基于智能手机的个体化运动项目对帕金森病患者自我定义运动任务的影响:初步介入研究

介绍

日常生活中的运动障碍受帕金森病(PD)的典型症状的影响很大，包括运动迟缓和僵硬，表现为运动幅度缓慢和降低，自动性有限[1]。运动和物理治疗越来越被认为是多巴胺能药物治疗运动症状的有效补充[2]。

高频和家庭培训

有证据表明，高频训练(每周约4次)对于持久改善PD患者的运动症状是必要的[3.，4]。这是典型门诊设置的主要限制，因为患者和治疗师的组织负担很高。此外，由于全球COVID-19大流行，与检疫相关的隔离和取消物理治疗对慢性疾病患者产生了巨大影响[5-8]。因此，开发了以远程监督、基于家庭的锻炼项目为形式的新解决方案，COVID-19大流行加速了对这些远程医疗解决方案的接受[8，9]。几项研究表明，处方家庭运动可以改善PD患者的运动症状[4，10-15]。

先前评估家庭锻炼益处的研究包括轻度至中度PD疾病阶段(Hoehn和Yahr阶段I-III)，无认知障碍，药物稳定，平均年龄>60岁[10-12，14-17]。进行的运动(踏车行走)[16]，骑自行车[12]和平衡训练[10，13])以及演示形式(个人访问、纸质表格、智能手机应用程序和教学DVD)各不相同。在某种程度上，所有的研究都有治疗师的监督，并且练习都是由专业治疗师事先规定的。干预时间为4周到6个月[10-12，14-17]。总的来说，这些研究观察到运动项目对步态和活动能力的改善[4，10，14，15]。评估统一帕金森病评定量表第三部分(UPDRS-III)评分的研究报告，干预期后运动症状减少，特别是与未干预的对照组相比[13，18]。一项研究报告了生活质量(QoL)的提高[16]。

包括之前提到的研究在内的一项荟萃分析表明，每周150分钟的最低训练频率，持续至少6周，比低频率的训练效果要高得多。此外，它报告了缺乏可持续的影响，指出益处只在干预结束后不久持续[4]，从而证实了一个可持续的长期解决方案是不可否认的。

远程医疗解决方案和基于智能手机的锻炼

锻炼需要持续、少监督、更个性化，才能充分发挥潜力，成为可持续的长期解决方案[4，19]。远程医疗和新的以病人为中心的数字技术似乎是解决这些问题的一个有希望的解决方案，使锻炼和反馈数据更容易获得。20.，21]。因此，我们开发了一款智能手机应用程序，为PD患者提供基于家庭的锻炼计划。应用程序可以为用户提供方便的访问，并允许远程监控。由于应用程序的内容可以很容易地修改，它允许更多的个性化，并根据患者的个人需求量身定制锻炼计划。

最近的研究表明，大多数PD患者都可以使用手机和互联网，并且对使用这些技术感到满意[22]。智能手机应用程序已经成功地用于PD患者的各种研究[23-25]。有一项研究特别值得强调[12]。本研究纳入130例轻度PD患者(Hoehn和Yahr II期以下)，年龄在30 - 75岁，服用稳定的多巴胺能药物，被分为干预组，在虚拟现实增强的家庭训练机上进行30 - 45分钟的自行车运动，每周至少3次，持续6个月，对照组以相同的频率进行伸展运动[12]。所有参与者在干预开始时都接受了指导指导，并每两周接受一次随访电话。干预措施包括一个激励应用程序，它提供培训指导和提示，提供即时反馈，并监测进展[12]。结果是UPDRS-III评分显著降低，体质改善;然而，只有在医疗“关闭”状态测试时才会出现这种好处。

患者报告的结果测量

患者报告的结果测量(PROMs)描述了患者个人如何感知测量的结果，如对其症状、功能状态或生活质量的干预[26，27]。由于运动项目旨在补充药物治疗并改善PD患者在日常生活中的运动表现，PROMs可以作为个体相关干预效果的衡量标准，因此引起了人们的极大兴趣。患者定义的结果在以患者为中心的方法中更为重要。

尽管事实上，患者的参与和患者报告的结果的附加价值已迅速获得相关性，但缺乏以个性化方法为重点的家庭运动研究。这种方法尤其可能从使用可修改的智能手机应用程序中获益。

因此，本试点研究的目的是调查德国PD患者基于家庭的高频运动计划的可行性，作为针对个体患者需求量身定制的智能手机应用程序支持的培训计划。此外，我们还探索性地调查了参与运动计划可能改善运动症状的可能性。因此，我们纳入了对患者定义的结果的结构化评估，例如日常生活中个体相关的运动活动。由于本研究的试验设计，这些结果需要谨慎解释，但将作为未来高质量的假设检验研究的有价值的起点。

方法

研究设计与队列

在这个试点干预研究中，我们关注的是数字干预计划的可行性。根据德国神经病学协会指引与英国PD协会脑库标准相似的定义诊断为PD的个人[28包括在内。他们是在2020年3月至2020年10月期间从德国埃尔兰根大学医院分子神经内科运动障碍门诊部门定期就诊中招募的。患者年龄>18岁，Hoehn和Yahr病期介于I和III之间。除了符合纳入标准外，参与者还被要求使用智能手机使用数字训练应用程序。报告运动波动或运动障碍的患者被排除在外。在整个研究过程中，患者继续进行正常的药物治疗、锻炼和治疗。

伦理批准

本研究得到了当地伦理委员会的批准(参考编号:72_20b, Medical Faculty, FAU erlangen - n rnberg, Germany)，参与者给予了书面知情同意。这项研究是根据《赫尔辛基宣言》进行的。

评估

研究结果为系统可用性量表(SUS)、帕金森病问卷(PDQ-39)、日常生活中患者定义的运动症状、UPDRS-III、Timed Up and Go (TUG)测试、2分钟步行测试和基于传感器的步态分析等参数的得分或值。下面几节将详细解释每一种结果。

SUS用于评估应用程序的可用性，特别是应用程序是否提供了一个清晰易用的结构，系统是否一致，以及参与者是否使用该应用程序感到舒适[29]。可用性被认为与总分>68所表明的一样好[30.]。PROMs包括患者自我感知生活质量(PDQ-39) [31]以及患者对个人运动症状和日常活动限制的报告——由患者在治疗师的支持下定义。这些运动任务被记录在0到10的范围内，其中0代表没有限制，10代表日常生活中的最大限制。临床评估包括UPDRS-III [32]和蒙特利尔认知能力评估[33]。

此外，还进行了基于传感器的步态分析，包括标准化4×10-m步行测试、TUG和2分钟步行测试[34]。我们使用了2个可穿戴的SHIMMER2传感器(Shimmer Research Ltd)，它们附着在每只鞋的后外侧。传感器信号记录在(三轴)加速度计范围为-6至+6 g(灵敏度300 mV/g)，陀螺仪范围为-500至+500度/秒(灵敏度2 mV/度/秒)，采样率为102.4 Hz。传感器通过蓝牙连接到平板电脑上，数据存储在平板电脑上。35]。机器学习算法处理存储的数据并计算临床相关的时空步态参数，如步幅和步态速度[36，37]。该系统已被证明在技术上是有效的[38]。关于基于传感器的步态分析的更多细节已在先前的工作中提出[35-37，39，40]。

基于智能手机的家庭运动项目的开发

在这项研究中，一个由运动科学家、治疗师、临床医生和PD患者组成的跨学科团队开发了一个个性化的远程监督锻炼计划，该计划配置在德国NeuroSys公司开发的医疗产品智能手机应用程序“PatientConcept”中。数据安全是基于《通用数据保护条例》的指导方针。该应用程序提供数字指导的个性化培训视频，以支持为期四周的在家自学。在基线时，PD患者报告有4到7个个体运动障碍，这些障碍阻碍了他们的日常生活任务(例如，“我无法扣上衬衫的纽扣。我想在这方面有所改进。”)。根据他们的缺陷，pd专业治疗师确定了合适的培训任务。从八个类别(柔韧性、力量训练、步态、平衡和姿势、协调和节奏、大幅度运动、手指和手部运动、伸展)中选择个性化的体育活动任务。总共有50个不同难度的运动任务可供选择(例如，手指敲击可以提高手指的精细运动技能，这是完成关闭按钮等任务所需要的)。治疗师根据患者的个人能力定义了3到5个简短的训练序列，然后在患者的应用程序中进行配置。总的来说，参与者在他们的家庭环境中使用这8个类别中的3到5个视频序列进行了大约20分钟的日常运动训练。一般来说，每次训练大约需要重复15次每项任务(如果每侧左右依赖)。 For example, trunk stretching combined with arms lifting in a maximal stretched standing position was performed 15 times without using additional devices.

患者教育和远程支持

在埃尔兰根大学医院对每位患者进行的初始教育课程中，由治疗师解释和演示培训顺序。此外，为了支持患者和(远程)治疗师之间的沟通，我们实现了一个日记，记录自我感知的一般状况、情绪、步态稳定性和训练课程的管理。使用日记作为界面，治疗师能够直接监督患者的进展。该应用程序记录了患者观看锻炼视频的情况，从而能够监测患者的参与和坚持情况。参与者有机会通过智能手机应用程序直接联系他们的治疗师，如果他们有问题或需要支持。智能手机应用程序界面如图图1。

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PD患者被要求每天完成他们的短期锻炼计划。在研究中期(14天)，安排重新评估。根据患者的偏好和训练的成功，他们的运动计划被更新，一些运动被改变。在运动干预期结束时，患者被要求使用SUS评估包括智能手机应用程序在内的整个系统的适用性。

统计分析

数据的正态性采用Shapiro-Wilk检验，方差齐性采用Levene检验。由于部分参数非正态分布，采用保守方法，对所有参数进行非参数分析。采用重复测量统计(配对Wilcoxon检验)分析基线与随访的差异。为了尽量减少可能相关的时空步态参数之间多重比较的影响，采用显著性水平P<。被认为有显著差异(P= .05/13;步态参数= 04)。对于临床评估和PROMs，显著性水平为P<。使用05。所有统计分析均采用SPSS软件包(24.0.0.2版本;IBM公司)。

结果

研究群体

研究参与者的详细信息见表1。总共有15名参与者完成了练习和最终评估。整个研究过程中的依从性为100%，因为所有参与者都完成了干预计划，并可靠地进行了锻炼，没有任何退出或退出。所有PD患者(10名男性和5名女性)都非常积极地在4周的时间框架内完成所有培训课程。未观察到不良事件。系统可用性评分达到72.2分(SD 6.5;95% ci 68.5-75.8)。表2显示每个SUS问题的详细结果。

Patient-Reported生命质量

参与者在基线和随访时完成PDQ-39问卷，评估自我感知的生活质量。PDQ-39总分及各分项评分从基线(平均25分，SD 12.7分)至随访(平均24分，SD 13.3分)无显著变化;P=尾数就)。可观察到与活动相关的生活质量的描述性改善14%(基线:平均25分，标准差17.9分;随访:平均21分，标准差16.9分)，生活质量在社会支持方面下降19%(基线:平均15分，标准差16.5分;随访:平均13分，标准差14.5分)。

关于日常生活活动(清洗、切食物或写作)和情绪健康(感到抑郁或焦虑)的生活质量在基线(日常活动平均25分，SD 13.5分，情绪健康平均22分，SD 13.0分)和随访(平均26分，SD 18.6分和平均21分，SD 16分)之间保持稳定。表3显示有关生活质量的所有数据。

患者定义的日常运动任务损伤

在干预之前，参与者记录了他们在日常生活中认识到损伤的个人运动任务(提到了4-7项任务，如躯干转动受限，衬衫扣不上扣子或晨僵)，并将这些缺陷评定为0(无损伤)到10(最大损伤)的等级。经过4周的日常个性化锻炼，患者被要求再次对相同的任务进行评分，而不需要看到他们最初的评分。通过比较曲线所示的区域来衡量活动的改善或减少。这些面积是用下面的公式计算的:式中，x为患者自述值，角度g为2π除以I(测量点数)。总的来说，这导致了38个(标准差31.5)单位面积的显著改善(平均约40%;P<措施)。只有一名参与者由于与干预无关的腰痛而加重了27%(13.5单位面积)。另一名患者病情稳定。图2显示每位患者在基线(黑色虚线)和测试后阶段(灰色虚线)以及结果区域的个人日常任务。由于所有患者在干预期间都继续正常的治疗计划，因此可以在两名参与者(参与者1和13)中观察到天花板效应。

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临床运动症状、TUG、2分钟步行和步态参数

由训练有素的检查员使用UPDRS-III评定的PD患者的运动障碍没有产生显着变化(P=.20)，但描述性下降14%，从基线时的18 (SD 10.7)分降至随访时的16 (SD 6.7)分。基于传感器的步态分析显示，TUG测试、2分钟步行测试或任何测量的步态参数没有变化。基线和随访期间这些参数的详细比较见表4。

讨论

主要研究结果

这项试点研究的目的是调查德国PD患者家庭高频运动计划的可行性，作为一种智能手机应用程序支持的培训计划，根据患者的个人需求量身定制。我们探索性地研究了运动症状可能的改善，并对患者定义的结果进行了结构化评估，使用日常生活中单独相关的运动活动。这项研究的主要发现是，个性化的、基于家庭的、高频率的、远程监督的数字锻炼是可行的。此外，在这项初步研究中，量身定制的锻炼计划能够改善个人运动任务，包括机动性和日常生活，这是基于自主开发的患者报告的损伤评分。

应用的可用性和依从性

平均SUS得分为72 (SD 6.5, 95% CI 68.5-75.8)，根据常用的平均截止得分68，认为所使用应用程序的可用性良好[30.]。在大约500个评估研究中，SUS的平均得分为68分，这意味着任何高于这个分数的结果都高于平均水平。尽管有一些技术上的困难，但没有任何困难导致培训中途退出或中断。在整个研究过程中，我们观察到患者的依从性非常高。然而，这种高依从性必须谨慎解释，因为在本研究中干预期限制为4周。这种高依从性是否能持续更长时间，需要在未来的研究中确定。类似的用于检测语言障碍、睡眠、运动和情绪症状的应用程序提供了证据，证明这些数字工具有益地补充了PD患者的临床诊断[41-43]。因此，在未来的研究中，数字健康应用程序应该被视为一种可用的和相关的方法。

问题:质量保证措施

总体而言，我们没有观察到生活质量测量(PDQ-39总分)的改善。以往的研究在这方面提出了相反的结果。尽管一些研究报告由于锻炼项目而增加了生活质量[16，44，其他人不支持相同的[4，45]。有证据表明，UPDRS-III评定的运动症状和活动能力对生活质量的影响小于情绪或抑郁等非运动障碍[46，47]。像本研究或本文中提到的运动相关研究大多针对运动功能。因此，生活质量可能发生的变化可能被更强的影响因素所掩盖。然而，当查看PDQ-39问卷的确定分值时，我们观察到与活动相关的生活质量有一定的增加，但在本初步研究中没有达到显著性水平。这强调了先前描述的自我定义运动任务的改进。此外，与社会支持相关的生活质量有描述性的增加，可能表明患者感到他们的治疗师的支持，即使只有数字连接。生活质量措施已在若干研究中实施，但尚未从病人的角度改善护理。[26]。承认已经报道的关于生活质量的有争议的结果，需要进一步的研究来了解影响PD患者生活质量的各个方面，以及哪些方面可以通过数字锻炼计划来解决。

患者定义的结局指标:每日运动活动

之前的一项研究调查了PD患者的职业治疗，使用了非常相似的PROM方法，并要求患者列出3到5项他们希望改善的日常任务，并从1到10进行评分。与我们的研究类似，在个人选择的运动任务中观察到显著的改善，而次要结果如UPDRS-III保持稳定[48]。另一项研究表明，总体上自我报告的行动能力有所改善，但没有具体说明使用的方法[15]。随着PD患者的需求得到越来越多的沟通和更多的认可，prom的重要性和优先性也越来越高。对于PD患者的自我决定而言，强调特定症状并决定专注于哪些缺陷的可能性对每个人的动机都非常重要[22]。将患者及其需求纳入研究设计是形成和发展令人满意的量身定制方法的关键一步[26]。正如这些研究所证实的那样，通过实现他们的个人需求，PD患者从锻炼计划中受益匪浅，尽管通常用于确定干预效果的临床评分，如UPDRS-III，在本试点研究中没有显示出显着的改善。PROMs可能有助于管理和监测PD患者长期医疗状况的进展[49]。特别是在当前医疗保健的变化以及在COVID-19大流行期间蓬勃发展的远程医疗的快速转变中，prom发挥了重要作用[9，27]。总之，我们强调在临床研究和卫生保健中实施PROMs(被认为是患者定义的结果)的重要性。

UPDRS和基于传感器的步态分析

这项研究显示，在为期4周的家庭运动干预后，UPDRS-III的描述性改善。我们使用UPDRS-III中基线和随访之间5分差的临界值作为Hoehn和Yahr I至III期常见的最小临床重要变化[47]。与其他在UPDRS-III中产生显著差异的具有类似运动干预的研究相比，值得注意的是，这些干预持续时间更长(8周或6个月)[12，13]。考虑到我们在本先导研究中观察到在随访测试中得分有较低的趋势，这表明我们研究的干预期可能太短，无法实现UPDRS-III的临床相关变化。然而，我们的锻炼计划可能是有益的，如果进行更长的时间。这一理论得到了一项对不同家庭运动研究的荟萃分析的支持，该分析表明，持续时间和频率对结果有很大影响[4]。因为我们的频率与建议的每周150分钟相当[4]，一项更长的干预期的随访研究可能会揭示UPDRS-III的潜在改善。

关于基于传感器的步态参数，一些研究观察到一些[10甚至是步态的各个方面(尽管后一项研究使用了北欧步行，只关注步态和健康，因此不能与我们的干预直接比较)[44]，当汇集不同的家庭研究时，没有观察到显著的长期影响[4]。这与我们的研究结果一致，表明在医院进行标准化的步态测试可能不是检测运动干预效果的合适方法。长期持续的以家庭为基础的措施可能更准确地反映治疗的效果[50]，因为与一天中某个时间点的快照测量相比，可以绘制出更广泛的运动症状图像。

限制

首先，由于这项试点研究主要关注干预和智能手机应用程序的可行性，结果尚未与对照组进行比较。为了充分评估这种干预的益处，未来的研究应该包括一个与年龄、性别和pd相关症状严重程度相匹配的对照组。因此，这项研究是非盲法的，因为评估人员知道所有参与者都接受了培训。其次，由于参与人数较少，本研究结果的统计效力较低。因此，本研究的结果应谨慎解读。在这种情况下，应该考虑到研究中出现的不显著发现可能是因为干预措施实际上没有真正的效果，也可能是因为统计能力太低而无法检测到真正的效果。因此，研究结果应主要考虑为探索性的。未来的研究应采用主动对照组、随机设计和盲法评估来增加样本量，并且需要在更长的时间内进行，以调查这种方法是否能产生可持续的效果。

结论

总之，这项初步研究表明，个性化的、数字化的、基于家庭的、为期4周的高频运动计划在PD患者中是可行的，SUS总分为72分。锻炼计划显示对日常生活活动中个体患者定义的运动障碍有有益的影响(平均改善40%)。这些结果表明，治疗师远程支持的数字锻炼概念有可能补充现场锻炼课程，并作为PD患者日常生活中的额外刺激。这项研究还显示了个性化锻炼方法的相关性，这种方法由个体和患者定义的结果确定。未来的高质量研究应该更深入地调查这种数字干预，评估潜在的与性别相关的影响，以及临床相关的影响是否可以持续更长时间。