De kliniek thuis brengen: een multimodaal ecosysteem voor gegevensverzameling thuis ter ondersteuning van adaptieve diepe hersenstimulatie

Summary

Het protocol toont een prototype van het multimodale gegevensverzamelingsplatform voor thuis dat onderzoek ondersteunt bij het optimaliseren van adaptieve diepe hersenstimulatie (aDBS) voor mensen met neurologische bewegingsstoornissen. We presenteren ook de belangrijkste bevindingen van het meer dan een jaar inzetten van het platform in het huis van een persoon met de ziekte van Parkinson.

Abstract

Adaptieve diepe hersenstimulatie (aDBS) is veelbelovend voor het verbeteren van de behandeling van neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson (PD). aDBS maakt gebruik van symptoomgerelateerde biomarkers om stimulatieparameters in realtime aan te passen om de symptomen nauwkeuriger aan te pakken. Om deze dynamische aanpassingen mogelijk te maken, moeten voor elke individuele patiënt parameters voor een aDBS-algoritme worden bepaald. Dit vereist tijdrovende handmatige afstemming door klinische onderzoekers, waardoor het moeilijk is om een optimale configuratie te vinden voor een enkele patiënt of om op te schalen naar veel patiënten. Bovendien blijft de effectiviteit op lange termijn van aDBS-algoritmen die in de kliniek worden geconfigureerd terwijl de patiënt thuis is, een open vraag. Om deze therapie op grote schaal te implementeren, is een methodologie nodig om automatisch aDBS-algoritmeparameters te configureren en tegelijkertijd de therapieresultaten op afstand te monitoren. In dit artikel delen we een ontwerp voor een platform voor gegevensverzameling thuis om het veld te helpen beide problemen aan te pakken. Het platform bestaat uit een geïntegreerd hardware- en software-ecosysteem dat open-source is en het mogelijk maakt om thuis neurale, traagheids- en multicamera-videogegevens te verzamelen. Om de privacy van patiëntidentificeerbare gegevens te waarborgen, versleutelt en draagt het platform gegevens over via een virtueel particulier netwerk. De methoden omvatten het op elkaar afstemmen van datastromen in de tijd en het extraheren van pose-schattingen uit video-opnamen. Om het gebruik van dit systeem te demonstreren, hebben we dit platform ingezet bij een persoon met PD thuis en gegevens verzameld tijdens zelfgeleide klinische taken en perioden van vrij gedrag in de loop van 1,5 jaar. Gegevens werden geregistreerd bij subtherapeutische, therapeutische en supratherapeutische stimulatieamplitudes om de ernst van motorische symptomen onder verschillende therapeutische omstandigheden te evalueren. Deze op de tijd afgestemde gegevens tonen aan dat het platform in staat is om thuis multimodale gegevensverzameling te synchroniseren voor therapeutische evaluatie. Deze systeemarchitectuur kan worden gebruikt om geautomatiseerd aDBS-onderzoek te ondersteunen, om nieuwe datasets te verzamelen en om de langetermijneffecten van DBS-therapie buiten de kliniek te bestuderen voor mensen die lijden aan neurologische aandoeningen.

Introduction

Diepe hersenstimulatie (DBS) behandelt neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson (PD) door elektrische stroom rechtstreeks aan specifieke delen van de hersenen te leveren. Er zijn wereldwijd naar schatting 8,5 miljoen gevallen van PD en DBS is een cruciale therapie gebleken wanneer medicatie onvoldoende is om de symptomen onder controle te houden ^1,2. De effectiviteit van DBS kan echter worden beperkt door bijwerkingen die soms optreden bij stimulatie die conventioneel wordt toegediend met een vaste amplitude, frequentie en^pulsbreedte3. Deze open-loop implementatie reagee....

Protocol

Patiënten worden ingeschreven via een grotere IRB- en IDE-goedgekeurde studie naar de aDBS aan de Universiteit van Californië, San Francisco, protocol # G180097⁵. De patiënt die aan dit onderzoek deelnam, gaf bovendien specifiek voor dit onderzoek geïnformeerde toestemming.

1. Systeemcomponenten voor thuis

1. Centrale server en VPN
   1. Schaf een pc aan met een op Linux gebaseerd besturingssysteem (OS) dat speciaal is bedoeld voor het bedienen van een VPN. Plaats de machine in een beveiligde ruimte. Schijf versleutelt de machine om de gegevensbeveiliging te garanderen.
   2. Configureer....

Discussion

We delen het ontwerp voor een thuisprototype van een multimodaal gegevensverzamelingsplatform ter ondersteuning van toekomstig onderzoek naar neuromodulatieonderzoek. Het ontwerp is open-source en modulair, zodat elk stuk hardware kan worden vervangen en elk softwareonderdeel kan worden bijgewerkt of gewijzigd zonder dat het algehele platform instort. Hoewel de methoden voor het verzamelen en de-identificeren van neurale gegevens specifiek zijn voor de geselecteerde INS, zijn de overige methoden en de algemene benadering.......

Materials

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