Technology in Motion (TIM) - Project Holocue: geïndividualiseerde cues om freezing of gait te verlichten

Freezing of gait (FOG) is een van de meest invaliderende motorische symptomen
van de Ziekte van Parkinson (ZvP) en een belangrijke oorzaak van vallen met een
grote impact op de kwaliteit van leven. Er bestaat een algemene consensus onder
clinici dat *cues* een effectief therapeutisch middel kunnen zijn om
FOG-episoden te helpen verlichten. Recente studies suggereren dat 3D cues
effectiever zijn dan 2D cues, maar dat de reacties van de patiënten op
verschillende soorten cues sterk variëren. Dit vraagt om een op maat gemaakte
benadering voor het presenteren van het juiste type cue. Met Holocue willen we
daarom FOG-episoden verlichten door het aanbieden van op maat gemaakte cues,
zoals horizontale balken om overheen te stappen, op het moment dat de patiënt
hierom vraagt. We hebben de Holocue-applicatie ontwikkeld voor de Microsoft
Hololens, een mixed-reality headset waarmee 3D hologrammen kunnen worden
geprojecteerd in de omgeving van de patiënt. Holocue richt zich op het
verlichten van FOG, en heeft daarmee potentieel om de behandeling te
verbeteren. Het kan voornamelijk nuttig zijn voor patiënten met de ZvP met FOG
in de dopaminerge *ON-toestand*, voor wie momenteel geen evidence-based
medicatie beschikbaar is om deze invaliderende motorische symptomen te
verlichten.

Het primaire doel van deze studie is om te onderzoeken of de Holocue applicatie
toegepast zou kunnen worden voor het verlichten van FOG-episoden d.m.v.
on-demand cue activatie. Om dit te bereiken zullen de met Hololens verkregen
loopgegevens eerst gevalideerd worden t.o.v. een reeds gevalideerd
bewegingsregistratiesysteem (de Interactive Walkway) in een groep gezonde
controles (Hololens validatiestudie). Vervolgens zal de bruikbaarheid en
gebruikersacceptatie van de Holocue applicatie worden onderzocht in patiënten
met de ZvP die FOG ervaren in de dopaminerge *ON-toestand* (in een
gecontroleerde laboratoriumsetting (Holocue werkzaamheidsstudies 1 en 2) en in
de thuissituatie (Holocue werkzaamheidstudie 2). Met behulp van de omgevings-
en bewegingsdata van werkzaamheidsstudie 2 zullen we een generiek
classificatie-algoritme ontwikkelen om FOG te voorspellen, wat gevalideerd zal
worden in een nieuwe groep patienten met de ZvP (d.w.z. een technische
validatiestudie aangaande het tijdig en accuraat voorspellen van freezing). Ook
zal worden gekeken of deze voorspellingen verbeteren wanneer de generieke
algoritmen patiënt-specifiek gemaakt worden.

Het betreft een observationele, cross-sectionele studie waarin loopgegevens
worden verzameld bij gezonde controles en patiënten met de ZvP.

Validatiestudie (gezonde controles; 1 sessie in bewegingslaboratorium):
Loopgegevens van de Hololens zullen systematisch verzameld worden en worden
gevalideerd tegen de Interactive Walkway. Proefpersonen zullen lopen over een
looppad van 8m met verschillende opgelegde staplengten, loopsnelheden en
stapfrequenties door middel van gepresenteerde visuele context en auditieve
cues. De totale duur van de meting (inclusief instructies en oefentijd) zal
ongeveer 60 minuten zijn.

Werkzaamheidsstudie 1 (patiënten; 1 sessie in bewegingslaboratorium): De
Interactive Walkway zal gebruikt worden om FOG uit te lokken door middel van
plotselinge projecties van visuele obstakels, stop cues en smalle
draai-indicatoren op een looppad van 8m, met en zonder een cognitieve
dubbeltaak om de kans op FOG-episoden te vergroten. Alle taken zullen worden
uitgevoerd onder drie condities (1x zonder Hololens, 1x met Hololens zonder
Holocue functionaliteit en 1x met Hololens mét Holocue functionaliteit) om de
potentiële werkzaamheid te bepalen voor het verlichten van FOG. FOG zal ook
worden beoordeeld in situaties in en rond het lab waarvan bekend is dat ze FOG
veroorzaken (bijvoorbeeld draaien, lopen door nauwe doorgangen). De totale duur
van de meting (inclusief instructies en oefentijd) zal ongeveer 90 minuten zijn.

Werkzaamheidsstudie 2 (patiënten; 1 sessie in bewegingslaboratorium + 2 sessies
bij de patiënt thuis; duur: 90 minuten per sessie): De eerste meting vindt
plaats bij de patiënt thuis. De patiënt zal onder begleiding van een
onderzoeksassistent in- en rond zijn huis lopen waarbij plekken worden
opgezocht waar vaak FOG optreedt. De patiënt zal deze route tweemaal afleggen:
1x zonder Hololens en 1x met Hololens (zonder Holocue applicatie). De tweede
meting vindt plaats in het bewegingslaboratorium van het LUMC (kennismaking met
Holocue applicatie + looptesten identiek aan werkzaamheidsstudie 2, maar dan
met verbeterde versie van Holocue applicatie). De derde en laatste meting vindt
weer plaats bij de patiënt thuis. De patiënt zal dezelfde route afleggen als
tijdens de eerste sessie, maar dan 1x met Hololens zonder Holocue applicatie en
1x met Hololens mét Holocue applicatie. Tijdens alle metingen zullen twee
inertial measurement units op de voeten van de patiënten worden geplaatst.

Technische validatiestudie (patiënten; 2 sessies bij de patiënt thuis; duur:
150 minuten per sessie): Deze studie bestaat uit twee metingen. Deze metingen
zullen maximaal een week na elkaar worden ingepland. Alle metingen zullen bij
de patiënten thuis uitgevoerd worden, waarbij de patiënten onder begeleiding
verschillende keren in en rond het huis lopen en plekken opzoeken waar vaak
freezing voorkomt. Tijdens deze looptesten zullen zij de Hololens headset
dragen om de bewegingen en omgevingen in kaart te brengen. Per 150 minuten
bezoek streven we naar 20-40 minuten lopen.

Alle looptesten van werkzaamheidsstudies 1 en 2 en de technische
validatiestudie zullen worden gefilmd, om zo goed en betrouwbaar mogelijk te
kunnen bepalen óf en wanneer FOG is opgetreden. Deze gegevens zijn nodig om
algoritmes te ontwikkelen die FOG kunnen detecteren en voorspellen, zodat in de
toekomst mogelijk cues kunnen worden gepresenteerd om FOG te voorkomen (i.e.,
vóórdat FOG daadwerkelijk optreedt).

De risico*s van deelname aan dit onderzoek zijn minimaal. Het systeem voor
markerloze bewegingsregistratie van de Interactive Walkway omvat sensoren die
bestaan uit een infrarood laser en een infrarood camera, die zorgt voor een
*onopvallende* evaluatie van het lopen (d.w.z., er is geen direct contact met
de proefpersoon, geen potentieel schadelijke straling en geen omslachtige
procedures voor het plaatsen van allerlei markers). De Hololens, die zal
worden gebruikt voor het presenteren van virtuele cues om FOG-episodes te
verlichten, zorgt voor onbeperkt zicht van de eigen omgeving. Beide systemen
(d.w.z., de sensoren van de Interactive Walkway en de Hololens) zijn
commercieel verkrijgbaar en zijn met succes gebruikt in verschillende
toepassingsgebieden en doelgroepen.

De metingen duren niet langer dan 60-150 minuten per sessie (1 tot 3 sessies
per proefpersoon), inclusief in totaal ca. 30 voor klinische testen bij de PD
patiënten. Lopen zal gedaan worden op een comfortabele loopsnelheid. Voor alle
meetsessies (in lab en thuis) geldt, dat de patiënt indien nodig gebruik mag
maken van zijn of haar loophulpmiddel. Ook zal de onderzoeker met de patiënt
meelopen voor de zekerheid of om ondersteuning te bieden. Indien nodig zullen
extra rustperiodes worden aangeboden. Voor de patiënten worden de metingen in
het LUMC indien mogelijk gecombineerd met een reeds gepland bezoek aan de
polikliniek, zodat er geen extra reis gemaakt hoeft te worden. Reiskosten naar
het ziekenhuis worden vergoed op basis van openbaar vervoer (2e klasse) of
reisafstand per auto (¤ 0,19 per km) plus compensatie voor parkeerkosten.
Deelnemers aan werkzaamheidsstudie 2 ontvangen bovendien een VVV-bon ter waarde
van 20 euro en deelnemers aan de technische validatiestudie ontvangen bovendien
een VVV-bon ter waarde van 40 euro.

Kortom, de risico*s van deze studie zijn minimaal en de belasting voor de
deelnemers is laag. Aan de andere kant wordt verwacht dat de voordelen van dit
onderzoek groot zijn. Holocue richt zich op een van de meest invaliderende
motorische symptomen van de ZvP, met een prevalentie die toeneemt van ongeveer
10% in Hoehn en Yahr stadium 1 tot meer dan 90% in de gevorderde fasen. Holocue
heeft potentieel om de behandeling te verbeteren. Het kan voornamelijk nuttig
zijn voor patiënten met de ZvP met FOG in de dopaminerge *ON-toestand*, voor
wie momenteel geen evidence-based medicatie beschikbaar is om deze
invaliderende motorische symptomen te verlichten.