מביאים את המרפאה הביתה: מערכת אקולוגית ביתית רב-מודאלית לאיסוף נתונים לתמיכה בגירוי מוחי עמוק אדפטיבי

Summary

הפרוטוקול מציג אב טיפוס של פלטפורמת איסוף נתונים רב-מודאלית ביתית התומכת במחקר הממטב גירוי מוחי עמוק אדפטיבי (aDBS) עבור אנשים עם הפרעות תנועה נוירולוגיות. כמו כן, אנו מציגים ממצאים מרכזיים מפריסת הפלטפורמה במשך למעלה משנה לביתו של אדם עם מחלת פרקינסון.

Abstract

גירוי מוחי עמוק אדפטיבי (aDBS) מראה הבטחה לשיפור הטיפול בהפרעות נוירולוגיות כגון מחלת פרקינסון (PD). aDBS משתמש בסמנים ביולוגיים הקשורים לתסמינים כדי להתאים את פרמטרי הגירוי בזמן אמת כדי להתמקד בסימפטומים בצורה מדויקת יותר. כדי לאפשר התאמות דינמיות אלה, יש לקבוע פרמטרים עבור אלגוריתם aDBS עבור כל מטופל בנפרד. זה דורש כוונון ידני גוזל זמן על ידי חוקרים קליניים, מה שמקשה על מציאת תצורה אופטימלית עבור מטופל בודד או קנה מידה לחולים רבים. יתר על כן, היעילות ארוכת הטווח של אלגוריתמי aDBS המוגדרים במרפאה בזמן שהמטופל בבית נותרה שאלה פתוחה. כדי ליישם טיפול זה בקנה מידה גדול, יש צורך במתודולוגיה להגדרה אוטומטית של פרמטרים של אלגוריתם aDBS תוך ניטור מרחוק של תוצאות הטיפול. במאמר זה, אנו חולקים תכנון עבור פלטפורמת איסוף נתונים ביתית כדי לעזור לשטח לטפל בשתי הבעיות. הפלטפורמה מורכבת מאקוסיסטם משולב של חומרה ותוכנה שהוא קוד פתוח ומאפשר איסוף ביתי של נתוני וידאו עצביים, אינרציאליים ומרובי מצלמות. כדי להבטיח פרטיות עבור נתונים הניתנים לזיהוי מטופלים, הפלטפורמה מצפינה ומעבירה נתונים באמצעות רשת וירטואלית פרטית. השיטות כוללות יישור זמן של זרמי נתונים וחילוץ הערכות תנוחה מהקלטות וידאו. כדי להדגים את השימוש במערכת זו, פרסנו פלטפורמה זו בביתו של אדם עם פרקינסון ואספנו נתונים במהלך משימות קליניות בהדרכה עצמית ותקופות של התנהגות חופשית במשך שנה וחצי. הנתונים נרשמו באמפליטודות גירוי תת-טיפוליות, טיפוליות ועל-טיפוליות כדי להעריך את חומרת הסימפטומים המוטוריים בתנאים טיפוליים שונים. נתונים אלה המותאמים בזמן מראים כי הפלטפורמה מסוגלת לאיסוף נתונים רב-מודאלי מסונכרן בבית לצורך הערכה טיפולית. ארכיטקטורת מערכת זו עשויה לשמש לתמיכה במחקר aDBS אוטומטי, לאיסוף מערכי נתונים חדשים ולחקר ההשפעות ארוכות הטווח של טיפול DBS מחוץ למרפאה עבור אלה הסובלים מהפרעות נוירולוגיות.

Introduction

גירוי מוחי עמוק (DBS) מטפל בהפרעות נוירולוגיות כגון מחלת פרקינסון (PD) על ידי העברת זרם חשמלי ישירות לאזורים ספציפיים במוח. ישנם כ-8.5 מיליון מקרים של פרקינסון ברחבי העולם, ו-DBS הוכיח את עצמו כטיפול קריטי כאשר התרופות אינן מספיקות לניהול תסמינים ^1,2. עם זאת, יעילות DBS יכולה להיות מוגבלת על ידי תופעות לוואי המתרחשות לעיתים מגירוי המועבר באופן קונבנציונלי באמפליטודה קבועה, תדירות ורוחב דופק³. יישום לולאה פתוחה זה אינו מגיב לתנודות במצב התסמינים, וכתוצאה מכך הגדרות גירוי שאינן מותאמות כראוי לצרכים המשתנים של המטופל. DBS מעוכב עוד יותר על ידי התהליך הגוזל זמן של כוונון פרמטרים לגירוי, אשר....

Protocol

חולים נרשמים באמצעות מחקר גדול יותר IRB ו IDE מאושר לתוך aDBS באוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו, פרוטוקול # G180097⁵. המטופל שנרשם למחקר זה סיפק גם הסכמה מדעת במיוחד למחקר זה.

1. רכיבי מערכת ביתיים

1. שרת מרכזי ו-VPN
   1. רכוש מחשב אישי (PC) המריץ מערכת הפעלה מבוסס?.......

Discussion

אנו חולקים את התכנון של אב טיפוס ביתי של פלטפורמת איסוף נתונים רב-מודאלית לתמיכה במחקר עתידי במחקר נוירומודולציה. העיצוב הוא קוד פתוח ומודולרי, כך שניתן להחליף כל פיסת חומרה, וניתן לעדכן או לשנות כל רכיב תוכנה מבלי שהפלטפורמה הכוללת תקרוס. בעוד שהשיטות לאיסוף וביטול זיהוי של נתונים עצביים.......

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