تجربة باستخدام التحليل الطيفي الوظيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء وحركات التأشير متعددة المفاصل بمساعدة الروبوت للطرف السفلي
يونيو 7, 2024
تشير التقديرات إلى أن 1 من كل 6 أفراد في جميع أنحاء العالم سيصابون بسكتة دماغية في حياتهم ، مما يتسبب في إعاقة طويلة الأجل ، لا تزال آليات إعادة التأهيل غير مفهومة بشكل جيد. تقترح هذه الدراسة بروتوكولا لتقييم تنشيط الدماغ عن طريق التحليل الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (fNIRS) خلال جلسة العلاج الروبوتي للأطراف السفلية.
في هذه الدراسة ، نهدف إلى التحقيق في جدوى بروتوكول تجريبي يتضمن حركات الطرف السفلي المتصل بجهاز روبوتي واكتساب متزامن للتحليل الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة ، fNIRS ، البيانات. استخدمت دراسات قليلة fNIRS لدراسة تنشيط الدماغ في السكتة الدماغية ، والتعافي الحركي ، وحركات الأطراف السفلية ، مع التركيز بشكل أساسي على إجراءات المفصل الفردي أو المشي أو ركوب الدراجات. دراستنا رائدة في استكشاف تدريب الأطراف السفلية متعددة المفاصل لإعادة تأهيل الهدف.
يقيس التحليل الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة ، fNIRS ، بشكل فعال التغيرات الزمنية في أكسجة الدم في الدماغ ، ويعمل كمؤشر غير مباشر لنشاط الدماغ ، لإشارات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفية. على عكس التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ، فإن fNIRS متوافق مع الأجهزة الروبوتية والمحمولة والأكثر قوة في التحف المتحركة. هناك تحديان رئيسيان.
الأول هو مزامنة حركات الجهاز الروبوتي مع بيانات fNIRS. والثاني هو الحصول على بيانات كافية لتحقيق القوة الإحصائية ، للكشف عن التغيرات في الدورة الدموية في ست دقائق فقط. أكدت دراستنا جدوى البروتوكول وأسفرت عن النتائج المتوقعة.
في الحالة المساعدة ، أظهر شخصان فقط تنشيطا كبيرا للدماغ. أظهر التمرين بدون مساعدة ، الذي يتطلب المزيد من الجهد ، تغيرا أكبر في تركيز HbO مقارنة بالتمارين المساعدة ، مع اختلاف ملحوظ في PMC المقابل.
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في جدوى استخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء القريبة الوظيفية (fNIRS) لتقييم تنشيط الدماغ أثناء جلسات العلاج الروبوتي للأطراف السفلية لإعادة تأهيل السكتة الدماغية. وقد تم تطوير بروتوكول لمزامنة عملية الحصول على بيانات fNIRS مع الحركات الروبوتية، مما يتيح فهم نشاط الدماغ أثناء الحركات متعددة المفاصل التي تعد ضرورية لاستعادة القدرة الحركية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- إعادة التأهيل
- علم الروبوتات
خلفية علمية
- إن آليات إعادة تأهيل السكتة الدماغية ليست مفهومة جيداً.
- ركزت الدراسات السابقة على حركات المفاصل المفردة بدلاً من إعادة تأهيل المفاصل المتعددة.
- تعد تقنية fNIRS تقنية تصوير محمولة وقوية ومتوافقة مع الأنظمة الروبوتية.
الغرض من الدراسة
- لتقييم تنشيط الدماغ أثناء التدريب على الأطراف السفلية بمساعدة الروبوت.
- لاستكشاف الاختلافات في تنشيط الدماغ بين الحالات المدعومة وغير المدعومة.
- للتأكد من جدوى البروتوكول التجريبي.
الطرق المستخدمة
- تم استخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء القريبة الوظيفية (fNIRS) لقياس أكسجة الدم في الدماغ.
- قام المشاركون بتأدية حركات أثناء اتصالهم بجهاز روبوتي، مما أتاح التحكم في ظروف الحركة.
- جُمعت البيانات على مدار ست دقائق مع معايرة دقيقة لنظام fNIRS.
- تم اختبار حالتين: مع وجود المساعدة الروبوتية وبدونها.
النتائج الرئيسية
- لوحظ تنشيط ملحوظ في الدماغ خلال التمارين غير المدعومة مقارنة بالتمارين المدعومة.
- سُجلت تغيرات متزايدة في تركيز HbO بشكل أساسي في القشرة أمام الحركية اليسرى.
- أظهر أربعة أشخاص تنشيطاً في كلتا الحالتين، مع وجود فرق ملحوظ في النتائج بين المهام المدعومة وغير المدعومة.
الاستنتاجات
- توضح هذه الدراسة إمكانية استخدام fNIRS لمراقبة نشاط الدماغ أثناء التأهيل الروبوتي.
- تسلط النتائج الضوء على أهمية الحركات غير المساعدة في تحفيز نشاط دماغي أكبر.
- تساهم الدراسة في فهم الآليات العصبية المشاركة في التعافي الحركي بعد السكتة الدماغية.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
يتيح التصوير الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة الوظيفي (fNIRS) المتزامن مع حركات الأطراف السفلية متعددة المفاصل بمساعدة الروبوت رسم خرائط كمية لتنشيط الدماغ أثناء المهام الحركية المعقدة. ويدعم هذا النهج الثقة التنبؤية في أبحاث إعادة التأهيل العصبي في مراحلها المبكرة من خلال توفير قراءات عصبية موضوعية وقابلة للتكرار ذات صلة بالتعافي الحركي. كما أن دمج fNIRS مع المنصات الروبوتية يعزز الحد من المخاطر الآلية ويوجه الاستراتيجيات الانتقالية للتطوير العلاجي في ملفات علاج السكتة الدماغية والضعف الحركي.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير الصيدلاني الحيوي
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يتيح استقصاء الارتباطات العصبية الكامنة وراء الوظيفة الحركية وآليات التعافي.
- يدعم الحد من المخاطر البيولوجية من خلال التمييز بين أنماط التنشيط تحت مستويات متفاوتة من المساعدة الحركية.
- يوفر تحققاً من الأهداف الوظيفية لتدخلات التأهيل العصبي.
الفحص وتطوير المقايسة
- يسهل إعداد بروتوكولات التصوير العصبي المعتمدة للدراسات الانتقالية اللاحقة.
- يوفر مخرجات ديناميكية دمويّة كميّة وموحدة لضمان إمكانية تكرار المقايسة.
- يتيح فحص تأثيرات التدخلات على تنشيط الدماغ ضمن نماذج حركية محكومة.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- يربط خرائط التنشيط العصبي بالمهام الحركية ذات الصلة بالمرض لتطوير مؤشرات حيوية انتقالية.
- يدعم الاستمرارية من مرحلة الاكتشاف إلى التحقق قبل السريري في أبحاث إعادة التأهيل العصبي.
- يوفر تقييماً تنبؤياً لتقليل المخاطر للتدخلات المرشحة التي تستهدف مسارات التعافي الحركي.
تكامل سير العمل والمسارات التحليلية
يضع هذا البروتوكول تخطيط التنشيط العصبي القائم على تقنية fNIRS عند نقطة التقاء الاكتشافات المبكرة والأبحاث الانتقالية في مجال إعادة التأهيل العصبي.
- بيولوجيا الاكتشاف: قياس تفعيل الدماغ أثناء المهام الحركية متعددة المفاصل لتوضيح مسارات التعافي.
- الفحص: توفير بيانات ديناميكية دموية كمية وقابلة للتكرار لتقييم التدخلات العلاجية.
- التحليلات: تمكين المقارنة الإحصائية بين ظروف الحركة المدعومة وغير المدعومة باستخدام مقاييس HbO و HbR.
- الأبحاث الانتقالية: الربط بين النتائج المستخلصة من الأشخاص الأصحاء والنماذج قبل السريرية للتعافي من السكتة الدماغية.
- إعادة الاستخدام في المؤسسات: تأسيس سير عمل للتصوير العصبي قابل لإعادة الاستخدام ومتوافق مع منصات التأهيل الروبوتية.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تعزز الثقة التنبؤية وتقلل من الغموض الميكانيكي في أبحاث التعافي الحركي.
- القيمة التشغيلية: توفر تصويراً عصبياً موحداً ومقاوماً للحركة ومتوافقاً مع الأنظمة الروبوتية.
- القيمة الاستراتيجية: تدعم اتخاذ قرارات المضي قدماً أو التوقف بشأن المرشحين لإعادة التأهيل العصبي من خلال توفير نقاط نهاية عصبية موضوعية.
- تأثير المحفظة: تدعم تحديد الأولويات المعدلة حسب المخاطر للتدخلات التي تستهدف استعادة الوظيفة الحركية.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في التصوير العصبي، والروبوتات، والتحليل الإحصائي للبيانات الهيموديناميكية.
- يستلزم الوصول إلى أجهزة fNIRS ومنصات الحركة الروبوتية.
- يتطلب توحيد بروتوكولات الحصول على البيانات وتحليلها بين الفرق المختلفة.
- قد تكون هناك حاجة للتكييف مع نماذج حركة مختلفة أو مجموعات متنوعة من المرضى.
- قد تؤدي فترات الحصول على البيانات القصيرة وحجم العينة الصغير إلى الحد من القوة الإحصائية في بعض الحالات.
