《Annals of Clinical and Translational Neurology》：Validity of a Wearable Digital Insole for Assessing Gait ON and OFF in Parkinson's Disease
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本文是一篇关于帕金森病（PD）患者步态评估的前瞻性、多中心观察研究。研究证实，与已验证的参考系统（GAITRite）相比，Moticon ReGo数字鞋垫在测量关键步态参数（步速、步幅、步频）方面具有出色的有效性，并能在患者服药ON期与未服药OFF期之间检测出显著差异。该研究为可穿戴设备在PD临床步态量化、远程监测和药效评估中的应用提供了有力证据。
1 引言
步态障碍和跌倒与帕金森病（PD）患者显著的发病率和死亡率相关。PD患者的步态障碍相比其他运动体征对药物干预的反应较差，因此迫切需要能够改善步态冻结、跌倒和其他步态异常的治疗方法。在临床环境中，神经科医生通常使用已验证的运动评定量表，如运动障碍协会统一帕金森病评定量表（MDS-UPDRS）来评估步态。该量表虽然能够评估左旋多巴的ON或OFF状态，但其存在地板效应和阈值紊乱等心理测量学局限，在早期PD患者中作用有限。因此，不仅需要经过充分验证的PD特异性步态与平衡评定量表，也需要可补充现有量表的定量数字测量技术。新型技术还有助于测量更复杂的步态损伤，例如转身、启动和停止运动的困难，以及评估ON和OFF状态下的步态，并可在家庭环境中远程进行更频繁的监测，而无需局限于传统的实验室环境。
传统的详细定量步态评估通常在配备复杂昂贵设备（如三维运动捕捉系统、压力传感步道和测力台）的实验室环境中进行，且结果生态效度低。近年来的技术进步催生了可穿戴设备（如数字鞋垫或惯性测量单元）的发展，它们能以更低的成本近乎实时地自动测量、计算并提供数字移动性结果给临床医生或研究人员。开发经过验证的数字鞋垫可能有助于在现实世界中进行此类研究，并克服当前的局限性。
本文旨在比较一种数字鞋垫（Moticon ReGo）与已验证的参考方法（GAITRite步态测量系统），以评估其在PD患者中捕捉时空步态特征的有效性。此外，研究还比较了ON与OFF药物状态下的步态特征，并检验了其与MDS-UPDRS第三部分运动评分（用于评估PD运动体征严重程度）之间的关联。
2 方法
2.1 研究设计
本研究是一项前瞻性、开放标签、观察性、横断面、研究者发起的多中心研究，在拉什大学医学中心和哥伦比亚大学医学中心两个中心进行。研究纳入标准包括：经运动障碍神经科医师（D.A.H.或K.K.）临床诊断为PD、年龄40-80岁、服用左旋多巴和/或其他多巴胺能药物、愿意接受ON和OFF状态测试、在OFF状态下无需辅助器具即可行走、能够完成问卷并知情同意。招募对象为其在门诊就诊的运动障碍神经科医生和/或临床研究协调员。安全性监测由各中心的主要研究者（D.A.H., K.K.）负责。
2.2 人口统计学和临床评估
获得知情同意后，收集人口统计学信息、病史/手术史和合并用药。要求患者穿着舒适的运动鞋以适配鞋垫。每位患者均接受体格检查。对于运动测试，患者首先在早晨定义为至少停用多巴胺能药物12小时后的OFF状态下接受评估，随后在服用首剂左旋多巴或其他多巴胺能药物30-60分钟后，当参与者确认他们处于典型的ON状态时，重新进行评估。同一位现场研究者对患者在OFF和ON状态下进行MDS-UPDRS第三部分的评估和评分。
2.3 数字鞋垫
在步行测试期间，使用GAITRite仪器化步道同时测试数字鞋垫设备。数字鞋垫的压力和加速度数据以100 Hz的速率采集，存储在鞋垫板载的SD存储卡中，然后通过蓝牙传输到运行Moticon ReGo应用程序的智能手机，再上传至云端。步态特征源自数字鞋垫制造商的ReGo软件。鞋垫在系统校准和简短的步行热身期间被穿在两只鞋中（移除患者的标准鞋垫后），以使设备适应体温。根据制造商的指导，在ReGo移动应用程序上根据患者的体重对数字鞋垫进行校准。
对于步态评估，要求患者执行一项10米步行任务：从站立姿势开始，以舒适的、自选的速度自由行走10米，转身（离开GAITRite步道），再走回10米（返回起点）。患者分别在OFF和ON状态下在GAITRite系统上执行该任务两次，同时穿着Moticon ReGo可穿戴鞋垫，以便用两种设备同步测量步态。患者在每次步行测试之间可根据需要休息。
2.4 结局指标
本研究的主要目的如下：第一，评估数字鞋垫步态特征与参考系统GAITRite参数之间的一致性。第二，评估数字鞋垫检测从OFF状态（服用左旋多巴或其他多巴胺能药物前）到ON状态（服药后）变化的能力。第三，评估数字鞋垫步态特征与MDS-UPDRS第三部分运动评分之间的关系。主要终点包括：来源于数字鞋垫和GAITRite的相同步态特征的一致性；数字鞋垫测量的从OFF状态到ON状态的步态变化；以及来源于数字鞋垫的步态特征与MDS-UPDRS第三部分运动评分的关联。分析了两台设备得出的以下步态特征：步速（米/秒）；步幅（米）；步频（步数/分钟）；摆动时间（占步态周期时间的百分比）；支撑时间（占步态周期时间的百分比）；以及双支撑时间（占步态周期时间的百分比）。
2.5 患者报告结局
步态测试结束后，患者被要求立即完成一份通过SurveyMonkey平台部署的电子患者体验问卷，以获取关于鞋垫舒适度、满意度、在家使用的意愿以及可接受的测试频率的反馈。问卷包含李克特量表问题，低分表示高易用性、高满意度、高舒适度等。问卷中还包括开放式问题和是否问题，以捕捉任何潜在问题或担忧。
2.6 统计分析
患者人口统计学和临床数据收集并存储在REDCap数据库中，然后进行去标识化处理并转移至Regeneron Pharmaceuticals Inc。进行了患者人口统计学和特征的描述性统计。左右步态特征被取平均值。使用绝对一致性组内相关系数（ICC2,1）、均值差及其相应的95%置信区间、一致性界限和皮尔逊相关系数评估两个系统之间的一致性。使用混合效应线性模型评估测量系统之间的特征特异性均值差异。使用Bland-Altman分析从该模型中提取平均偏倚（两个测量系统之间的平均差）及其相应的95%置信区间。一致性界限计算为偏倚加减两个系统间差值的两个标准差。ICC2,1结果解释如下：优秀（≥ 0.90）；良好（0.75-0.89）；中等（0.50-0.74）；差（< 0.50）。
为检验数字鞋垫对多巴胺能治疗的反应性，使用调整了OFF状态下MDS-UPDRS第三部分评分的线性混合效应回归模型，计算ON和OFF状态之间步态特征的平均变化。通过回归分析评估ReGo鞋垫衍生的步态特征与MDS-UPDRS第三部分评分之间的关联，并控制药物状态和入组地点。对GAITRite衍生的步态特征也进行了相同的分析。考虑到本研究的探索性质，未对多重比较进行统计调整。
3 结果
研究共招募了21名PD患者，他们在哥伦比亚大学医学中心或拉什大学医学中心接受了单次访视以完成临床和步态评估。所有参与者均能在ON和OFF状态下完成研究活动。
对于第一个目的，数字鞋垫和GAITRite同时测量了六个步态特征。所有研究的六个步态特征在两个测量平台之间的平均差异均很小，相应的95%置信区间与零重叠，表明这些差异无统计学意义。测量系统之间的平均差异不受患者ON或OFF状态的影响。两个系统在步频、步速和步幅方面的一致性非常出色，ICC2,1值超过0.93。摆动时间（ON和OFF）、支撑时间（ON和OFF）和双支撑时间（OFF）显示系统间具有中等程度的一致性。三者中，ON状态下的双支撑时间一致性最差，ICC2,1为0.48。皮尔逊相关系数反映了类似的一致性结果，步频、步速和步幅在测量系统间显示出强相关性（r = 0.94-0.99），而摆动、支撑和双支撑时间的相关性较弱（r = 0.48-0.64）。
对于第二个目的，评估了ON和OFF状态下每个步态特征。除步频外，ReGo数字鞋垫测量的所有步态特征在ON和OFF状态之间均显示出统计学上显著的均值差异，Cohen's d绝对值范围为0.55至0.64。步速和步幅分别从OFF到ON增加了0.17米/秒和0.15米。摆动时间增加了0.01%步态周期时间，而支撑时间和双支撑时间分别减少了0.01%和0.03%步态周期时间。
对于第三个目的，评估了MDS-UPDRS第三部分与每个步态特征之间的关联。当使用数字鞋垫测量时，在调整ON或OFF状态后，步速和步幅与MDS-UPDRS第三部分显示出统计学上的显著关联。其他步态特征与MDS-UPDRS第三部分无显著关联。当使用GAITRite测量时，步频、步速和步幅的结果相似。
患者体验调查的结果显示，86%的患者穿着鞋垫感到舒适或非常舒适。大多数患者报告数字鞋垫易于使用，67%的患者认为其易于调整。关于总体满意度，95%的患者感到满意或非常满意，72%的患者会向他人推荐该鞋垫。当被问及是否愿意在家中使用数字鞋垫更频繁地完成步行任务时，76%表示愿意或非常愿意，50%认为每日测试是最可接受的频率。对开放式问题的主题和情感分析显示，44%的回答是积极的，38%是中性的，18%是消极的。
4 讨论
我们的研究结果表明，数字鞋垫是测量PD患者步速、步幅和步频的有效设备。然而，对于步态周期阶段的其他指标，验证结果并不理想。这些结果与先前一项使用类似数字鞋垫的研究一致。在本研究中，步速和步幅与MDS-UPDRS运动评分显著相关，这对于临床评估具有重要意义，因为MDS-UPDRS中与步态和平衡相关的项目很少。因此，数字鞋垫可能有助于在PD进展、剂量-反应干预效果、表型比较研究和随机对照试验中促进个体内纵向比较。
关于患者体验调查的结果是积极的。基于患者反馈，数字鞋垫制造商应考虑鞋垫的厚度、鞋跟高度、调整的便利性，并提供不同的足弓支撑和尺寸，以满足各种足型的需求。从临床研究设计的角度来看，研究者和公司可考虑测量或扫描患者的足部以确保正确的尺寸和足弓支撑，预留调整时间或提供安装服务以减少患者负担并确保正确贴合。
本研究存在一些局限性。本研究未评估数字鞋垫测量的步态变异性、不对称性、转身和支撑基底参数与GAITRite步道的一致性、对多巴胺能药物的反应性或其与MDS-UPDRS运动项目的关系。数字鞋垫和GAITRite系统不自动提供相同的步态特征输出，因此一些步态领域（包括不对称性、某些变异性测量和转身）的特征未进行比较。数据也未在GAITRite和ReGo鞋垫之间同步，因此无法进行逐步比较。我们的样本量较小且相对同质，患者主要为Hoehn和Yahr分期2期。下一步可能包括在更大的样本量中评估数字鞋垫，该样本应涵盖广泛的PD表型和疾病严重程度。此外，还可以纵向评估在较短、临床相关且可行的临床试验时间内，它们是否可能比参考系统MDS-UPDRS对疾病进展更敏感。最终目标是能够将此类可穿戴设备不仅用作研究结果指标，还用于远程疾病监测、跟踪运动反应以及确定改善PD患者生活质量干预措施的效果。
