Introdução

Um número de terapias potenciais está no desenvolvimento para o tratamento de doenças neuromusculares genéticas. Estas doenças incluem distrofia muscular de Duchenne (DMD) e atrofia muscular espinhal (SMA) tipo 3. Os indivíduos com estas doenças apresentam inicialmente com fraqueza proximal do membro mais baixo que conduz às dificuldades progressivas na deambulação. A etapa final na pesquisa translacional é a demonstração da eficácia de um tratamento ou de uma aproximação potencial em um ensaio clínico. São necessárias medidas específicas, quantificáveis, objetivas e fiáveis. A importância de tais medidas foi enfatizada recentemente pelo fracasso do ensaio de fase IIb atalureno¹ e do ensaio de fase III BioMarin². Uma das prováveis explicações para essas falhas foi a variabilidade e a evolução não linear da medida de desfecho primário desses ensaios, o teste de caminhada de 6 minutos³ (6 MWT). O aumento da confiabilidade e da sensibilidade à mudança das medidas de desfecho e a compreensão dos fatores que levaram à sua variação podem contribuir para diminuir o número de falhas de avaliação relacionadas às principais medidas de desfecho.

Uma das limitações dos resultados atuais é a subjetividade da avaliação. Para aumentar ainda mais a objetividade das avaliações, Heberer et al.⁴ mostraram que, por meio de um conjunto de marcadores e do uso de um software de análise da marcha, houve um aumento significativo no comprimento da passada em pacientes tratados com esteroides em comparação com o grupo ingênuo. A cinética articular do quadril são marcadores precoces de fraqueza proximal em pacientes com DMD e são responsivas à mudança com a intervenção esteróide, que é o único tratamento disponível para esses pacientes. Os laboratórios de marcha estão, no entanto, disponíveis apenas em grandes clínicas. Além disso, as avaliações laboratoriais são avaliações pontuais, e a condição de um paciente pode variar muito em uma base do dia a dia devido a fatores como fadiga, motivação e doença intercorrente.

A utilização de medições contínuas e em casa deve atingir uma avaliação mais objetiva e mais representativa do mundo. Noutros domínios da Neurologia, por exemplo, Parkinson⁵ ou esclerose múltipla⁶, vários estudos avaliaram a viabilidade, fiabilidade e consistência com outras medidas de diferentes sensores, incluindo acelerômetros com ou sem girómetros ou magnetometers, contudo nenhuns destes dispositivos são atualmente um padrão de ouro para a avaliação dos pacientes durante testes clínicos. No campo das doenças neuromusculares, não há atualmente nenhum método validado para o monitoramento domiciliar contínuo dos pacientes. Nos últimos anos, através de uma estreita colaboração entre clínicos e engenheiros, o Instituto de Miologia em Paris desenvolveu vários dispositivos para avaliação de membros superiores para avaliar com precisão a força e a função dos membros superiores^{7,8 , 9}. um wearable Magneto-inercial sensor (WMIS; ou seja, ActiMyo) foi desenvolvido em colaboração com uma empresa especializada em sistemas de navegação. Inicialmente^{, um}dispositivo de monitorização dedicado a indivíduos não ambulantes com distúrbios neuromusculares como DMD e sma^10,11, o mesmo dispositivo tem sido agora utilizado para monitorizar doentes ambulantes em duas diferentes configurações: sensores em ambos os tornozelos ou um sensor no pulso e o outro no tornozelo. A configuração para uma população não-ambulante é compor de um sensor na cadeira de rodas e no outro no pulso.

Este WMIS pode precisamente capturar e quantificar todos os movimentos do membro em que é coloc. O princípio de medição baseia-se no uso de sensores inerciais do sistema microeletromecânico (MEMS) e de magnetometros operados através de equações Magneto-inerciais. Algoritmos dedicados permitem a qualificação precisa e quantificação dos movimentos dos pacientes em um ambiente não controlado.

O objetivo geral do método é fornecer identificação e quantificação de qualquer movimento produzido por um paciente durante um período de tempo pré-definido, e integrar essas medidas em medidas de desfecho específicas da doença representativas do paciente condição durante um período de tempo.

Para avaliar efetivamente pacientes ambulantes e não ambulantes com distúrbios de movimento em casa, o dispositivo deve ser fornecido ao paciente por um avaliador treinado que é responsável por certificar-se de que as instruções foram compreendidas. Um investigador e um manual do paciente são fornecidos com o dispositivo. Este WMIS está sendo usado atualmente como uma medida exploratória do resultado em um número de ensaios clínicos para doenças neuromusculares e neurológicas (NCT03351270, NCT02780492, NCT01385917, NCT03039686, NCT03368742, NCT02500381). Foram desenvolvidos procedimentos específicos adaptados à patologia e/ou ao experimento clínico.

Protocolo

Qualquer uso do dispositivo deve ser realizado de acordo com as regras estabelecidas pelo protocolo de referência, validado pelo Comitê de ética e pelas agências reguladoras nacionais do país. O uso do dispositivo e os vários elementos anexados a ele devem ser feitos dentro do uso pretendido descrito no manual do paciente.

Nota: para ser elegível ao uso do WMIS, o paciente deve ter mais de 5 anos de idade, ser capaz de entender e seguir as regras de uso, fornecer o consentimento informado, ser afiliado ou beneficiário de um regime de segurança social, e ser capaz de cumprir com todos os requisitos de protocolo. Não existem critérios de exclusão específicos.

1. preparação para a visita do participante no centro clínico

1. Verifique o conteúdo da mala: (1) a estação de ancoragem para ligar os sensores durante a noite para o carregamento de dados para uma chave USB e recarga de baterias, (2) o cabo de alimentação dividido em duas partes para conectar a estação de ancoragem a uma fonte de alimentação, (3) o cabo Ethernet para permita a relação com um roteador, (4) os dois sensores para permitir a gravação diária da atividade, (5) faixas para o acessório dos sensores segundo a configuração escolhida e o status ambulatório do participante (tornozelo-tornozelo: duas braçadeiras do tornozelo com duas etiquetas a distinguir o lado vestindo; tornozelo-pulso: uma braçadeira do tornozelo e uma pulseira; pulso-cadeira de rodas: um bracelete e um bolso de cadeira de rodas), (6) um manual do participante e um manual do investigador, (7) um lembrete da tarefa, (8) uma chave de fenda para permitir a recolocação da chave do USB, e (9) duas chaves em branco do USB.
   Observação: se uma conexão com a Internet estiver disponível a transferência de dados ocorre automaticamente
2. Imprima e prepare o formulário de atribuição para registrar a atribuição de um dispositivo a um participante. Isso permitirá a reconciliação de dados com o ID do assunto.

2. formação do sujeito durante a primeira visita

1. Posicionamento deste WMIS
   1. Com base nos dados que os pesquisadores buscam, bem como o estado ambulatorial do paciente, utilizam diferentes configurações para a colocação dos sensores.
      1. Para pacientes ambulantes, fixar os dois sensores em um pulso e um tornozelo para a gravação de atividade do membro superior e inferior ou em ambos os tornozelos para a atividade de membros inferiores apenas.
      2. Para pacientes não ambulantes, fixar um sensor no pulso e outro na cadeira de rodas.
2. Explique o posicionamento dos sensores ao participante.
   1. Para os participantes ambulantes, fixar os dois sensores, quer em um pulso e um tornozelo ou em ambos os tornozelos.
      1. Para a configuração do pulso-tornozelo, coloc um sensor no pulso da mão dominante usando a pulseira fornecida de modo que as ondas estejam apontando para os dedos. Coloc o segundo sensor no tornozelo, no mesmo lado que o sensor do pulso, acima do maléolo externo com as ondas que apontam na direção para diante.
         Nota: o sensor deve ser colocado em cima do pulso.
      2. Para a configuração tornozelo-tornozelo, coloque um sensor em cada tornozelo, acima do maléolo externo com as ondas apontando na direção para a frente.
         Nota: os adesivos devem ser colocados nos sensores para indicar o lado de uso.
   2. Para os participantes não ambulantes, fixe um sensor no pulso e o outro na cadeira de rodas.
      1. Para a configuração do pulso-cadeira de rodas, coloque um sensor no pulso da mão dominante do participante usando a pulseira fornecida para que as ondas estão apontando para os dedos. Coloque o segundo sensor no saco fornecido. Coloque-o em um lugar seguro para a cadeira de rodas.
         Nota: independentemente da configuração usada, não alterne os sensores ao redor. Os sensores devem caber snuggly, mas não demasiado firmemente ao pulso e/ou ao tornozelo para impedi-los de girar ao redor.
3. Explique a rotina diária para uso dos sensores para o participante.
   1. Rotina da noite
      1. Ligue a estação de ancoragem à fonte de alimentação. Ligue a estação de ancoragem ao router se estiver disponível uma ligação à Internet. Insira os sensores na estação de ancoragem.
      2. Localize os dois diodos emissores de luz (LEDs) na estação de ancoragem que indicam o estado dos sensores. Uma vez conectado a uma fonte de alimentação, certifique-se de que a estação emite um sinal sonoro e os diodos se tornem laranja para indicar que as baterias do sensor estão carregando, e que os dados estão sendo baixados dos sensores para a unidade USB.
         Nota: se os LEDS ainda estiverem piscando após 5 min, reinicie o procedimento desde o início. Se o problema persistir, entre em contato com a equipe do site clínico.
   2. Rotina matinal
      1. Verifique se os LEDs estão verdes, indicando que as baterias dos sensores estão totalmente carregadas e que os dados foram apagados da memória dos sensores. Retire os sensores da estação de ancoragem. Use os sensores na configuração demonstrada pelo avaliador.
         Nota: se o LED em um ou ambos os sensores for laranja após dois dias consecutivos, entre em contato com o centro clínico.
   3. Rotina diurna
      1. Use os sensores o dia inteiro e coloque os sensores de volta na estação de ancoragem no final do dia.
         Nota: Retire os sensores durante as atividades que envolvem água, exames médicos especiais (por exemplo, ressonância magnética [RM], TC-Scan, raio-X) ou qualquer atividade que possa danificá-los, e mantê-los em um lugar seguro em uma superfície firme. Retomar o uso dos sensores após a atividade.
   4. No final do período de gravação, arrumar todos os itens do dispositivo na mala e trazer de volta o dispositivo para o centro clínico.
      Nota: incentive o participante a se envolver em atividades diárias normais, vestindo tanto quanto possível os sensores.
4. Preencha um formulário de atribuição dedicado.

3. coleta e análise de dados

1. Coleta de dados
   Nota: os sensores registram sinais continuamente por até 16 h e armazenam as informações em uma memória interna (filme 1). A estação de ancoragem permite o descarregamento de dados armazenados nos sensores no final de cada dia e o carregamento das baterias durante a noite. Os dados transferidos para a estação de ancoragem são armazenados numa unidade USB que só pode ser acedida pelos avaliadores.
   1. Uma unidade USB padrão de 64 GB pode conter até 3 meses de informações de gravação diárias (aproximadamente 16 h/dia). Forneça unidades USB de maior ou menor capacidade para ajustar o mais próximo possível das restrições dos protocolos.
   2. Se a estação de ancoragem não estiver conectada à Internet, o avaliador removerá a unidade USB da estação de ancoragem (com a chave de fenda específica contida na mala) e a substituirá por uma em branco no final do período de gravação. A unidade USB deve ser enviada para a equipe de suporte para análise.
      Observação: se a estação de encaixe estiver conectada à Internet, os dados serão carregados no armazenamento em nuvem. Assim, não há necessidade de alterar a unidade USB, pois todos os dados são automaticamente apagados da unidade USB, uma vez que os arquivos são carregados para a nuvem.
2. Análise de dados
   1. Em pontos de tempo selecionados durante o estudo, extraia dados do armazenamento em nuvem e analise dados usando um algoritmo dedicado. Ajustar os períodos de análise e os relatórios de monitorização com base no estudo clínico.

Resultados

Os dados aqui apresentados foram adquiridos durante os ensaios clínicos aprovados pelo Comité de ética e pela agência reguladora francesa. Todos os representantes dos pacientes assinaram um consentimento informado.

Este WMIS foi usado primeiramente em um ajuste do estudo clínico em 2012 para a monitoração controlada e Home-Based de movimentos do alto-membro em pacientes não-ambulantes de DMD (NCT01611597), que demonstrou...

Discussão

Na última década, vários sistemas diferentes foram desenvolvidos, como um monitor de atividade (tabela de materiais [IV]), que utiliza sensores acelerométricos para monitorar as atividades do cotidiano para a quantificação do gasto energético¹³. Um acelerômetro triaxial (tabela de materiais [V]) foi utilizado por Tanaka et al.¹⁴ para monitorar a atividade de crianças pré-escolares. Lau et al.¹⁵ mostraram at...

Materiais

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