Name: Resonancia magnética funcional en conjunto con un nuevo dispositivo robótico inducido por RMN para evaluar la rehabilitación de las personas que se recuperan de los déficits de agarre de manos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-11-23T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 34 s
Description: Aprende a evaluar la rehabilitación del agarre manual en pacientes con déficits neurológicos mediante un dispositivo robótico compatible con RMN y resonancia magnética funcional. Este método permite monitorear la neuroplasticidad cerebral durante la recuperación motora.

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Este trabajo fue apoyado por una subvención del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (Número de Subvención 1R01NS105875-01A1) de los Institutos Nacionales de Salud a A. Aria Tzika. Este trabajo se realizó en el Centro Athinoula A. Martinos para imágenes biomédicas.  Deseamos agradecer al Director Dr. Bruce R. Rosen, M.D., Ph.D. y a los miembros del personal del Centro Martinos por su apoyo.  Además, deseamos dar las gracias al Sr. Christian Pusatere y al Sr. Michael Armanini por su asistencia en la ejecución de experimentos.  Por último, agradecemos al Dr. Michael A. Moskowitz y al Dr. Rosen su orientación en la concepción y desarrollo de la MR_CHIROD serie de dispositivos y los estudios de accidente cerebrovascular asociados.

Todos los experimentos fueron aprobados por la Junta de Revisión Institucional del Hospital General de Massachusetts y realizados según lo aprobado en el Centro De Imágenes Biomédicas Athinoula A. Martinos.
1. Preparación del sujeto
NOTA: Los criterios de inclusión son: i) dominio de la mano derecha, (ii) capacidad para dar consentimiento informado por escrito. La exclusión se implementó sobre la base de la detección de contraindicadores en el entorno de resonancia magnética, tales como los siguientes: a Criterios de exclusión de la RMN de rutina, como la presencia de un clip de marcapasos o aneurisma cerebral e implantes metálicos o contenido metálico en el cuerpo; (b) antecedentes de convulsiones (c) claustrofobia; (d) embarazo.
<ol><li>Para obtener el consentimiento informado, lea el formulario de consentimiento al voluntario. Tanto el voluntario como el investigador firman los lugares apropiados en forma de consentimiento por duplicado. Deje una copia firmada del formulario de consentimiento en un lugar apropiado para los registros del investigador. Guarde la segunda copia del formulario de consentimiento para los registros del participante.</li>
	<li>Hacer seprueba al voluntario para detectar contraindicaciones por RMN (resonancia magnética). Rellene la lista de contraindicaciones de RMN y pregunte sobre cada elemento de la lista, marcando las casillas según corresponda.</li>
	<li>No proceda con la exploración si los participantes tienen (o potencialmente tienen) cualquier contraindicación, incluyendo clips de aneurisma quirúrgico, marcapasos cardíacos, válvula cardíaca protésica, neuroestimulador, bombas implantadas, implantes cocleares, varillas metálicas, placas, tornillos, audífonos o parches transdérmicos.</li>
</ol>2. Configuración
<ol><li>Realice la configuración inicial en la sala del escáner. NOTA: Toda la formación necesaria debe ser obtenida por el investigador antes del procedimiento. Las precauciones relevantes para la instalación de RM deben tomarse en todo momento.<ol>
<li>Lleve el MR_CHIROD (Dispositivo Robótico Inducido por Mano Compatible con Resonancia Magnética) en la sala del escáner de RMN y colóquelo cerca del panel de penetración. Inserte el tubo neumático de 3/8 pulgadas en el tubo de paso del panel en la sala de soporte de RMN adyacente.</li>
		<li>Conecte los cables de sensor de fuerza y encoder de la sala del escáner de RMN al conector dsub (en forma de DSUB) de 9 pines en el lado de la sala del escáner del panel.</li>
	</ol></li>
	<li>Configure la sala de soporte de RMN.
	<ol>
<li>Enchufe el compresor de aire en una toma de corriente de 110 VCA. Con el regulador interno del compresor girado a la posición de presión de apagado/mínimo y la válvula de bola en posición fuera de posición, encienda el compresor y permita que llegue a la presión interna completa (4 min).</li>
		<li>Conecte los cables de sensor de fuerza y encoder de la sala de soporte al conector DSUB en el lado externo del panel de penetración.</li>
		<li>Conecte el accesorio de tubo neumático de 3/8 pulgadas, que emerge del paso del panel de penetración a la salida de la salida del regulador de presión de la interfaz/unidad de potencia. Conecte el tubo neumático de 4 mm a la salida del compresor y la entrada del filtro de aire en la unidad de interfaz/potencia/regulador.</li>
		<li>Conecte la interfaz/alimentación/unidad reguladora al conector micro-USB del conjunto de cable/repetidor USB y conecte el cable repetidor al PC/portátil host en la sala de control de RMN. Conecte la interfaz/unidad de alimentación/regulador a un enchufe de pared de 110 VCA en la sala de soporte y, a continuación, encienda el interruptor de encendido.</li>
	</ol></li>
	<li>Coloque MR_CHIROD v3 con el paciente.
	<ol>
<li>Extienda y baje completamente el lecho del escáner de RM. Fije la mitad inferior de la bobina de la cabeza y guíe al voluntario a acostarse, asegurándose de que el voluntario está descansando cómodamente y ha extendido sus brazos cómodamente.</li>
		<li>Proporcione tapones para los oídos al voluntario para la reducción del ruido acústico.</li>
		<li>Coloque la bobina de la cabeza y las pequeñas almohadillas de espuma para inmovilizar la cabeza.</li>
		<li>Coloque almohadas alrededor del brazo de agarre del voluntario a nivel del brazo y el codo, para minimizar el acoplamiento vibratorio al propio cuerpo del voluntario y a las paredes del escáner de RM.</li>
		<li>Coloque la bola de comunicación en el pecho del voluntario, instruya sobre cómo usarla y confirme que la bola de comunicación funciona bien antes de iniciar los escaneos.</li>
		<li>Instale libremente el MR_CHIROD en el lado del paciente opuesto al de su lesión cerebral utilizando la ranura de la cama correspondiente. Con el codo del voluntario descansando sobre la mesa para soportar el peso de su brazo, mueva el mango de MR_CHIROD a la cinchas entre el pulgar y el dedo índice y guíe al voluntario para agarrar las manijas de la MR_CHIROD.</li>
		<li>Si el MR_CHIROD está en el lado opuesto de la mesa desde el panel de penetración, coloque los cables y el tubo neumático de modo que pasen por debajo de la mesa en lugar de sobre el paciente.</li>
		<li>Asegúrese de que la posición de agarre es adecuada para apretar. Indique al voluntario que apriete y empuje o tire de la MR_CHIROD hasta que tenga la posición más cómoda para apretar.</li>
		<li>Fije el MR_CHIROD firmemente en su lugar apretando las tuercas de plástico con una llave compatible con MR. NOTA: No se está realizando ninguna exploración en ese momento. Al colocar el MR_CHIROD, el voluntario descansa cómodamente en la cama del escáner de RM fuera del imán. La puerta de la sala de imán puede estar abierta.</li>
	</ol></li>
	<li>Configure el portátil de control en la sala de control de RM (junto al escáner y las salas de apoyo), confirme la conexión y configure el nivel de fuerza del paciente.
	<ol>
<li>Encienda el portátil e inicie el software de adquisición/análisis de datos. Conecte el conjunto de cable/repetidor USB al portátil. Encienda el proyector de la sala del escáner MR. Conecte el puerto de salida de vídeo del portátil al conector del proyector y configure el monitor para que extienda la pantalla al proyector. Conecte el cable de disparo USB HID del escáner al portátil para recibir señales de disparo del escáner.</li>
		<li>Ejecute la interfaz de usuario personalizada (UI) / control / programa de estímulo para el MR_CHIROD. Ajuste automáticamente MR_CHIROD presión en el nivel de "configuración" (mínimo) para empujar el mango a la parada final, verificando la visualización de formas de onda de movimiento y fuerza.</li>
		<li>Instruya al voluntario que los próximos apretones serán calibrar para la máxima fuerza de apretar y por lo tanto será difícil.</li>
		<li>Establezca el nivel de fuerza, por ejemplo, en 30 N e instruya al voluntario para que apriete completamente 2-3 veces con un período de aproximadamente 2 s. Observe si el voluntario puede completar un apretón a ese nivel de fuerza.</li>
		<li>Aumente gradualmente el nivel de fuerza y repita los intentos de compresión hasta que el voluntario no pueda completar un apretón. Esta medida sirve como un máximo de la fuerza de agarre del voluntario. La interfaz de usuario calcula automáticamente el 60%, el 40 % y el 20 % de los niveles de fuerza máxima para su uso durante las pruebas.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Introduzca los datos de los voluntarios y calibre el escáner MR
<ol><li>Ingrese los datos no identificados del voluntario según la política del hospital de acuerdo con las regulaciones de la HIPAA (Ley de Portabilidad y Responsabilidad del Seguro Médico de los Estados Unidos de 1996) en la consola del escáner.</li>
	<li>Mueva la mesa y el participante al escáner y colóquelo en el isocentro.</li>
</ol>4. Ejecute fMRI Session
<ol><li>Observe al voluntario a través de la ventana entre las salas de control y escáner y comuníquese con el voluntario para obtener el permiso del participante para iniciar el protocolo fMRI. Indíqueles que no sostengan el mango MR_CHIROD para permitir que descanse en la posición completamente abierta.</li>
	<li>Shim el imán y ejecutar una exploración localizadora. Abra el protocolo fMRI y establezca rebanadas para cubrir el cerebro del voluntario.</li>
	<li>Indique al voluntario que la sesión de fMRI está a punto de comenzar.</li>
	<li>Con la interfaz de usuario, establezca el MR_CHIROD para aplicar el primer nivel de fuerza (20% del máximo). El programa de interfaz de usuario mostrará un conjunto de instrucciones en el proyector de vídeo para que el voluntario les recuerde cómo responder al estímulo visual. La interfaz de usuario esperará a que el analizador proporcione una señal de activación para continuar.</li>
	<li>Inicie un protocolo de imágenes eco-planar para fMRI. Utilice el programa de imágenes MR_CHIROD de la carpeta USUARIOS. Los parámetros de adquisición y reconstrucción ya están establecidos en el programa de imágenes y no deben cambiarse. Se emplean los siguientes parámetros: en el plano 192 x 192 o 256 x 256 matrices de adquisición; TR (tiempo de repetición) en el rango de 2-3 s; a 30 ms TE (tiempo de eco); 5 mm de espesor de rodaja, y una resolución espacial de 1 mm x 1 mm. NOTA: El programa ui/adquisición/estímulo de datos esperará a recibir un pulso de disparo del escáner correspondiente con el inicio de exploraciones previas a la fMRI en el programa del escáner. El estímulo visual eliminará las instrucciones y mostrará una "cruz de fijación" en la que el voluntario se centrará. Cuando comiencen los TR de escaneo fMRI, se mostrará una pantalla de metrónomo visual, en forma de un círculo creciente y de encogimiento. El voluntario apretará y liberará completamente el mango sincrónicamente con el estímulo. Los períodos de descanso separarán los períodos de estímulo, durante los cuales se volverá a mostrar la cruz de fijación.</li>
	<li>Durante la ejecución de una tarea, supervise la salida de la fuerza y si el participante está realizando la tarea correctamente (es decir, completando completamente los puños y liberaciones y manteniendo la sincronización con el metrónomo visual) observando gráficas en vivo de fuerza y desplazamiento en la interfaz de usuario .</li>
	<li>Una vez que la primera ejecución haya terminado, confirme la continuación del experimento en la interfaz de usuario, que cambiará el nivel de fuerza al segundo de tres niveles. Repita desde el paso 4.5. Del mismo modo, cuando finalice la segunda ejecución, confirme la continuación para ejecutar la ejecución final en el nivel de tercera fuerza.</li>
	<li>Después de la tercera ejecución, la interfaz de usuario establecerá automáticamente MR_CHIROD presión en el nivel de "configuración" bajo.</li>
</ol>5. Complete la sesión de RMN
<ol><li>Indique al participante que se relaje y suelte el mango. Recoger una serie de escaneos anatómicos.</li>
</ol>6. Derribo
<ol><li>Retire al participante de la sala del escáner MR, siga los pasos de configuración en sentido inverso y proceda a apagar y desconectar las partes del MR_CHIROD. Transfiera datos de MR a la base de datos y al disco y cierre la sesión.</li>
</ol>

<ol><li>Mintzopoulos, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+of+Rehabilitation+in+Chronic+Stroke+Patients+Using+Novel+MR-Compatible+Hand+Robots%5BTitle%5D)+AND+%22The+Open+Neuroimaging+Journal%22%5BJournal%5D)">Functional MRI of Rehabilitation in Chronic Stroke Patients Using Novel MR-Compatible Hand Robots.</a> The Open Neuroimaging Journal. 2, 94-101 (2008).</li>
<li>Khanicheh, A., Mintzopoulos, D., Weinberg, B., Tzika, A. A., Mavroidis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MR_CHIROD+v.2%3A+Magnetic+resonance+compatible+smart+hand+rehabilitation+device+for+brain+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Neural+Systems+and+Rehabilitation+Engineering%22%5BJournal%5D)">MR_CHIROD v.2: Magnetic resonance compatible smart hand rehabilitation device for brain imaging.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 16 (1), 91-98 (2008).</li>
<li>Astrakas, L. G., Nagyi, S. H., Kateb, B., Tzika, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+using+robotic+MRI+compatible+devices+for+monitoring+rehabilitation+from+chronic+stroke+in+the+molecular+medicine+era+%28Review%29%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+International+Journal+of+Molecular+Medicine%22%5BJournal%5D)">Functional MRI using robotic MRI compatible devices for monitoring rehabilitation from chronic stroke in the molecular medicine era (Review).</a> IEEE International Journal of Molecular Medicine. 29 (6), 963-973 (2012).</li>
<li>Lazaridou, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((fMRI+as+a+molecular+imaging+procedure+for+the+functional+reorganization+of+motor+systems+in+chronic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Medicine+Reports%22%5BJournal%5D)">fMRI as a molecular imaging procedure for the functional reorganization of motor systems in chronic stroke.</a> Molecular Medicine Reports. 8 (3), 775-779 (2013).</li>
<li>Lazaridou, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+tensor+and+volumetric+magnetic+resonance+imaging+using+an+MR-compatible+hand-induced+robotic+device+suggests+training-induced+neuroplasticity+in+patients+with+chronic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Molecular+Medicine%22%5BJournal%5D)">Diffusion tensor and volumetric magnetic resonance imaging using an MR-compatible hand-induced robotic device suggests training-induced neuroplasticity in patients with chronic stroke.</a> International Journal of Molecular Medicine. 32 (5), 995-1000 (2013).</li>
<li>Mintzopoulos, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Connectivity+alterations+assessed+by+combining+fMRI+and+MR-compatible+hand+robots+in+chronic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Connectivity alterations assessed by combining fMRI and MR-compatible hand robots in chronic stroke.</a> NeuroImage. 47, T90-T97 (2009).</li>
<li>Mintzopoulos, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((fMRI+Using+GRAPPA+EPI+with+High+Spatial+Resolution+Improves+BOLD+Signal+Detection+at+3T%5BTitle%5D)+AND+%22The+Open+Magnetic+Resonance+Journal%22%5BJournal%5D)">fMRI Using GRAPPA EPI with High Spatial Resolution Improves BOLD Signal Detection at 3T.</a> The Open Magnetic Resonance Journal. 2, 57-70 (2009).</li>
<li>Khanicheh, A., Mintzopoulos, D., Weinberg, B., Tzika, A. A., Mavroidis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+Electrorheological+Fluid+Dampers+for+Applications+at+3-Tesla+MRI+Environment%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE%2FASME+Transactions+on+Mechatronics%22%5BJournal%5D)">Evaluation of Electrorheological Fluid Dampers for Applications at 3-Tesla MRI Environment.</a> IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 13 (3), 286-294 (2008).</li>
<li>Babaiasl, M., Mahdioun, S. H., Jaryani, P., Yazdani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+technological+and+clinical+aspects+of+robot-aided+rehabilitation+of+upper-extremity+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Disability+and+Rehabilitation+Assistive+Technology%22%5BJournal%5D)">A review of technological and clinical aspects of robot-aided rehabilitation of upper-extremity after stroke.</a> Disability and Rehabilitation Assistive Technology. 11 (4), 263-280 (2016).</li>
<li>Huang, V. S., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+neurorehabilitation%3A+a+computational+motor+learning+perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+NeuroEngineering+and+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">Robotic neurorehabilitation: a computational motor learning perspective.</a> Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 6, 5(2009).</li>
<li>Tsekos, N., Khanicheh, A., Christoforou, E., Mavroidis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+Resonance-Compatible+Robotic+and+Mechatronics+Systems+for+Image-Guided+Interventions+and+Rehabilitation%3A+A+Review+Study%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Magnetic Resonance-Compatible Robotic and Mechatronics Systems for Image-Guided Interventions and Rehabilitation: A Review Study.</a> Annual Review of Biomedical Engineering. 9, 351-387 (2007).</li>
<li>Sivak, M., Unluhisarcikli, O., Weinberg, B., Mirelman-Harari, A., Bonato, P., Mavroidis, C. Haptic system for hand rehabilitation integrating an interactive game with an advanced robotic device. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSivak%2C+M+%22Proceedings+of+IEEE+Haptics+Symposium%22">Proceedings of IEEE Haptics Symposium</a>. , Waltham, MA. (2010).</li>
<li>Colombo, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+strategies+to+improve+patient+motivation+during+robot-aided+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+NeuroEngineering+and+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">Design strategies to improve patient motivation during robot-aided rehabilitation.</a> Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 4 (1), 3(2007).</li>
<li>Unluhisarcikli, O., et al. A Robotic Hand Rehabilitation System with Interactive Gaming Using Novel Electro-Rheological Fluid Based Actuators. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aUnluhisarcikli%2C+O+%22Proceedings+of+IEEE+International+Conference+on+Robotics+and+Automation%22">Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation</a>. , Anchorage, AK. (2010).</li>
</ol>

Ninguno de los autores tiene conflictos que revelar.

Presentamos fMRI de una tarea motora utilizando la última versión de un nuevo dispositivo robótico, el MR_CHIROD1,2,8. El MR_CHIROD ha sido diseñado para ejecutar una tarea de agarre de compás que ha podido ser realizada por pacientes con accidente cerebrovascular crónico y que se ha estudiado previamente1,2,3,<sup class="xre...

Las métricas de diagnóstico por imágenes adecuadas pueden monitorear y predecir la probabilidad de éxito de la terapia en individuos mejor que las evaluaciones clínicas y proporcionar información para mejorar e individualizar la planificación de la terapia. Hemos desarrollado experiencia con pacientes recuperándose de accidente cerebrovascular crónico1,2,3,4,5,6,7,8. Desarrollar estrategias individualizadas óptimas que se centren en cómo el entrenamiento motor puede influir en la mejora incremental, ya sea en la reorganización de la actividad neuronal y / o la función motora sigue siendo un desafío. La información sobre los procesos subyacentes de remodelación estructural y reorganización para la recuperación funcional en el cerebro después de una enfermedad neurológica puede permitirnos evaluar la relación entre los patrones topográficos distribuidos de actividad neuronal y la recuperación funcional a través de métodos de neuroimagen funcional y mapeo cerebral. El éxito facilitará el desarrollo de estrategias de tratamiento personalizadas optimizadas para producir mejoras en la fuerza del agarre en una amplia población con condiciones neurológicas basadas en las métricas de resonancia magnética (RM)9.
Aquí presentamos un protocolo que emplea un dispositivo de mano robótico de nuevo diseño que proporciona una fuerza de resistencia controlable contra la cual un sujeto se agarra y libera un mango en sincronía con un estímulo visual oscilante. El MR_CHIROD v3 (dispositivo rólogo inducido a mano compatible con MR) es un sistema para la presentación de fuerzas ajustables contra las que se realizan movimientos de agarre y liberación, mientras que la medición y grabación de la fuerza aplicada, el desplazamiento de agarre y las marcas de tiempo para cada punto de datos (Figura 1). El dispositivo fue diseñado para proporcionar evaluaciones confiables de las imágenes de activación cerebral durante la fMRI (imágenes de resonancia magnética funcional), que se puede utilizar para evaluar los cambios dependientes del nivel de oxígeno en la sangre (BOLD) en las respuestas cerebrales de los pacientes que se recuperan de trastornos neurológicos. La compatibilidad con RM se logra mediante el uso de componentes totalmente no ferrosos/no magnéticos para la estructura y elementos del actuador neumático y componentes electrónicos/sensores blindados que se colocan en la cama del escáner. La Figura 2 muestra el dispositivo conectado a una cama del escáner MR, y con un sujeto en el orificio del imán agarrando el mango del MR_CHIROD v3(Figura 3). Los componentes de interfaz y control se colocan fuera de la sala del escáner MR(Figura 4).
El dispositivo se utiliza simultáneamente con métodos de imágenes cerebrales para evaluar las activaciones cerebrales relevantes. El uso principal del sistema es proporcionar una tarea motora que genera activaciones de las áreas motoras del cerebro, que se detectan mediante fMRI. La activación cerebral durante el uso de la MR_CHIROD durante la toma de imágenes puede evaluar la neuroplasticidad en enfermedades neurológicas. Mediante el seguimiento de los cambios en las activaciones en el curso y después del entrenamiento motor utilizando el MR_CHIROD, se puede observar el progreso de la rehabilitación motora después de cualquier enfermedad neurológica que conduzca a déficits motores (por ejemplo, accidente cerebrovascular).
El MR_CHIROD v3 también se puede montar en la mesa, para su uso en ejercicios de entrenamiento intra-scan, en los que el sujeto se agarra y libera en respuesta a estímulos visuales adecuados durante períodos de 45 min, tres veces por semana durante el estudio. Nuestra experiencia con entrenamiento robóticamente entregado, monitoreado con imágenes, sugiere que la ventana de recuperación para pacientes con accidente cerebrovascular, por ejemplo, nunca puede cerrar1.
Nuestra razón para construir y utilizar un robot de agarre manual compatible con MR es que la recuperación robótica tiene el potencial de producir un gran impacto en el deterioro debido a su fácil despliegue, aplicabilidad en diversas deficiencias motoras, alta fiabilidad de medición y capacidad para ofrecer protocolos de entrenamiento de alta intensidad10. Nuestro robot compatible con MR puede: (a) ajustarse para rangos de movimiento específicos del sujeto y ajustarse mediante programación para aplicar niveles de fuerza específicos del sujeto; (b) controlar, medir y registrar los parámetros de fuerza y desplazamiento a través de un ordenador host; (c) ajustar remotamente los parámetros de control sin requerir la interrupción del escaneo para el acceso a la sala del escáner MR o el reposicionamiento del sujeto; y (d) proporcionar terapia a través de ejercicios de entrenamiento de manera precisa y consistente durante períodos prolongados.
Somos conscientes de que no hay ningún dispositivo robótico de recuperación disponible comercialmente que pueda utilizarse con un escáner MR para medir la fuerza y el desplazamiento de agarre de la mano del sujeto mientras aplicamos la fuerza de variación de tiempo controlada por computadora. Tsekos et al.11 han revisado una variedad de dispositivos robóticos y de rehabilitación basados principalmente en investigación, compatibles con MR, incluyendo iteraciones anteriores de la serie de dispositivos MR_CHIROD. Otros dispositivos fueron diseñados para estudiar el movimiento de la muñeca, el movimiento de los dedos, la fuerza de agarre isométrica y los movimientos multiarticulares. Para los dispositivos que proporcionan activamente fuerzas resistivas u otras, se han empleado una variedad de tecnologías compatibles con MR, incluyendo hidráulica, neumática, varillajes mecánicos y amortiguadores de fluidos electrorheológicos. Algunos dispositivos incluyen múltiples grados de libertad, incluyendo otra extensión de las versiones anteriores MR_CHIROD añadió un grado de libertad rotacional y aplicación de fuerza hidráulica, sin embargo no fue adaptado para la compatibilidad mr12.
Nuestro dispositivo específico para agarre de mano tiene las ventajas de la portabilidad (se transporta regularmente entre las instalaciones de RM y los sitios de entrenamiento basados en oficinas), y la capacidad de producir grandes fuerzas resistivas controladas por computadora y que varían en el tiempo. El uso actual de la tecnología neumática en el MR_CHIROD evita la necesidad de fuentes de alto voltaje necesarias para los sistemas electroreológicos basados en fluidos, el potencial de fuga de fluido hidráulico y cables/enlaces complejos que unen el mecanismo de interfaz con componentes externos de alimentación y control.
El MR_CHIROD fue el primer dispositivo que se demostró que funcionaba junto con la fMRI para el mapeo cerebral en pacientes con accidente cerebrovascular1. Es importante destacar que el MR_CHIROD v3 es particularmente útil para la formación en el hogar u oficina, ya que el sistema y su software fueron diseñados para su uso sin apoyo clínico experto y con elementos motivacionales ("gamificación"). En relación con el entrenamiento facilitado por fisioterapeutas en un hospital, la oficina o el entrenamiento en el hogar es menos costoso y más conveniente, lo que facilita que los pacientes se adhieran a la terapia diaria. El dispositivo, que ya es relativamente económico en relación con algunos de los otros dispositivos basados en la investigación, se puede rediseñar para mejorar la relación costo-beneficio. La realidad virtual y la gamificación de la formación, ambas compatibles con la MR_CHIROD v3, pueden captar a los pacientes, aumentar su atención durante la tarea, y mejorar la motivación, aumentando así la eficacia de la recuperación13.

<table><tbody><tr><td>Rodamientos de bolas, plástico con bolas de vidrio (8)</td><td>McMaster-Carr</td><td>6455K97</td><td></td></tr><tr><td>Convertidor de nivel lógico bidireccional</td><td>Adafruit</td><td>395</td><td></td></tr><tr><td>Dual LS7366R Quadrature Encoder Buffer SuperDroid</td><td>Robots</td><td>TE-183-002</td><td></td></tr><tr><td>Feather M0 WiFi w/ATWINC1500</td><td>Adafruit</td><td>Adafruit 3010</td><td></td></tr><tr><td>Tuercas con brida, fibra de vidrio, 3/8"-16 (8)</td><td>McMaster-Carr</td><td>98945A041</td><td></td></tr><tr><td>Varilla de garolita, &frac34; &rdquo; Diámetro, 4' largo</td><td>McMaster-Carr</td><td>8467K84</td><td></td></tr><tr><td>Laptop</td><td>Varios</td><td></td><td>Cualquier portátil con puerto(s) USB2.0 y</td></tr><tr><td>célula de carga MATLAB (20kg)</td><td>Robotshop</td><td>RB-PHI-119</td><td></td></tr><tr><td>Load Cell Amplifier- HX711</td><td>Mouser</td><td>474-SEN-13879</td><td></td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td></td><td>versión 2008 o posterior con Psychophysics Toolbox</td></tr><tr><td>Resonancia magnética escáner de imágenes</td><td>Siemens</td><td>Skyra 3T</td><td>Escáner de cuerpo completo 3T con capacidades BOLD y GRAPPA</td></tr><tr><td>MR_CHIRODv3</td><td>fabricación propia</td><td></td><td>Estructura de plástico e impresión 3D a medida</td></tr><tr><td>Placa de desarrollo de amplificadores operacionales</td><td>Schmartboard</td><td>710-0011-01</td><td></td></tr><tr><td>Fuente de alimentación de montaje en panel</td><td>Delta</td><td>PMT-D2V100W1AA</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de plástico y accesorios de tubo</td><td>McMaster-Carr</td><td>varios</td><td></td></tr><tr><td>Pyrex/grafito pistón/cilindro módulo</td><td>Airpot</td><td>2KS240-3</td><td></td></tr><tr><td>Tornillos, &frac14; "-20, nylon</td><td>McMaster-Carr</td><td>varios</td><td></td></tr><tr><td>collares de eje para &frac34; &rdquo; Eje de diámetro, nailon (2)</td><td>McMaster-Carr</td><td>9410T6</td><td>Tornillos de apriete metálicos de stock sustituidos por tornillos de plástico</td></tr><tr><td>Cables blindados (2)</td><td>US Digital</td><td>CA-C5-SH-C5-25</td><td></td></tr><tr><td>Varilla roscada, fibra de vidrio, 3/8"-16</td><td>McMaster-Carr</td><td>91315A010</td><td></td></tr><tr><td>Codificador óptico transmisivo tira de código</td><td>US Digital</td><td>LIN-2000-3.5-0.5</td><td></td></tr><tr><td>Óptico transmisivo Módulo de codificador</td><td>US Digital</td><td>EM2-0-2000-I</td><td></td></tr><tr><td>Rodamientos de manguito de PTFE</td><td>McMaster-Carr</td><td>2639T32</td><td></td></tr></tbody></table>

resonancia magnética funcional en conjunto con un nuevo dispositivo robótico inducido por rmn para evaluar la rehabilitación de las personas que se recuperan de los déficits de agarre de manos

Functional MRI in Conjunction with a Novel MRI-compatible Hand-induced Robotic Device to Evaluate Rehabilitation of Individuals Recovering from Hand Grip Deficits

La resonancia magnética funcional (fMRI) es una técnica de resonancia magnética no invasiva que toma imágenes de la activación cerebral in vivo, utilizando la desoxihemoglobina endógena como agente de contraste endógeno para detectar cambios en el nivel de sangre dependiente oxigenación (efecto BOLD). Combinamos fMRI con un novedoso dispositivo robótico (dispositivo robótico inducido a mano compatible con RM [MR_CHIROD]) para que una persona en el escáner pueda ejecutar una tarea motora controlada, apretar a mano, que es un movimiento de mano muy importante para estudiar en enfermedades motoras neurológicas . Empleamos imágenes paralelas (calibración automática generalizada de adquisiciones parcialmente paralelas [GRAPPA]), lo que permitió una mayor resolución espacial, lo que permitió una mayor sensibilidad a BOLD. La combinación de fMRI con el dispositivo robótico inducido a mano permitió un control preciso y monitoreo de la tarea que se ejecutó mientras un participante estaba en el escáner; esto puede resultar ser útil en la rehabilitación de la función motora de la mano en pacientes que se recuperan de déficits neurológicos (por ejemplo, accidente cerebrovascular). Aquí delineamos el protocolo para utilizar el prototipo actual del MR_CHIROD durante un escaneo fMRI.

La metodología esbozada en el protocolo permite la recopilación de imágenes fMRI mientras el voluntario está realizando la tarea en tiempo real en el imán. Los experimentos se realizaron en las instalaciones de la Bahía 1 del Hospital General de Massachusetts Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, utilizando un escáner de resonancia magnética de cuerpo completo 3T. La Figura 2 y la Figura 3 muestran la colocación de la MR_CHIROD sobre la mesa y el ...

Realizamos una resonancia magnética funcional utilizando un nuevo dispositivo robótico inducido a mano compatible con RMN para evaluar su utilidad para monitorear la función motora de la mano en individuos que se recuperan de déficits neurológicos.

Resonancia magnética funcional en conjunto con un nuevo dispositivo robótico inducido por RMN para evaluar la rehabilitación de las personas que se recuperan de los déficits de agarre de manos

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a non-invasive magnetic resonance imaging technique that images brain activation in vivo, using endogenous ...

Este protocolo se utiliza para supervisar la rehabilitación de pacientes con déficits de agarre de las manos. Los pacientes con accidente cerebrovascular crónico y aquellos con otras enfermedades neurológicas que implican déficits motores pueden beneficiarse de esta técnica. Las imágenes de resonancia magnética permiten monitorear la adaptabilidad del cerebro.En otras palabras, neuroplasticidad en respuesta a la rehabilitación del rendimiento de agarre. Con la modificación adecuada del dispositivo de estímulo de la fuerza este método se puede aplicar para la rehabilitación de discapacidades que afectan a otras regiones del cuerpo. Este dispositivo y cualquier modificación deben conservar la compatibilidad con MR.Es importante asegurarse de que la varilla de RMN se ha conectado correctamente y sus funciones verificadas antes de introducir un sujeto en la sala de RMN. Antes de comenzar este experimento, primero obtenga el consentimiento informado del sujeto y mosúquelos minuciosamente para comprobar la seguridad de la RMN. No proceda con la exploración si el participante tiene alguna contraindicación de RMN potencial.Para comenzar la configuración, primero lleve el dispositivo robótico inducido a mano compatible con resonancia magnética en la sala de RESONANCIA magnética y colóquelo cerca del panel de penetración. A continuación, inserte el tubo neumático de 3/8 pulgadas en el tubo de paso en el panel, en la sala de soporte de RMN adyacente. A continuación, conecte los cables de detección y encoder de la sala de soporte al conector D-sub en el lado externo del panel de penetración como se muestra aquí.Conecte el accesorio de tubo neumático de 3/8 pulgadas, que emerge del panel de penetración, a la salida de la salida del regulador de presión de la unidad de potencia de interfaz. A continuación, conecte el tubo neumático de cuatro milímetros a la salida del compresor en la entrada del filtro de aire en el regulador de potencia de la interfaz. Después de extender y bajar la cama del escáner, conecte la mitad inferior de la bobina de la cabeza y haga que el voluntario se acueste, asegurándose de que esté descansando cómodamente con los brazos extendidos y utilice pequeñas almohadillas de espuma para inmovilizar la cabeza del participante.Coloque la bola de comunicación en el pecho del voluntario y proporcione instrucciones sobre su uso. Además, conecte la parte superior de la bobina de la cabeza. Ahora, instale libremente el dispositivo robótico en el lado del paciente frente a su lesión cerebral utilizando la ranura de cama correspondiente.Luego, con el codo del voluntario apoyado sobre la mesa para sostener su brazo, mueva el mango del dispositivo a la correa entre el pulgar y el dedo índice y ayúdelos a agarrar las manijas. Si el dispositivo está en el lado opuesto de la mesa desde el panel de penetración, coloque los cables en el tubo neumático para que pasen debajo de la mesa en lugar de sobre el paciente. A continuación, instruya al voluntario que apriete y empuje o tire del dispositivo hasta que tenga la posición más cómoda para apretar.A continuación, fije el dispositivo firmemente en su lugar apretando las tuercas de plástico con una llave compatible con RM. Ahora, ejecute el programa de estímulo de interfaz de usuario personalizada. Ajuste la presión al nivel de configuración mínimo para empujar automáticamente el mango al tope final, verificando la visualización de las formas de onda de movimiento y fuerza.A continuación, establece el nivel de fuerza e instruye al voluntario a apretar completamente de dos a tres veces durante aproximadamente dos segundos. Observe si el voluntario puede completar un apretón a ese nivel de fuerza. Aumente gradualmente el nivel de fuerza y repita los intentos de compresión hasta que no puedan completar un apretón.Esta medición sirve como la máxima fuerza de agarre del voluntario. El programa calculará automáticamente el 60%40% y el 20% del nivel máximo de fuerza para su uso durante las pruebas. A continuación, confirme que la bola de comunicación funciona y, a continuación, colómela utilizando la alineación láser, antes de mover la mesa y el participante al centro iso del escáner.Ahora, utilizando la interfaz de usuario, genere las imágenes de instrucción y estímulo y configure el sistema para aplicar el primer nivel de fuerza y esperar una señal de disparo desde el escáner de RMN. El programa mostrará un conjunto de instrucciones para recordarle al voluntario cómo responder al estímulo visual. El programa esperará a que el escáner proporcione una señal de disparo y luego eliminará las instrucciones y mostrará una cruz de fijación en la que el voluntario debe centrarse.Cuando comienza la adquisición del escaneo fMRI, se mostrará un metrónomo visual en forma de un círculo creciente y encogido. El voluntario debe apretar completamente y liberar el mango sincrónicamente con el estímulo. Los períodos de descanso separarán los períodos de estímulo durante los cuales se mostrará de nuevo la cruz de fijación.Observe las gráficas en vivo de fuerza y desplazamiento para supervisar la salida de la fuerza y el rendimiento de la tarea participante. Una vez completado el experimento, haga saber al participante que puede relajarse y soltar el mango. Finalmente, recoger una serie de exploraciones anatómicas.Esta figura muestra los resultados típicos de la tarea del motor. Aquí vemos las activaciones fMRI superpuestas en un contorno cerebral y como pseudocolor en una vista tridimensional y transversal de la imagen anatómica del voluntario. M1 indica que la corteza motora primaria y SMA indican el área motora suplementaria.Esta imagen muestra las activaciones de pseudocolor renderizadas en una plantilla cerebral. Este gráfico muestra la salida de fuerza real medida en unidades de fuerza en función del tiempo. La salida se grabó en tiempo real.La barra blanca corresponde al estímulo de 60 segundos y al período de descanso. Aquí, se muestra un único curso de tiempo voxal de activación, elegido de un voxal en el área somatosensorial en la ubicación de los pelos cruzados en esta imagen. Todos los sujetos deben estar debidamente entrenados para realizar los movimientos de agarre de seguimiento del metrónomo con antelación.Además, la sincronización entre el estímulo visual y la secuencia de RMN es crucial. En este protocolo se pueden utilizar modalidades de diagnóstico por imágenes adicionales, como imágenes de tensores de difusión para detectar la orientación y el crecimiento del tracto de fibra de materia blanca, que también se espera que cambie con la rehabilitación. Realizar cualquier experimento de RM es peligroso debido al potente campo magnético generado por el escáner.Por lo tanto, todos los sujetos y experimentadores deben seguir las pautas de seguridad de la RM, incluido el cribado de contraindicaciones. El desarrollo de este proceso permitirá la demostración de que la recuperación de accidentes cerebrovasculares continúa más allá de seis meses después de la lesión, lo que sugiere que la terapia y el reembolso del seguro asociado deben continuar más allá de este tiempo.

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Haptic / Graphic Rehabilitación: La integración de un robot en un entorno virtual Biblioteca y su aplicación a la terapia de Carrera

El uso combinado de terapia robótica y estimulación transcraneal por corriente directa como un complemento para la terapia de rehabilitación convencionales puede resultar en mejores resultados terapéuticos debido a la modulación de la plasticidad cerebral. En este artículo, describimos los métodos combinados utilizados en nuestro Instituto para mejorar el rendimiento del motor después del accidente cerebrovascular.

El uso combinado de terapia robótica y estimulación de corriente directa de Transcranial para el miembro superior

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Uso de un dispositivo de resistencia controlada digitalmente inducida por el pie para la evaluación de imágenes de resonancia magnética funcional en pacientes con paresia del pie

El propósito de este estudio es proporcionar una referencia importante para el funcionamiento clínico estándar de la interfaz cerebro-computadora de imágenes motoras (MI-BCI) para la disfunción motora de las extremidades superiores después de un accidente cerebrovascular.

Interfaz cerebro-computadora de imágenes motoras en la rehabilitación de la disfunción motora de las extremidades superiores después de un accidente cerebrovascular

Este protocolo presenta una extremidad robótica supernumeraria portátil y flexible diseñada para ayudar en la rehabilitación de los dedos de los pacientes con accidente cerebrovascular. El diseño incorpora un sensor de flexión para facilitar la interacción fluida entre humanos y robots. La validación a través de experimentos con voluntarios sanos y pacientes con accidente cerebrovascular subraya la eficacia y fiabilidad del estudio propuesto.

Una extremidad robótica supernumeraria portátil y flexible para pacientes con accidente cerebrovascular crónico

Se estima que 1 de cada 6 personas en todo el mundo sufrirá un accidente cerebrovascular a lo largo de su vida, lo que le causará una discapacidad a largo plazo, cuyos mecanismos de rehabilitación aún no se conocen bien. Este estudio propone un protocolo para evaluar la activación cerebral mediante espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) durante una sesión de terapia robótica de miembros inferiores.

Un experimento que utiliza espectroscopía funcional de infrarrojo cercano y movimientos de apuntamiento multiarticular asistidos por robots de la extremidad inferior

Este protocolo describe un robot de rehabilitación de extremidades superiores que proporciona retroalimentación inteligente a través de cuatro modos. Estos modos mejoran la función y la flexibilidad de las extremidades superiores, mejorando así la calidad de vida de los pacientes.

Mejora de la función de las extremidades superiores y las habilidades motoras después de un accidente cerebrovascular a través de un robot de rehabilitación de extremidades superiores

Este protocolo experimental describe el uso de un sistema robótico dual orientado a tareas en la extremidad superior para pacientes con accidente cerebrovascular con disfunción de la extremidad superior. Los hallazgos indican que este sistema puede mejorar significativamente la función de las extremidades superiores y las actividades de la vida diaria de los pacientes con accidente cerebrovascular.

Aplicación de un sistema robótico dual orientado a tareas en la extremidad superior para la recuperación funcional de la extremidad superior en pacientes con ictus

Este estudio presenta un sistema de interfaz cerebro-computadora (BCI) para pacientes con accidente cerebrovascular, que combina señales de electroencefalografía y electrooculografía para controlar una mano robótica de la extremidad superior, mejorando las actividades diarias. En la evaluación se utilizó el Test Bimanual de Berlín para el Ictus (BeBiTS).

Sistema robótico de extremidades superiores controlado por interfaz cerebro-computadora para mejorar las actividades diarias en pacientes con accidente cerebrovascular

Este estudio explora los efectos de un robot neumático blando configurable en la mejora de la topología de la red de todo el cerebro después del accidente cerebrovascular. El análisis de la teoría de grafos indica mejoras significativas en el coeficiente de agrupación, la longitud de la trayectoria y la eficiencia global. Los hallazgos destacan el potencial de los protocolos robóticos programables para modular la neuroplasticidad y optimizar la recuperación funcional en la rehabilitación del...

Un robot neumático blando modula las métricas de la teoría de grafos de la red cerebral para la rehabilitación de la mano después de un accidente cerebrovascular

Aprende a evaluar la rehabilitación del agarre manual en pacientes con déficits neurológicos mediante un dispositivo robótico compatible con RMN y resonancia magnética funcional. Este método permite monitorear la neuroplasticidad cerebral durante la recuperación motora.

Resonancia magnética funcional en conjunto con un nuevo dispositivo robótico inducido por RMN para evaluar la rehabilitación de las personas que se recuperan de los déficits de agarre de manos (Video) | JoVE Journal

Resonancia magnética funcional en conjunto con un nuevo dispositivo robótico inducido por RMN para evaluar la rehabilitación de las personas que se recuperan de los déficits de agarre de manos

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