JP2019511261A - 運動データに基づいたａｌｓの進行の測定 - Google Patents

Abstract

身体の外肢の異なる部分にそれぞれ取り付けられるように構成される、少なくとも１つのモーションセンサと、所定の運動期間中における運動データを周期的に記録するための前記センサに関連づけられたメモリと、神経学的状態を評価する目的で経時的な運動データの変化を分析するためのプロセッサーと、を使用することによって、神経学的状態を評価するための方法およびシステムが開示されている。一実施形態では、神経学的状態はＡＬＳであり、患者の各腕および各脚は、関連したセンサを有するように少なくとも４つのモーションセンサが用いられる。前記センサは、所定の運動期間中に関連する肢体の変位、速度および加速度を測定する加速度計とすることができる。例えば、一連の肢体挙上運動を反復する患者の能力の変化または前記肢体挙上運動の実施に伴う肢体の振戦測定は、標準化値と相関させることができ、さらには患者におけるＡＬＳの進行段階を分類する、および／またはＡＬＳの進行の速度を予測する目的で分析できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、神経疾患の治療に関し、特に、筋萎縮性側索硬化症（ＡＬＳ）などの神経変性疾患の診断および治療に関する。

ＡＬＳは、脊柱および脳における運動ニューロンの変性に起因する筋繊維萎縮を特徴とする進行性の神経疾患である。ＡＬＳは約３００００人の米国市民に悪影響を及ぼし、そのうち約１０％の症例のみがＡＬＳの家族性形態に分類されている。代謝酵素スーパーオキシドジスムターゼ１（ＳＯＤ１）に変異を有する家族性の患者の一部では、病態進展が、酵素の突然変異形態に関連する未知の機能獲得に起因し得うる（すなわち、ＳＯＤ１依存性である）。しかしながら、ＡＬＳ症例の大部分では、ＳＯＤ１遺伝子が突然変異を含んでおらず、ＳＯＤ１酵素の活性が正常であり、そして疾患病態のメカニズムは未知であるため、ＳＯＤ１依存性ではない。したがって、ＡＬＳ症例の残りの９０％は、十分特徴のある遺伝的成分または因果物質が一切存在しない、散発的な症例として分類される。

ＡＬＳは、脊髄における運動ニューロンの喪失により筋萎縮を引き起こすことが特徴であるが、軸索輸送、タンパク質凝集、興奮毒性、星状細胞症、ミトコンドリア機能不全、ミクログリアの活性化およびシナプスのリモデリングにおける変化も併発する。ミクログリアの活性化、星状細胞症、および中枢神経系の外部からの浸潤性炎症細胞の存在は、既に十分に報告されている。ＡＬＳ患者の脊髄内には、ＩｇＧ免疫反応性沈着物の蓄積が見受けられ、リンパ球、樹状細胞、モノサイトおよびマクロファージのＡＬＳにおける脊髄への浸潤も存在する。

現在、ＡＬＳは必然的に進行性であるが、その進行速度および平均余命の長さは、大幅に変動する。現在、ＡＬＳと診断された患者の半数以上が３年以上生存し、２０％は少なくとも５年生存し、１０％は１０年以上生存する。

個々の患者のＡＬＳの進行度を決定することは困難であり、ある程度は主観的でありうる。ＡＬＳ進行の１つの主要な尺度は、より高い数値がより良好な生理学的状態を表わすＡＬＳ機能評価尺度（ＡＬＳＦＲＳ）アンケートを用いた自己評価に依拠している。上肢機能、下肢機能、嚥下および構音機能、摂食管の使用、ならびに呼吸補助の必要性などの特定の行動を、患者が実行する能力に関係する、それぞれ０から４の点数を採点する１２の質問から、ＡＬＳＦＲＳ形式は構成されるものである。

自己評価アンケートよりも定量的に患者におけるＡＬＳを評価できる方法およびシステムが必要とされている。

身体の外肢の異なる部分にそれぞれ取り付けられるように構成される、少なくとも１つの、好ましくは複数の、モーションセンサと、所定の運動期間中における運動データを周期的に記録するための前記センサに関連づけられたメモリと、神経学的状態を評価する目的で経時的な運動データの変化を分析するためのプロセッサーと、を使用することによって、神経学的状態を評価するための方法およびシステムが開示されている。一実施形態では、神経学的状態はＡＬＳであり、患者の各腕および各脚は、関連したセンサを有するように少なくとも４つのモーションセンサが使用される。前記センサは、所定の運動期間中に関連する肢体の変位、速度および加速度を測定する加速度計とすることができる。例えば、一連の肢体挙上運動を反復する患者の能力の変化または前記肢体挙上運動の実施に伴う肢体の振戦測定は、ベースライン値および／または標準化値と相関させることができ、さらには患者におけるＡＬＳの進行段階を分類する、および／またはＡＬＳの進行の速度を予測する目的で分析できる。

本発明に係る実施態様の一つにおいて、患者の第１の身体の肢体に取り付け可能であり、かつ所定の運動期間中における前記第１の肢体の加速度を含む第１の運動データを測定するように構成された、少なくとも一つの第１の加速度計と、経時的な前記運動データを分析して前記患者のＡＬＳの進行を評価するプロセッサーと、を含みうる、ＡＬＳの進行を評価するためのシステムが開示されている。

前記システムは、患者の第２の身体の肢体に取り付け可能であり、かつ前記所定の運動期間中における前記第２の肢体の加速度を含む第２の運動データを測定するように構成された第２の加速度計をさらに含んでもよい。さらには、前記システムは、第３の身体の肢体に取り付け可能であり、所定の運動期間中における第３の肢体の加速度を含む第３の運動データを測定するように構成された第３の加速度計をさらに備えてもよい。前記システムは、これらの作業を実行する第４の身体の肢体に第４の加速度計をさらに備えてもよい。前記身体の肢体は、左腕、右腕、左脚および右脚からなる群から選択される。例えば、腕（左腕又は右腕）は、肩から手に至る間の任意の領域のみからなる。肩から手に至る間の任意の領域には、腕、前腕、および手首が含まれる。脚は、腰から足に至る間の任意の領域のみからなる。腰から足に至る間の任意の領域には、上肢、下肢、足首が含まれる。１つの好ましい実施形態では、４つ全ての肢体からデータを得るために、４つの加速度計が患者の手首および足首のそれぞれに取り付けられる。

特定の実施態様において、前記システムのプロセッサーは、経時的な１以上の加速度ベクトルの大きさ（ＶＭ）を比較することによって前記運動データを分析し、前記加速度ベクトルの大きさは、以下の式：

（上記式中、ｘ、ｙおよびｚは、ｘ、ｙ、ｚ方向で測定された肢体の加速度の大きさを表す。）によって定義される。

例えば電池等の電力供給と、有線接続、インターネット、電話通信、又はセルラ通信若しくは任意の他の適切なデータ伝送媒体によって、前記プロセッサー（またはデータを遠隔プロセッサーに中継する基地局）に対して、例えばＦＭ、ＲＦまたはブルートゥース形式等の無線により接続できる送信手段と、を含むセンサーユニットに、前記加速度計が統合されてもよい。リアルタイムで、後で、または所定のスケジュールに従って、様々な読み取りおよびアップロードデータ（または複数のデータセット）をプロセッサーに格納するメモリを、前記センサは、さらに含んでもよい。

本発明の別の態様において、患者におけるＡＬＳの進行を評価する方法が開示されており、前記方法は、以下のステップ、すなわち、患者の第１の身体の肢体に少なくとも１つの第１の加速度計を取り付けるステップ、運動を検出するステップ、所定の運動期間中における１以上の肢体の加速度を含むステップ、必要により１以上の前記加速度計（またはそれと通信する基地局）に関連する運動データをメモリに格納するステップ、および患者のＡＬＳの進行を評価するために経時的な運動データを分析する目的で、前記メモリから前記運動データをプロセッサーにアウトプットするステップ、を含んでもよい。

前記方法は、第２の加速度計を患者の第２の身体の肢体に取り付けること、第３の加速度計を患者の第３の身体の肢体に取り付けること、または加速度計を４つの肢体すべてに取り付けること、および測定された各肢体機能を分析するために、それぞれの加速度計からのデータをプロセッサーに出力することをさらに含んでもよい。例えば、前記身体の肢体は、左腕、右腕、左脚および右脚からなる群から選択され、１つの好ましい実施形態では、４つの加速度計は、患者のそれぞれの手首足首に取り付けて四肢すべてからデータを得る。

特定の実施形態において、前記方法は、経時的な加速度ベクトルの大きさ（ＶＭ）を比較することによって、運動データを解析することを含んでもよく、前記加速度ベクトルの大きさは、上記式により定義されており、ここで上記式中、ｘ、ｙおよびｚは、ｘ、ｙ、ｚ方向で測定された際の肢体の加速度の大きさを表す。１つ以上の身体の肢体における平均ベクトルの大きさの低下によって、患者のＡＬＳの進行を示しうる。

本発明に係る方法は、測定されたスコアまたは患者の機能の分析に基づいて治療または緩和ケアを提供するステップをさらに含んでもよい。

図１は、例示的な一連の被験者からの加速度ベクトルの大きさの測定値を示すグラフであり、所定の運動期間中における応答の範囲を示す。 図２は、各肢体における単一の被験者からの加速度ベクトルの大きさの測定値のグラフであり、所定の運動期間中における応答の範囲を示す。 図３は、各肢体における異なる被験者からの加速度ベクトルの大きさの測定値のグラフであり、所定の運動期間中における応答の範囲を示す。 図４は、調査期間中での各肢体における全ての被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。 図５は、調査期間中での各肢体における単一の被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。 図６は、調査期間中での各肢体における異なる被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。 図７は、調査期間中における図６の被験者から自己報告されたＡＬＳＦＲＳスコアのプロットである。 図８は、調査期間中での各肢体における別の被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。 図９は、調査期間中での各肢体における別の被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。 図１０は、調査期間中での各肢体における別の被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。 図１１は、調査期間中での各肢体における別の被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。

詳細な説明
本発明は、一般に、複数のモーションセンサを用いることによって神経学的状態を評価するためのデバイス、システムおよび方法に関する。それぞれのデバイス、例えばモーションセンサは、身体の外肢の異なる部分にそれぞれ取り付けられるように構成されてもよい。メモリは、所定の運動期間中における運動データを周期的に記録するための前記センサと関連づけられてもよい。本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、さらに、神経学的状態の進行度を評価する目的で経時的な運動データの変化を分析するためのプロセッサーを含んでもよい。一実施形態では、神経学的状態はＡＬＳであり、患者の一方または両方の腕、患者の一方または両方の脚、またはこれらの組み合わせが関連センサを有するように、少なくとも２つのモーションセンサが使用される。前記センサは、所定の運動期間中における関連する肢体の変位、速度および加速度を測定する加速度計であってもよい。例えば、一連の肢体挙上運動を反復する患者の能力の変化量、または前記肢体挙上運動の実施に伴う肢体の振戦測定値は、標準化値と相関させたり、さらには患者におけるＡＬＳの進行段階を分類する目的、および／またはＡＬＳの進行の速度を予測する目的で分析できる。

本明細書で使用される用語“加速度計”は、慣性系に対して少なくとも１つの方向における加速度（速度の変化）を測定できる機器を包含することを意図している。特定の実施形態では、多軸加速度計は、例えば、３次元デカルト座標系（ｘ、ｙ及びｚ方向）に対する速度の変化を測定するために使用してもよい。一部のアプリケーションでは、２軸または１軸の測定でも十分である。あるいは、加速度は、非デカルト座標（例えば、円柱または球座標）に基づいて測定してもよい。

本明細書で使用される場合、“肢体”または“外肢”という用語は、腕および/または脚を意味する。身体の肢体は、左腕、右腕、左脚および右脚からなる群から選択される。 例えば、腕（左または右）は、肩から手に至るまでの間の任意の領域からなる。肩から手に至るまでの間の任意の領域には、腕、前腕、および手首が含まれる。脚は、腰から足に至るまでの間の任意の領域からなる。腰から足に至るまでの間の任意の領域には、上肢、下肢、足首が含まれる。

図１は、例示的な一連の被験者からの加速度ベクトルの大きさの測定値を示すグラフであり、所定の運動期間中における応答の範囲を示す。それぞれの棒線は、個々の患者の合成ベクトルの大きさを表す。

図２は、各肢体における単一の被験者からの加速度ベクトルの大きさの測定値を示すグラフであり、所定の運動期間中における応答の範囲を示す。前記所定の運動は、患者が各肢体に対して１０回、腕と脚を上下させることを要するものである。

図３は、各肢体における異なる被験者からの加速度ベクトルの大きさの測定値を示すグラフであり、所定の運動期間中における応答の範囲を示す。グラフから確認できるように、患者にとって当該運動療法を完了することは困難であった。

図４は、８か月間にわたる、各肢体における全ての被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。（ＲＡは、右足首を表わし、ＬＡは、左足首を表わし、ＲＷは、右手首を表わし、かつＬＷは、左手首を表わす。）前記所定の運動プログラムは、各テスト日に同じ運動を３回繰り繰り返すことを必要とした。

図５は、５カ月間にわたる、各肢体における単一の被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。このグラフからより明確に確認できるように、前記テストは、５ヶ月の調査期間において、４日間のテスト日のそれぞれと同じ運動プログラムを３回繰り返したものから構成される。この患者のスコアの変化が前記テスト期間中ほとんどないが、これは、当該患者のＡＬＳ進行が遅い形態であることを示唆している。

図６は、８カ月の調査期間中における異なる被験者の各肢体からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。また、テストは、前記調査中の各テスト日に同じ運動プログラムを３回繰り返したものから構成される。テスト期間中、この患者の上半身のスコアにはほとんど変化がみられない。しかしながら、左右の両脚におけるこの患者の筋力には遅い進行性の低下が見受けられる。

図７は、前記加速度計の調査期間と重複する１年間において、図７の被験者から自己報告されたＡＬＳＦＲＳスコアのプロットである。この患者は、速度計テスト調査の全期間にわたり満点の４８を自己報告した。

図８は、６カ月の調査期間中での、各肢体における別の被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。また、テストは、前記調査中の各テスト日に同じ運動プログラムを３回繰り返したものから構成される。前記テスト期間中にわたって、この患者の下半身のスコアにはほとんど変化がみられない。しかしながら、左右の両腕におけるこの患者の筋力には、ＡＬＳの適度な進行が見受けられる。

図９は、６カ月の調査期間中での、各肢体における別の被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。また、テストは、前記調査中の各テスト日に同じ運動プログラムを３回繰り返したものから構成される。テスト期間中に渡って、この患者の下半身のスコアにはほとんど変化がみられない。しかしながら、左右の両腕の両方におけるこの患者の筋力には、ＡＬＳのより速い進行が見受けられる。

図１０は、８カ月の期間中での各肢体における別の被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。患者にとって可能であれば、テストは、調査中の各テスト日に同じ運動プログラムを２回または３回繰り返したものから構成される。下半身のスコアは、患者の下半身の筋力の低下が調査期間前に既に生じていたことを示唆している。さらに、調査期間中の左右の両腕におけるこの患者の筋力には、ＡＬＳの有意な進行が見受けられる。

図１１は、３カ月の調査期間中での各肢体における別の被験者からの平均加速度ベクトルの大きさを示す測定値のプロットである。テストは、評価中の各テスト日に同じ運動プログラムを２回繰り返したものから構成される。この患者では、四肢すべてのスコアが急速に低下していた。
本研究は、特にＡＬＳにおける神経学的疾患の進行段階および進行速度を評価するために、運動データ、特に加速ベクトルの大きさの測定値を用いることができることを実証している。

Claims (16)

1. ＡＬＳの進行を評価するためのシステムであって、
   患者の第１の身体の肢体に取り付け可能であり、かつ所定の運動期間中における前記第１の肢体の加速度を含む第１の運動データを測定するように構成された第１の加速度計と、
   前記患者の第２の身体の肢体に取り付け可能であり、かつ前記所定の運動期間中における前記第２の肢体の加速度を含む第２の運動データを測定するように構成された第２の加速度計と、
   肢体の運動データを記録する前記加速度計に関連したメモリと、
   経時的な前記運動データを分析して前記患者のＡＬＳの進行を評価するプロセッサーと、
   を含む、ＡＬＳの進行を評価するためのシステム。
2. 前記プロセッサーは、経時的な加速度ベクトルの大きさ（ＶＭ）を比較することによって前記運動データを分析し、前記加速度ベクトルの大きさは、以下の式：
   （上記式中、ｘ、ｙおよびｚは、ｘ、ｙ、ｚ方向で測定された肢体の加速度の大きさを表す。）
   によって定義される、請求項１に記載のシステム。
3. 第３の身体の肢体に取り付け可能であり、前記所定の運動期間中における第３の肢体の加速度を含む第３の運動データを測定するように構成された第３の加速度計をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
4. 第４の身体の肢体に取り付け可能であり、所定の運動の期間中における第４の肢体の加速度を含む第４の運動データを測定するように構成された第４の加速度計をさらに備える、請求項３に記載のシステム。
5. 前記第１の身体の肢体および前記第２の身体の肢体は、左腕、右腕、左脚および右脚からなる群から選択される、請求項２に記載のシステム。
6. 前記所定の運動期間は、脚運動、腕運動、またはこれらの組み合わせを含む、請求項２に記載のシステム。
7. 前記脚運動、前記腕運動、またはそれらの組み合わせは、患者が座位にいる間に実行される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記システムは、運動データを前記プロセッサーに送信するための無線送信手段をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
9. 患者におけるＡＬＳの進行を評価する方法であって、
   第１の加速度計を患者の第１の身体の肢体に取り付けること、
   第２の加速度計を前記患者の第２の身体の肢体に取り付けること、
   所定の運動期間中における第１の肢体および第２の肢体の動きを含む運動を検出すること、
   前記加速度計に関連する運動データをメモリに格納すること、および
   患者のＡＬＳの進行を評価するために経時的な運動データを分析する目的で、前記メモリから前記運動データをプロセッサーにアウトプットすること、
   を含む、患者のＡＬＳの進行を評価する方法。
10. 前記加速度ベクトルの大きさは、以下の式：
    （上記式中、ｘ、ｙ、ｚは、ｘ、ｙ、ｚ方向で測定された肢体の加速度の大きさを表す。）
    によって定義され、経時的な前記加速度ベクトルの大きさ（ＶＭ）を比較することによって、前記プロセッサーが前記運動データを分析する、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の身体の肢体及び前記第２の身体の肢体は、左腕、右腕、左脚及び右脚からなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
12. 前記方法は、複数の異なる時間で所定の運動中に運動データを連続的に測定することによって、経時的な運動データを検出することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
13. 第３の加速度計を前記患者の第３の身体の肢体に取り付けることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
14. 前記患者の第４の身体の肢体に第４の加速度計を取り付けることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記所定の運動期間中における前記第３の肢体の加速度および第４の肢体の加速度を含む運動データを検出することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. １つ以上の身体の肢体における前記平均ベクトルの大きさの減少が、前記患者におけるＡＬＳの進行を示す、請求項１５に記載の方法。