Geïnstrumenteerde meting van dystonie en choreo-athetose in bewegingen van het bovenste lidmaat in cerebrale parese

Het algemene doel van dit doctoraatsproject was om betere inzichten te verkrijgen in de kwalitatieve en kwantitatieve metingen van dystonie en choreoathetose bij kinderen en jongeren. Dystonie en choreoathetose zijn bewegingsstoornissen die het uitvoeren van dagelijkse activiteiten verstoren en daardoor een enorme impact hebben op de levenskwaliteit. Dystonie en choreoathetose komen voor bij kinderen na een hersenletsel voor/tijdens/na de geboorte, door een genetisch defect, of door een ongekende oorzaak, maar de evaluatie ervan is ingewikkeld door hun veelzijdige presentatie, zeker als ze gelijktijdig voorkomen. Voor het kwalitatieve deel van dit project focussen we op de evaluatie van dystonie en choreoathetose met de dyskinesia impairment scale (DIS). Deze schaal is specifiek ontwikkeld voor de evaluatie van dystonie en choreoathetose bij kinderen met dyskinetische cerebrale parese. We breiden onze focus uit naar individuen met erfelijk vormen van dystonie of dystonie met ongekende oorzaak, aangezien er op dit moment geen tool beschikbaar is voor de evaluatie van dystonie ongeacht de oorzaak. Voor het kwantitatieve deel van dit project focussen we op bewegingen van de armen, aangezien veel individuen met dyskinetische cerebrale parese wel nog simpele taken met de arm kunnen uitvoeren. We hebben een geïnstrumenteerd protocol geïmplementeerd door middel van verschillende methodologieën tijdens functionele taken van het bovenste lidmaat in individuen met dyskinetische cerebrale parese.

In hoofdstuk 1 hebben we de betrouwbaarheid en validiteit van de DIS geëvalueerd om na te gaan of deze schaal ook gebruikt kan worden om de aanwezigheid en ernst van dystonie en/of choreoathetose te meten in individuen met genetische dystonie of dystonie met een onbekende oorzaak. We vonden uitstekende betrouwbaarheid tussen de verschillende raters (personen die de ernst van dystonie en/of choreoathetose scoren) voor de totale DIS score en voor de dystonie sub-schaal. Dit geeft aan dat de aanwezigheid en ernst van dystonie betrouwbaar geëvalueerd kan worden met de DIS in individuen met genetische dystonie of dystonie met een onbekende oorzaak. De betrouwbaarheid tussen de verschillende raters was iets lager voor de choreoathetose sub-schaal, maar nog steeds goed. De lagere betrouwbaarheid voor choreoathetose zou te wijten kunnen zijn aan de lagere aanwezigheid van choreoathetose in onze studie populatie, wat een hoger aantal nul-scores veroorzaakt (een afwezigheid van choreoathetose). Alle scores vertoonden een hoge betrouwbaarheid tussen testmoment 1 en testmoment 2, wat aangeeft dat de DIS betrouwbaar is om de aanwezigheid en ernst van dystonie en/of choreoathetose te scoren op verschillende momenten met onbepaalde tijd tussen de 2 meetmomenten. Dat is een belangrijke bevinding als we de DIS willen gebruiken om het effect van interventies op de ernst van dystonie en/of choreoathetose te evalueren. We hebben tevens een minimaal detecteerbaar verschil van 11% gevonden, wat betekent dat als we de DIS zouden gebruiken om het effect van een interventie te evalueren, dit effect groter moet zijn dan 11% op de totale DIS score. Deze bevindingen tonen aan dat de DIS een veelbelovende schaal is om dystonie en choreoathetose te evalueren in individuen met dystonie van erfelijke/onbekende oorzaak.

Het doel van hoofdstuk 2 was om een kortere en meer gebruiksvriendelijke versie van de DIS te ontwikkelen, de DIS-II. Om dit doel te behalen hebben we DIS scores van hoofdstuk 1 gecombineerd met DIS scores die eerder verzameld waren. Deze combinatie liet ons toe om met een grotere set van scores te werken, wat een vereiste was voor de implementatie van de Rasch analyse. Vervolgens hebben we 31 clinici uit 5 landen die ervaring hadden met de DIS samengebracht voor een expert-vergadering van een volledige dag om input te geven over de geïncludeerde taken, het aantal te scoren lichaamsregio’s en de stappen van de meetschaal. Overeenkomst op al deze aspecten werd bereikt door meerdere discussierondes binnen de onderzoeksgroep, wat vervolgens resulteerde in een voorstel voor de DIS-II voor latere analyse met het Rasch model. Vervolgens hebben we de constructieve validiteit en betrouwbaarheid van de nieuw ontwikkelde schaal geëvalueerd met het Rasch meet-model. Constructieve validiteit bestond uit het functioneren van de meetschaal, fit statistieken, point-measure correlaties and targeting, waarin schaal betrouwbaarheid bestond uit betrouwbaarheid van de personen en items. De beste betrouwbaarheid en constructieve validiteit werden verkregen bij het includeren van 11 lichaamsregio’s (de romp werd geëxcludeerd) en meetschaal stappen van 0 tot 2 in rust en van 0 tot 3 tijdens het uitvoeren van taken, met 3 zijnde ‘taak niet uitgevoerd’. In de DIS-II moeten 14 video’s opgenomen worden (i.p.v. 26 in de DIS) en er moeten 88 items gescoord worden (i.p.v. 144). Het functioneren van de meetschaal en item fit waren goed, met maar 2 items die geen goede fit vertoonden in de oogregio. Deze items moeten dan ook met voldoende waakzaamheid geïnterpreteerd worden. Deze conclusie komt overeen met de uitkomst van het overleg met de DIS experten, waarin werd aangegeven dat de ogen de moeilijkste lichaamsregio zijn om te scoren, aangezien deze ook onbewust bewegen. The DIS-II vertoonde hoge waarden van constructieve validiteit en goede scheidingswaarden, wat betekent dat individuen in 8 verschillende niveaus van ernst opgedeeld kunnen worden. The DIS-II is dus een kortere, meer gebruiksvriendelijke meetschaal om de ernst van dystonie en choreoathetose te evalueren. Bovendien kan de logaritmische transformatie van de DIS-II scores het vergelijken van DIS-scores over tijd en tussen verschillende individuen verbeteren, ongeacht van het aantal taken dat werd uitgevoerd.

In hoofdstuk 3 hebben we gefocust op taken van de arm tijdens driedimensionale bewegingsanalyse. Het bewegingspatroon van individuen met dyskinetische cerebrale parese (DCP) wordt gekarakteriseerd door een verhoogde variabiliteit door de aanwezigheid van dystonie en choreoathetose, maar er is weinig informatie beschikbaar over de psychometrische eigenschappen van bewegingen van de arm in deze populatie. Daarom hebben we de psychometrische eigenschappen van de kinematica van het bovenste lidmaat bekeken tijdens de uitvoering van functionele taken. Ons doel was om vier aspecten te evalueren: i) betrouwbaarheid binnen één sessie, ii) variabiliteit tussen individuen met en zonder DCP, iii) betrouwbaarheid en herhaalbaarheid tussen twee sessies en iv) verschillen in kinematica tussen individuen met en zonder DCP. Alle deelnemers werden geëvalueerd met driedimensionale bewegingsanalyse tijdens de uitvoering van een voorwaarts reiken, reiken en grijpen en zijwaarts reiken taak, en gewrichtshoeken tijdens de taakuitvoering werden bekomen voor de romp, schouder, elleboog en pols, alsook maximale snelheid en de afwijking van een recht traject (spatio-temporele parameters). Voor de gewrichtshoeken hebben we op het laatste punt tijdens de taakuitvoering gefocust, wanneer de deelnemers het voorwerp om te reiken of grijpen bereikt hebben. Alle parameters – de gewrichtshoeken en de spatio-temporele parameters – werden berekend voor 2, 4, 6, 8 en 10 herhalingen en de verandering in meetfout tussen dit aantal herhalingen werd geëvalueerd. We vonden de kleinste verandering – en dus het meest stabiele bewegingspatroon – na 8 herhalingen. Dit impliceert dat belangrijk is om een hoger aantal herhalingen te includeren bij het evalueren van individuen met DCP om hun variabel bewegingspatroon te kunnen evalueren. Daarbovenop vonden we ook een hogere standaarddeviatie voor de meerderheid van de gewrichtshoeken en de spatio-temporale parameters voor de DCP groep, wat de hogere bewegingsvariabiliteit bevestigt. Verder vonden we hoge herhaalbaarheid tussen 2 sessies voor de meeste gewrichtshoeken, met uitzondering van elleboog pro/supinatie en de scapula hoeken. Voor deze gewrichten is correcte palpatie van de anatomische merkpunten cruciaal en moet dit zeer voorzichtig uitgevoerd worden om goede herhaalbaarheid over de tijd te garanderen. Voor de DCP groep vonden we hogere pols en elleboog flexie, externe schouder rotatie en axiale romprotatie alsook hogere afwijking van een recht traject en lagere maximale snelheid. Deze bevindingen bevestigen dat individuen met DCP een hogere bewegingsvariabiliteit hebben, gekarakteriseerd door afwijkende gewrichtshoeken in vergelijking met typisch ontwikkelende individuen, maar minder stereotiep dan individuen met spastische CP.

In hoofdstuk 4 hebben we deze gewrichtshoeken van het bovenste lidmaat opnieuw gebruikt, maar uitgebreid met data verzameld in Nederland. De doelen waren tweeledig: eerst hebben we onderzocht of individuen met DCP hogere intra-individuele variabiliteit in gewrichtshoeken vertonen doorheen een reik/grijp cyclus in vergelijking met typisch ontwikkelende individuen via statistical parametric mapping (SPM). Ten tweede hebben we niet-lineaire SPM gebruikt om de tijds-en amplitude verschillen van de gewrichtshoeken in de reik/grijp cyclus tussen de twee groepen te identificeren. De SPM methode identificeert significante clusters in een bewegingscyclus, wat toelaat tijdsafhankelijke verschillen tussen kinematische patronen van 2 groepen te detecteren. Voor het 1e doel vonden we dat individuen met DCP hogere intra-individuele variabiliteit ter hoogte van alle gewrichten vertonen, maar de grootte van clusters was tijdsafhankelijk en varieerde tussen taken. Voor de pols was de intra-individuele variabiliteit hoger voor de DCP groep tijdens de volledige reikcyclus tijdens voorwaarts en zijwaarts reiken, en tijdens de 1e helft voor reiken en grijpen. Voor de romp en schouder was de intra-individuele variabiliteit hoger voor de meerderheid van de reikcyclus tijdens alle taken. Voor de 2e doel vonden we hogere pols en elleboog flexie voor de DCP groep tijdens alle taken voor verschillende delen van de reikcyclus. Deze resultaten geven belangrijke informatie op het niveau van specifieke gewrichten en specifieke tijdspunten tijdens de bewegingscyclus, die kunnen bijdragen aan geïndividualiseerde behandelingsstrategieën en de evaluatie van het effect van die strategieën bij individuen met DCP.

In hoofdstuk 5 hebben we gefocust op wearables, meer bepaald inertie sensoren om bewegingsstoornissen te karakteriseren in individuen met een neurologische aandoening. We hebben de literatuur doorzocht om sensor opstelling, aantal sensoren, de locatie, de geïncludeerde taken en de sensor parameters die berekend worden van het snelheid-en versnellingssignaal in kaart te brengen in meerdere pathologische populaties. We hebben 101 artikels geïdentificeerd die overeenkwamen met onze inclusiecriteria, waarvan 56 over Parkinson gingen. Polsen, handen en wijsvingers waren de meest populaire sensor locaties. De meest voorkomende taken waren vinger tappen, pols pro/supinatie, armen voor het lichaam houden en vinger naar de neus brengen. Deze taken kunnen verklaard worden door hun voorkomen in de klinische schalen om de symptomen van Parkinson te evalueren. De meest berekende sensor parameters waren gemiddelde, standaarddeviatie, root-mean-square, ranges, skewness en kurtose/entropie van versnelling en hoeksnelheid, in combinatie met dominante frequenties en power van acceleratie. De berekende sensor parameters waren afhankelijk van de bewegingsstoornis. Amplitude-gerelateerde parameters (gemiddelde en ranges) werden gebruikt in Parkinson studies en worden geacht te correleren met hypokinesie (afname van bewegingsgrootte). Snelheidsverlaging en piek-tot-piek snelheid, grootte en gemiddelde snelheid werden ook in Parkinson studies gebruikt en worden geacht te correleren met bradykinesie (het vertragen van bewegingen). Frequentie-gerelateerde parameters werden veelal gebruikt om tremor en tremor in Parkinson te karakteriseren. In conclusie, inzichten van Parkinson studies kunnen de ontwikkeling van sensor meetprotocollen in andere pathologieën versnellen, indien er voldoende aandacht is voor de standaardisering van protocollen, taken, haalbaarheid en data analyse methoden.

In hoofdstuk 6 hebben we de inzichten uit hoofdstuk 5 gebruikt om te evalueren of sensor parameters betrouwbaar zijn en gebruikt kunnen worden om individuen met en zonder DCP te onderscheiden. We hebben inertie sensoren op de bovenarm, voorarm en hand geplaatst en versnellings-en hoeksnelheid signalen gemeten tijdens de uitvoering van reik/grijptaken. We hebben de betrouwbaarheid binnen één sessie en tussen twee sessies geëvalueerd van maximale jerk, gemiddelde, maximum, root-mean-square en entropie van versnellings-en hoeksnelheid signalen, alsook de verschillen tussen de twee groepen voor alle parameters. Daarnaast hebben we de betrouwbaarheid van alle parameters voor zowel lange (uitvoering van 8 voorwaarts reiken taken) alsook korte signalen (1 herhaling, hand op de knie tot punt van einde van taakuitvoering) geëvalueerd. We hebben de hoogste betrouwbaarheid gevonden voor de sensor parameters op basis van het lange signaal voor alle parameters behalve entropie (binnen 1 sessie) en entropie en jerk (tussen 2 sessies). Jerk en maximale versnelling en hoeksnelheid waren hoger voor de DCP groep in vergelijking met de typische ontwikkelende individuen. Deze bevindingen tonen dat sensoren een veelbelovende methode zijn om pathologische bewegingspatronen te identificeren in individuen met bewegingsstoornissen, wat aantrekkelijke mogelijkheden geeft voor objectieve analyse in een natuurlijke omgeving zoals thuis of school. Dit kan langdurige evaluatie verbeteren en onze inzichten in de fluctuerende bewegingspatronen verhogen, die afhankelijk zijn van stress en opwindingsniveau in individuen met DCP.