CN108778121A - 基于动力学数据评估als病情进展 - Google Patents

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Abstract

公开了用于通过采用至少一个运动传感器，一个存储器和一个处理器来评估神经病症的方法和***，其中所述运动传感器被配置为附接到身体附肢；所述存储器则与传感器相关联以在规定的锻炼时段期间周期性地记录运动数据；所述处理器用于分析运动数据随时间的变化以评估神经病症的进展。在一个实施例中，所述神经病症是ALS，且采用至少4个运动传感器，使得患者的每只手臂和每条腿都带有相关联的传感器。传感器可以是加速度计，其在规定的锻炼时段期间测量相关肢体的位移、速度和加速度。例如，患者重复一系列肢体抬升练习的能力的变化或与该练习的进行有关的肢体震颤的测量可以与标准相关联，并且还可以将其进行分析以对患者ALS的阶段进行分类和/或预测进展速度。

Description

基于动力学数据评估ALS病情进展
技术领域
本发明涉及神经疾病的治疗，尤其涉及神经变性疾病，例如肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)的诊断和治疗。
背景技术
ALS是一种进行性神经疾病，其特征在于由于脊柱和脑中的运动神经元退化引起的肌纤维萎缩。ALS影响约30,000名美国公民，其中只有约10％的病例被归类为家族性ALS。在代谢酶超氧化物歧化酶1(SOD1)突变的家族性患者的子集中，病理进展可归因于与酶的突变形式相关的未知功能获得，即依赖于SOD1。然而，在大多数ALS病例中，SOD1基因不含突变，SOD1酶的活性是正常的，并且疾病病理学的机制是未知的，即不依赖于SOD1。因此，剩下的90％的ALS病例被归类为散发性病例，没有充分表征的遗传成分或致病因子。
尽管ALS的特征是脊髓中运动神经元的丧失导致肌肉萎缩，但该疾病也表现为轴突运输、蛋白质聚集、兴奋性毒性、星形细胞增生、线粒体功能障碍、小胶质细胞激活和突触重塑的变化。已经充分描述了小胶质细胞激活、星形细胞增生和来自中枢神经***外的浸润性炎性细胞的存在。在ALS患者的脊髓中积累了IgG免疫反应性沉积物，淋巴细胞、树突状细胞、单核细胞和巨噬细胞浸润到ALS中的脊髓中。
尽管目前ALS不可避免地是进行性的，但是进展速度和预期寿命长短之间存在相当大的差异。目前，超过一半被诊断患有ALS的患者将存活三年或更长时间，20％的患者存活至少5年，多达10％的患者存活10年或更长时间。
确定个体患者处于ALS病程的哪一个阶段可能是困难的，并且在某种程度上这种确定是主观的。ALS进展的一个主要衡量手段依赖于使用ALS功能评定量表(ALSFRS)调查问卷进行的自我评估，其中数字越高表示生理状态越好。ALSFRS形式由12个问题构成，每个问题得分0至4分，说明了患者执行某些动作的能力，例如上肢功能、下肢功能、吞咽和说话功能、喂食管的使用以及呼吸辅助的需求。
需要能够以比自我评估问卷更加定量的方式评估患者的ALS的方法和***
发明内容
公开了用于通过采用至少一个，优选多个运动传感器，一个存储器和一个处理器来评估神经病症的方法和***，其中每个运动传感器被配置为附接到不同的身体附肢；所述存储器则与传感器相关联，以在规定的锻炼时段期间周期性地记录运动数据；所述处理器用于分析运动数据随时间的变化，以评估神经病症的进展。在一个实施例中，所述神经病症是ALS，且采用至少4个运动传感器，使得患者的每只手臂和每条腿都带有相关联的传感器。传感器可以是加速度计，其在规定的锻炼时段期间测量相关肢体的位移、速度和加速度。例如，患者重复一系列肢体抬升练习的能力的变化或与该练习的进行有关的肢体震颤的测量可以与基准值和/或标准化值相关联，并且还可以将其进行分析以对病人的ALS的阶段进行分类和/或预测进展速度。
在本发明的一个方面，公开了用于评估ALS进展的***，该***可以包括至少一个第一加速度计和一个处理器，其中第一加速度计可附接到患者的第一肢体并且被配置为测量第一运动数据，第一运动数据包括在规定运动期间第一肢体的加速度，而处理器用于分析运动数据随时间的变化以评估患者ALS的进展。
该***还可包括一第二加速度计，该第二加速度计可附接到患者的第二肢体并且被配置为测量第二运动数据，第二运动数据包括在规定运动期间第二肢体的加速度。此外，该***可以包括一第三加速度计，该第三加速度计可附接到第三肢体并且被配置为测量第三运动数据，第三运动数据包括在规定运动期间第三肢体的加速度。该***还可包括一第四加速度计，该第四加速度计可附接到执行这些任务的第四肢体。肢体选自左臂、右臂、左腿和右腿。例如，手臂(左臂或右臂)由肩膀和手之间的任何区域组成。这包括手臂、前臂和手腕。腿由臀部和脚之间的任何区域组成。这包括大腿、小腿和脚踝。在一个优选实施例中，四个加速度计均部署在患者的每个手腕和脚踝上，以从所有四个肢体获得数据。
在某些实施例中，***的处理器通过比较一个或多个加速度矢量幅度(VM)随时间来分析运动数据，加速度矢量大小由以下等式定义：
其中x，y和z表示在x，y和z方向上测量的肢体加速度的大小。
加速度计可以集成到传感器单元中，该传感器单元包括电源(例如电池)和发射器，发射器能够通过有线连接、通过互联网、通过电话、通过蜂窝通信或任何其他合适的数据传输介质，通过例如FM/RF或者蓝牙格式无线地与处理器(或者将数据中继到远端处理器的基站)通信。传感器还可以包括一存储器，该存储器存储各种读数并实时、随后或根据预定时间表将数据(或多个数据集)上传到处理器。
在本发明的另一个方面，公开了评估患者ALS进展的方法，该方法可以包括以下步骤：将至少一个第一加速度计附接到患者的第一肢体，检测运动数据，运动数据包括在规定的锻炼时段期间一个或多个肢体的加速度，可选地将运动数据存储在与一个或多个加速度计(或与其通信的基站)相关联的存储器中，并将运动数据从加速度计或存储器输出到处理器以随时间分析运动数据，进而以评估患者ALS的进展。
该方法可以进一步包括将第二加速度计附接到患者的第二肢体，将第三加速度计附接到患者的第三肢体或将所有加速度计附接到所有四肢，并且将来自相应加速度计的数据输出到处理器以分析测量的每个肢体功能。例如，肢体选自左臂、右臂、左腿和右腿，并且在一个优选实施例中，4个加速度计均布置在患者的每个手腕和脚踝上以获得来自四肢的数据。
在某些实施例中，该方法可以包括通过比较加速度矢量幅度(VM)随时间来分析运动数据，加速度矢量幅度由前述等式定义，其中x，y和z表示在x，y和z方向上测量的肢体加速度的大小。一个或多个肢体中的平均矢量幅度的下降可以指示患者ALS的进展。
本发明的方法可以进一步包括基于测量的分数或患者功能的分析来提供治疗或姑息治疗的步骤。
附图说明
图1是来自一组说明性受试者的加速度矢量幅度测量值的图表，示出了在规定的锻炼时段期间的响应范围。
图2是来自单个受试者在每个肢体处的加速度矢量幅度测量值的图表，示出了在规定的锻炼时段期间的响应范围。
图3是来自不同受试者在每个肢体处的加速度矢量幅度测量值的图表，示出了在规定的锻炼时段期间的响应范围。
图4是在研究期间来自所有受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。
图5是在研究期间来自单个受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。
图6是在研究期间来自不同受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。
图7是在研究期间来自图6的受试者的自我报告的ALSFRS评分的图。
图8是在研究期间来自另一受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。
图9是在研究期间来自另一受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。
图10是在研究期间来自另一受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。
图11是在研究期间来自另一受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。
具体实施方式
本发明一般涉及通过采用多个运动传感器来评估神经病症的装置、***和方法。每个装置，即运动传感器，可被配置为附接不同的身体附肢。存储器可以与多个传感器相关联，以在规定的锻炼期间周期性地记录运动数据。本文描述的装置和***还可以包括处理器，用于分析运动数据随时间的变化以评估神经病症的进展。在一个实施例中，神经病症是ALS并且采用至少两个运动传感器使得患者的一只手臂或两只手臂、一条腿或两条腿或其组合具有相关联的传感器。传感器可以是加速度计，其在规定的锻炼期间测量相关肢体的位移、速度和加速度。例如，患者重复一系列肢体抬升练习的能力的变化或与该练习的进行有关的肢体震颤的测量可以与标准化值相关联，并且还可以将其进行分析以对患者ALS的阶段进行分类和/或预测进展速度。
本文使用的术语“加速度计”旨在包括能够测量相对于惯性框架的至少一个方向上的加速度(速度变化)的仪器。在某些实施例中，多轴加速度计可用于例如测量相对于三维笛卡尔坐标系(x，y和z方向)的速度变化。在某些应用中，双轴或甚至单轴测量可能就足够了。或者，可以基于非笛卡尔坐标(例如，圆柱坐标或球坐标)来测量加速度。
如本文所用，术语“肢体”或“附肢”是指手臂和/或腿。肢体选自左臂、右臂、左腿和右腿。例如，手臂(左臂或右臂)由肩膀和手之间的任何区域组成。这包括手臂、前臂和手腕。腿由臀部和脚之间的任何区域组成。这包括大腿、小腿和脚踝。
图1是示出来自一组说明性受试者的加速度矢量幅度测量值的图表，示出了在规定的锻炼时段期间的响应范围。每个条形代表个体患者的复合矢量幅度。
图2是来自单个受试者在每个肢体处的加速度矢量幅度测量值的图表，示出了在规定的锻炼时段期间的响应范围。规定的锻炼要求患者抬起和放下他们的手臂和腿的次数为每个肢体10次。
图3是来自不同受试者在每个肢体处的加速度矢量幅度测量值的图表，示出了在规定的锻炼时段期间的响应范围。可以观察到，患者难以完成锻炼方案。
图4是在长达八个月的时间内来自所有受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。(RA表示右脚踝，LA表示左脚踝，RW表示右手腕，LW表示左手腕。)规定的锻炼计划要求在每个测试日重复三次相同的锻炼。
图5是在五个月周期内来自单个受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。从该图中可以更清楚地看出，该测试包括在五个月的研究期间的四个测试日的每一个测试日重复三次相同的锻炼。在整个测试期间，该患者的得分几乎没有变化，这表明患者的ALS进展缓慢。
图6是在长达八个月的研究期间来自不同受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。同样，该测试包括在研究期间的每个测试日重复三次相同的锻炼计划。在整个测试期间，该患者的上半身得分几乎没有变化。然而，可以看到该患者的左腿和右腿的力量出现缓慢的渐进性减少。
图7是在与加速度计研究期重叠的一年期间来自图6的受试者的自我报告的ALSFRS评分的图。该患者在加速度计测试研究的整个期间自我报告了48分的满分。
图8是在六个月的研究期间来自另一受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。同样，该测试包括在研究期间的每个测试日重复三次相同的锻炼计划。在测试期间，该患者的下半身得分几乎没有变化。然而，在该患者的左臂和右臂中的力量中可以看到ALS的中度进展。
图9是在六个月的研究期间来自另一受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。同样，该测试包括在研究期间的每个测试日重复三次相同的锻炼计划。在测试期间，该患者的下半身得分几乎没有变化。然而，在该患者的左臂和右臂中的力量中可以看到ALS的较快进展。
图10是在八个月内来自另一受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。如果患者能做到的话，该测试包括在研究期间的每个测试日重复两次或三次相同的锻炼计划。下半身得分表明，在研究期之前患者的下半身力量已经明显减小。此外，在该研究期间，在该患者的左臂和右臂中的力量中可以看到ALS的明显进展。
图11是在三个月的研究期间来自另一受试者在每个肢体处的平均加速度矢量幅度测量值的图。该测试包括在研究期间的每个测试日重复两次相同的锻炼计划。该患者的整个四肢的得分都出现了快速的降低。
研究表明，动力学数据，尤其是加速度矢量幅度测量可用于评估神经疾病，特别是ALS的进展阶段和进展速度。

Claims (16)

1.一种用于评估ALS进展的***，其特征在于，所述***包括：
一第一加速度计，其可附接到患者的第一肢体并且被配置为测量第一运动数据，所述第一运动数据包括在规定的锻炼时段期间所述第一肢体的加速度；
一第二加速度计，其可附接到患者的第二肢体并且被配置为测量第二运动数据，所述第二运动数据包括在所述规定的锻炼时段期间所述第二肢体的加速度；
一存储器，其与所述加速度计相关联以记录肢体运动数据；以及
一处理器，用于随时间变化分析所述运动数据，以评估患者的ALS的进展。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述处理器通过比较加速度矢量幅度(VM)随时间来分析所述运动数据，所述加速度矢量幅度由以下等式定义：
其中x，y和z表示在x，y和z方向上测量的肢体加速度的大小。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括一第三加速度计，其可附接到患者的第三肢体并且被配置为测量第三运动数据，所述第三运动数据包括在所述规定的锻炼时段期间所述第三肢体的加速度。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，还包括一第四加速度计，其可附接到第四肢体并且被配置为测量第四运动数据，所述第四运动数据包括在所述规定的锻炼时段期间所述第四肢体的加速度。
5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述第一肢体和所述第二肢体选自左臂、右臂、左腿和右腿。
6.根据权利要求2所述的***，其特征在于，规定的锻炼时段包括腿部锻炼、手臂锻炼及其组合。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，患者坐着进行所述腿部锻炼、所述手臂锻炼或其组合。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***包括无线发射器，用于将运动数据传送到所述处理器。
9.一种评估患者ALS进展的方法，其特征在于，所述方法包括：
将第一加速度计附接到患者的第一肢体，
将第二加速度计附接到患者的第二肢体，
检测运动，所述运动包括在规定的锻炼时段期间所述第一肢体和所述第二肢体的运动，将运动数据存储在于所述加速度相关联的存储器中，以及
将所述运动数据从所述存储器输出到所述处理器以随时间分析所述运动数据，进而以评估患者ALS的进展。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述处理器通过比较加速度矢量幅度(VM)随时间来分析所述运动数据，所述加速度矢量幅度由以下等式定义：
其中x，y和z表示在x，y和z方向上测量的肢体加速度的大小。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一肢体和所述第二肢体选自左臂、右臂、左腿和右腿。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过在多个不同时间的规定锻炼期间按照顺序测量运动数据来随时间检测运动数据。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括将第三加速度计附接到患者的第三肢体。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括将第四加速度计附接到患者的第四肢体。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括检测运动数据，所述运动数据包括在所述规定的锻炼时段期间所述第三肢体和所述第四肢体的加速度。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，一个或多个肢体中的平均矢量幅度的下降指示患者ALS的进展。
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