Development of a system to manage motor disorders in Parkinson's disease

Increase in longevity caused an increase in age related diseases, with a high impact on elderly quality of life. Parkinson’s Disease is a neurodegenerative disorder associated with the advent of motor symptoms. Among these, Freezing of Gait (FoG) is a common and highly distressing motor block that manifests as a transient inability to move forward despite the intention to walk. Two main problems are associated with FoG: lack of clinical knowledge and resistance to pharmacological treatment. Rehabilitation therapy can alleviate FoG, in fact evidences showed that the delivery of rhythmic stimuli (cues) helps patients to overcome the block. Given this background, the thesis aims to develop a system to manage FoG in order to face the above problems. Usability and acceptability requirements led the design process. The proposed system is composed of a mobile part and a server part. The first one consists of a smartphone app able to monitor the gait, detect FoG episodes, provide cues, store collected information and send this data to the remote server. The server side part is composed of a database to store monitoring and clinical information about patients and a web application to allow an effective and accessible consultation of FoG monitoring data by clinicians, who can use this information to improve their knowledge and customize patients’ and pharmacological and rehabilitation therapies. Smartphone reliability in monitoring gait parameters was tested on healthy subjects, through comparison with stereophotogrammetry, which is the gold standard for gait analysis. The architecture was tested on 60 patients in FoG monitoring, reaching high scores of sensitivity, specificity, accuracy and precision. Usability and acceptability was also assessed through questionnaires, revealing patients’ attitude to use the system. The obtained results suggest the architecture potential to be applied in a daily living scenario, thus improving patients’ quality of life and clinical management of FoG.

Il Parkinson è una malattia neurodegenerativa associata alla comparsa di disordini motori. Il Freezing del Cammino (FdC) è un blocco del cammino che si manifesta come un’improvvisa e transitoria inabilità di progredire in avanti nonostante l’intenzione. Due sono i maggiori problemi associati al FdC: scarsa conoscenza clinica e resistenza alla terapia farmacologica. La terapia riabilitativa può alleviare il FdC, come l’uso di stimoli acustici ritmici (cues). Scopo di questa tesi è lo sviluppo di un sistema di gestione del FdC che consenta di affrontare i due problemi sopra elencati. I requisiti di usabilità e accettabilità hanno guidato la progettazione. Il sistema proposto si compone di una parte mobile a una su server. La prima è un’applicazione smartphone capace di monitorare il passo, riconoscere episodi di FdC, fornire cue per aiutare il paziente a superare il blocco, immagazzinare le informazioni raccolte ed inviarle al server. La parte su server è composta da un database, per immagazzinare le informazioni cliniche e di monitoraggio del paziente, e un’applicazione web che consenta ai clinici una consultazione semplice ed efficace dei dati relativi al FdC. In tal modo, i clinici potranno usare queste informazioni per migliorare la loro conoscenza del fenomeno e personalizzare le terapie riabilitativa e farmacologica. L’affidabilità dello smartphone nel monitoraggio del cammino è stata valutata su soggetti sani tramite confronto con un sistema stereofotogrammetrico. Relativamente al monitoraggio del FdC, l’architettura è stata testata su 60 pazienti raggiungendo alti valori di sensibilità, specificità, accuratezza e precisione. Usabilià e accettabilità sono state valutate tramite questionari, che hanno rivelato l’intenzione dei pazienti ad usare il sistema. I risultati ottenuti evidenziano le potenzialità dell’architettura di essere applicata nella vita reale, migliorando la qualità di vita e la gestione del FdC.