Name: Risonanza magnetica funzionale in congiunzione con un nuovo dispositivo robotico indotto dalle mani compatibile con la risonanza magnetica per valutare la riabilitazione di individui che recuperano dai deficit di grip della mano (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-11-23T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 34 s
Description: Scopri la valutazione della riabilitazione della presa con un dispositivo robotico compatibile MRI e risonanza magnetica funzionale. Questo metodo monitora la neuroplasticità cerebrale nei pazienti con ictus cronico.

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Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione dell'Istituto Nazionale di Disturbi Neurologici e Ictus (numero di sovvenzione 1R01NS105875-01A1) dei National Institutes of Health ad A. Aria Tzika. Questo lavoro è stato eseguito presso l'Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging.  Ringraziamo il Direttore Dr. Bruce R. Rosen, M.D., Ph.D. e i membri dello staff del Martinos Center per il loro sostegno.  Ringraziamo inoltre Christian Pusatere e Michael Armanini per la loro assistenza nell'esecuzione di esperimenti.  Infine, ringraziamo il Dr. Michael A. Moskowitz e il Dr. Rosen per la loro guida nella concezione e nello sviluppo della serie MR_CHIROD di dispositivi e degli studi relativi all'ictus.

Tutti gli esperimenti sono stati approvati dall'Institutional Review Board del Massachusetts General Hospital e sono stati eseguiti come approvato presso l'Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging.
1. Preparazione del soggetto
 NOT:</</c0> I criteri di inclusione sono: (i) dominanza della mano destra, (ii) capacità di dare il consenso scritto informato. L'esclusione è stata attuata sulla base dello screening per i controindicatori nell'ambiente di risonanza magnetica come i seguenti: (a) criteri di esclusione della risonanza magnetica di routine, come la presenza di una clip di pacemaker o di aneurisma cerebrale e impianti metallici o contenuto metallico nel corpo; b) storia delle crisi epilettiche (c) claustrofobia; d) gravidanza.
<ol><li>Per ottenere il consenso informato, leggere il modulo di consenso al volontario. Sia il volontario che l'investigatore firmano nelle posizioni appropriate su forma di consenso in duplicato. Lasciare una copia firmata del modulo di consenso in un luogo appropriato per i registri degli investigatori. Conservare la seconda copia del modulo di consenso per i record del partecipante.</li>
	<li>Scherma il volontario per le controindicazioni della risonanza magnetica (RM). Compilare l'elenco delle controindicazioni della risonanza magnetica e informarsi su ogni elemento dell'elenco, saltellando le caselle in base alle esigenze.</li>
	<li>Non procedere con la scansione se i partecipanti hanno (o potenzialmente hanno) controindicazioni, tra cui clip di aneurisma chirurgico, pacemaker cardiaco, valvola cardiaca, neurostimolatore, pompe impiantate, impianti cocleari, aste metalliche, piastre, viti, apparecchi acustici o cerotto transdermico.</li>
</ol>2. Configurazione
<ol><li>Eseguire la configurazione iniziale nella sala scanner. NOTA: Tutta la formazione necessaria deve essere ottenuta dall'investigatore prima della procedura. Precauzioni rilevanti per l'impianto MR devono essere prese in ogni momento.<ol>
<li>Portare il MR_CHIROD (Dispositivo robotico indotto dalla mano compatibile con la risonanza magnetica) nella stanza degli scanner MRI e posizionarlo vicino al pannello di penetrazione. Inserire il tubo pneumatico da 3/8 pollici nel tubo pass-through nel pannello nella sala di supporto RM adiacente.</li>
		<li>Collegare la stanza dello scanner MRI forzare i cavi e i cavi dell'encoder al connettore a forma di D a 9 pin (DSUB) sul lato della stanza dello scanner del pannello.</li>
	</ol></li>
	<li>Impostare la sala di supporto RM.
	<ol>
<li>Collegare il compressore d'aria a una presa a parete 110VAC. Con il regolatore interno del compressore ritornato alla posizione di pressione off/minimum e la valvola a sfera in posizione spenta, accendere il compressore e lasciarlo arrivare a piena pressione interna (4 min).</li>
		<li>Collegare i cavi di rilevamento della forza della forza della sala di supporto e encoder al connettore DSUB sul lato esterno del pannello di penetrazione.</li>
		<li>Collegare il raccordo a tubi pneumatici da 3/8 pollici, emergendo dal pass-through del pannello di penetrazione alla presa della presa del regolatore di pressione dell'unità di interfaccia/potenza. Collegare il tubo pneumatico da 4 mm alla presa del compressore e all'ingresso del filtro dell'aria sull'unità di interfaccia/potenza/regolatore.</li>
		<li>Collegare l'unità di interfaccia/alimentazione/regolatore al connettore micro-USB dell'assieme cavo/ripetitore USB e appoggiare il cavo del ripetitore sul PC/laptop host nella sala di controllo MRI. Collegare l'unità di interfaccia/alimentazione/regolatore in una spina a parete 110VAC nella sala di supporto, quindi attivare l'interruttore di alimentazione.</li>
	</ol></li>
	<li>Posizionare MR_CHIROD v3 con il paziente.
	<ol>
<li>Estendere e abbassare completamente il letto dello scanner MR. Attaccare la metà inferiore della bobina di testa e guidare il volontario a sdraiarsi, assicurandosi che il volontario stia riposando comodamente e abbia esteso le braccia comodamente.</li>
		<li>Fornire tappi per le orecchie al volontario per una riduzione acustica del rumore.</li>
		<li>Fissare la bobina della testa e piccole pastiglie di schiuma per immobilizzare la testa.</li>
		<li>Fissare cuscini intorno al braccio avvincente del volontario a livello del braccio e del gomito, per ridurre al minimo l'accoppiamento vibrazionale al corpo del volontario e alle pareti dello scanner MR.</li>
		<li>Fissare la palla di comunicazione sul petto del volontario, istruirli su come usarla e confermare che la palla di comunicazione funziona bene prima di iniziare le scansioni.</li>
		<li>Installare liberamente il MR_CHIROD sul lato del paziente opposto a quello della lesione cerebrale utilizzando il corrispondente bed-slot. Con il gomito del volontario appoggiato sul tavolo per sostenere il peso del braccio, spostare la maniglia MR_CHIROD sulla fettuccia tra pollice e indice e guidare il volontario a prendere le maniglie del MR_CHIROD.</li>
		<li>Se il MR_CHIROD si trova sul lato opposto del tavolo dal pannello di penetrazione, posizionare i cavi e il tubo pneumatico in modo che passino sotto il tavolo piuttosto che sopra il paziente.</li>
		<li>Assicurarsi che la posizione di presa sia corretta per la compressione. Istruire il volontario a spremere e spingere o tirare il MR_CHIROD fino ad avere la posizione più comoda per la spremitura.</li>
		<li>Fissare il MR_CHIROD saldamente in posizione stringendo i dadi di plastica utilizzando una chiave inglese compatibile con MR. NOT:</</c2> Non viene eseguita alcuna scansione in quel momento. Quando si posiziona l'MR_CHIROD, il volontario si appoggia comodamente sul letto dello scanner MR all'esterno del magnete. La porta della stanza dei magneti potrebbe essere aperta.</li>
	</ol></li>
	<li>Impostare il portatile di controllo nella sala di controllo MR (adiacente a scanner e sale di supporto), confermare la connessione e impostare per il livello di forza del paziente .
	<ol>
<li>Accendere il portatile e avviare il software di acquisizione/analisi dei dati. Collegare l'assieme del cavo USB/ripetitore al computer portatile. Accendere il proiettore sala scanner MR. Collegare la porta di uscita video del computer portatile al connettore del proiettore e impostare il monitor per estendere lo schermo sul proiettore. Collegare il cavo di attivazione HID USB dello scanner al portatile per ricevere segnali di innesco dallo scanner.</li>
		<li>Eseguire l'interfaccia utente personalizzata (UI) / controllo / programma di stimolo per il MR_CHIROD. Impostare automaticamente MR_CHIROD pressione sul livello (minimo) di "impostazione" per spingere la maniglia fino alla fine dell'arresto, verificando la visualizzazione del movimento e forzando le forme d'onda.</li>
		<li>Istruire il volontario che le prossime spremere sarà quello di calibrare per la massima forza di spremitura e quindi sarà difficile.</li>
		<li>Impostare il livello di forza, ad esempio, a 30 N e indicare al volontario di spremere completamente 2-3 volte con un periodo di circa 2 s. Osservare se il volontario può completare una stretta a quel livello di forza.</li>
		<li>Aumentare gradualmente il livello di forza e ripetere i tentativi di compressione fino a quando il volontario non può completare una stretta. Questa misura serve come un massimo della forza di presa del volontario. L'interfaccia utente calcola automaticamente il 60%, il 40% e il 20% dei livelli di forza massimi da utilizzare durante il test.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Inserire i dati di volontariato e calibrare lo scanner MR
<ol><li>Inserire i dati de-identificati del volontario secondo la polizza ospedaliera in conformità con le normative HIPAA (United States Health Insurance Portability and Accountability Act of 1996) sulla console dello scanner.</li>
	<li>Spostare il tavolo e il partecipante nello scanner e posizionarlo in corrispondenza dell'isocentro.</li>
</ol>4. Eseguire la sessione fMRI
<ol><li>Osservare il volontario attraverso la finestra tra le sale di controllo e scanner e comunicare con il volontario per ottenere il permesso del partecipante per avviare il protocollo fMRI. Istruire loro di non tenere la maniglia MR_CHIROD per consentirgli di riposare in posizione completamente aperta.</li>
	<li>Shim il magnete ed eseguire una scansione del localizzatore. Aprire il protocollo fMRI e impostare le fette per coprire il cervello del volontario.</li>
	<li>Istruisci il volontario che la sessione fMRI sta per iniziare.</li>
	<li>Usando l'interfaccia utente, imposta l'MR_CHIROD per applicare il primo livello di forza (20% del massimo). Il programma dell'interfaccia utente visualizzerà una serie di istruzioni sul proiettore video per il volontario per ricordare loro come rispondere allo stimolo visivo. L'interfaccia utente attenderà che lo scanner fornisca un segnale di trigger per continuare.</li>
	<li>Avviare un protocollo echo-planar-imaging per fMRI. Utilizzare il programma di imaging MR_CHIROD dalla cartella USERS. I parametri di acquisizione e ricostruzione sono già impostati nel programma di imaging e non devono essere modificati. Vengono utilizzati i seguenti parametri: in piano 192 x 192 o 256 x 256 matrici di acquisizione; TR (tempo di ripetizione) nell'intervallo di 2-3 s; un TE di 30 ms (tempo di eco); Spessore della sezione di 5 mm e una risoluzione spaziale di 1 mm x 1 mm. NOT:</</c0> Il programma di acquisizione/stimolo dell'interfaccia utente/dati attenderà di ricevere un impulso di innesco dallo scanner corrispondente all'avvio di scansioni pre-fMRI nel programma scanner. Lo stimolo visivo rimuoverà le istruzioni e mostrerà una "croce di fissaggio" su cui il volontario si concentrerà. Quando inizia la scansione fMRI, verrà visualizzato un metronomo visivo, sotto forma di un cerchio in crescita e contrazione. Il volontario spremere completamente e rilasciare la maniglia in modo sincrono con lo stimolo. I periodi di riposo separeranno i periodi di stimolo, durante i quali verrà visualizzata nuovamente la croce di fissaggio.</li>
	<li>Durante l'esecuzione di un'attività, monitorare l'output della forza e se il partecipante sta eseguendo correttamente l'attività (ad esempio, completando completamente grip e rilasci e mantenendo la sincronia con il metronomo visivo) osservando i grafici in tempo reale di forza e spostamento sull'interfaccia utente .</li>
	<li>Al termine della prima esecuzione, confermare la continuazione dell'esperimento nell'interfaccia utente, che cambierà il livello di forza al secondo di tre livelli. Ripetere dal passaggio 4.5. Analogamente, al termine della seconda corsa, confermare la continuazione per eseguire la corsa finale al terzo livello di forza.</li>
	<li>Dopo la terza esecuzione, l'interfaccia utente imposterà automaticamente MR_CHIROD pressione sul livello di "configurazione" basso.</li>
</ol>5. Completare la sessione RM
<ol><li>Istruire il partecipante a rilassarsi e a lasciar andare la maniglia. Raccogli una serie di scansioni anatomiche.</li>
</ol>6. Take-down
<ol><li>Rimuovere il partecipante dalla sala scanner MR, seguire i passaggi di configurazione in senso inverso e procedere all'arresto e alla scollegata delle parti del MR_CHIROD. Trasferire i dati MR nel database e su disco e chiudere la sessione.</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>

Nessuno degli autori ha conflittualmente.

Presentiamo fMRI di un compito motorio utilizzando l'ultima versione di un nuovo dispositivo robotico, la MR_CHIROD1,2,8. Il MR_CHIROD è stato progettato per eseguire un compito di presa a mano che ha può essere eseguito da pazienti colpiti da ictus cronico ed è stato studiato in precedenza1,2,3,4...

Metriche di imaging appropriate possono monitorare e prevedere la probabilità di successo della terapia negli individui meglio delle valutazioni cliniche e fornire informazioni per migliorare e individualizzare la pianificazione della terapia. Abbiamo sviluppato esperienza con pazienti che si riprendono da ictus cronico1,2,3,4,5,6,7,8. Lo sviluppo di strategie individualizzate ottimali che si concentrano su come l'allenamento motorio può influenzare il miglioramento incrementale sia nella riorganizzazione dell'attività neurale e/o della funzione motoria è ancora difficile. Approfondimenti sui processi di rimodellamento strutturale e riorganizzazione sottostanti per il recupero funzionale nel cervello dopo che la malattia neurologica può permetterci di valutare la relazione tra i modelli topografici distribuiti di attività neurale e il recupero funzionale tramite metodi di neuroimaging funzionale e mappatura del cervello. Il successo faciliterà lo sviluppo di strategie di trattamento personalizzate ottimizzate per produrre miglioramenti nella forza di presa in una popolazione ampia con condizioni neurologiche basate sulle metriche di risonanza magnetica (RMI)9.
Qui presentiamo un protocollo che impiega un dispositivo a mano robotico di nuova riprogettazione che fornisce una forza di resistenza controllabile rispetto alla quale un soggetto si aggrappa e rilascia una maniglia in sincronia con uno stimolo visivo oscillante. L'MR_CHIROD v3 (MR-compatible Hand-Induced RObotic Device) è un sistema per la presentazione di forze regolabili rispetto alle quali vengono eseguite le azioni di gripping e rilascio, durante la misurazione e la registrazione della forza applicata, dello spostamento della presa e dei timestamp per ogni punto dati (Figura 1). Il dispositivo è stato progettato per fornire valutazioni affidabili delle immagini di attivazione cerebrale durante la fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging), che possono essere utilizzate per valutare i cambiamenti dipendenti dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD) nelle risposte cerebrali dei pazienti che si riprendono da disturbi neurologici. La compatibilità MR si ottiene attraverso l'uso di componenti interamente non ferrosi/non magnetici per la struttura e gli elementi dell'attuatore pneumatico e i componenti schermati sensore/elettronico posizionati sul letto dello scanner. Figura 2 Mostra il dispositivo collegato a un letto di scanner MR e con un soggetto nel magnete foro afferrare il manico del MR_CHIROD v3 (Figura 3). I componenti di interfaccia e controllo sono posizionati all'esterno della sala scanner MR (Figura 4).
Il dispositivo viene utilizzato contemporaneamente con i metodi di imaging cerebrale per valutare le attivazioni cerebrali pertinenti. L'uso principale del sistema è quello di fornire un compito motorio che genera attivazioni delle aree motorie del cervello, che vengono rilevate utilizzando fMRI. L'attivazione cerebrale durante l'utilizzo del MR_CHIROD durante l'imaging può valutare la neuroplasticità nella malattia neurologica. Monitorando i cambiamenti nelle attivazioni nel corso e dopo l'allenamento motorio utilizzando il MR_CHIROD, possono essere osservati progressi nella riabilitazione motoria a seguito di qualsiasi malattia neurologica che porta a deficit motori (ad esempio, ictus).
Il MR_CHIROD v3 può anche essere montato su tavolo, per l'uso in esercizi di allenamento intra-scansione, in cui il soggetto afferra e rilascia in risposta a stimoli visivi adatti per periodi di 45 min, tre volte a settimana durante lo studio. La nostra esperienza nell'allenamento roboticamente fornito, monitorato con l'imaging, suggerisce che la finestra di recupero per i pazienti colpiti da ictus, ad esempio, potrebbe non chiudere mai1.
La nostra logica per la costruzione e l'utilizzo di un robot a presa a mano compatibile con MR è che il recupero robotico ha il potenziale per produrre un grande impatto sulla compromissione grazie alla sua facile distribuzione, all'applicabilità attraverso varie disabilità motorie, all'elevata affidabilità di misurazione e alla capacità di fornire protocolli di allenamento ad alta intensità10. Il nostro robot compatibile con MR può: (a) essere impostato per intervalli di movimento specifici del soggetto ed essere regolato a livello di programmazione per applicare livelli di forza specifici del soggetto; b) controllare, misurare e registrare la forza e i parametri di spostamento attraverso un computer host; c) regolare a distanza i parametri di controllo senza richiedere l'interruzione della scansione per l'accesso alla sala scanner MR o il riposizionamento del soggetto; e (d) fornire la terapia mediante esercizi di allenamento in modo preciso e coerente per lunghi periodi.
Siamo a conoscenza di nessun dispositivo robotico di recupero disponibile in commercio che possa essere utilizzato con uno scanner MR per misurare la forza di presa della mano e lo spostamento del soggetto durante l'applicazione di forza variabile nel tempo controllata dal computer. Tsekos et al.11 hanno esaminato una varietà di dispositivi robotici e di riabilitazione principalmente basati sulla ricerca, compatibili con la MR, incluse le precedenti iterazioni della MR_CHIROD serie di dispositivi. Altri dispositivi sono stati progettati per studiare il movimento del polso, il movimento delle dita, la forza di presa isometrica e i movimenti multi-joint. Per i dispositivi che forniscono attivamente forze resistive o di altro tipo, sono state impiegate diverse tecnologie compatibili con MR, tra cui idraulica, pneumatica, collegamenti meccanici e smorzatori di fluido elettroreologico. Alcuni dispositivi includono più gradi di libertà, tra cui un'altra estensione delle versioni precedenti MR_CHIROD aggiunto un grado di libertà rotazionale e l'applicazione di forza idraulica, tuttavia non è stato adattato per la compatibilità RM12.
Il nostro dispositivo specifico per la presa a mano ha i vantaggi della portabilità (viene regolarmente trasportato tra la struttura MR e i siti di formazione per uffici), e la capacità di produrre forze resistenti grandi, controllate dal computer e che variano nel tempo. L'uso attuale della tecnologia pneumatica nel MR_CHIROD evita la necessità di fonti ad alta tensione necessarie per i sistemi elettro-reologici basati su fluidi, il potenziale di perdita di liquido idraulico e complessi cavi/collegamenti che collegano il meccanismo di interfaccia con componenti esterni di alimentazione e controllo.
Il MR_CHIROD è stato il primo dispositivo che è stato dimostrato di funzionare in combinazione con la fMRI per la mappatura del cervello nei pazienti colpiti da ictus1. È importante sottolineare che la MR_CHIROD v3 è particolarmente utile per la formazione a domicilio o in ufficio, in quanto il sistema e il suo software sono stati progettati per l'uso senza supporto clinico esperto e con elementi motivazionali ("gamification"). Rispetto alla formazione agevolata dal fisioterapista in un ospedale, l'allenamento a domicilio o a casa è meno costosa e più conveniente, rendendo più facile per i pazienti aderire alla terapia quotidiana. Il dispositivo, già relativamente poco costoso rispetto ad alcuni degli altri dispositivi basati sulla ricerca, può essere riprogettato per migliorare il rapporto costo-beneficio. La realtà virtuale e la gamificazione della formazione, entrambe compatibili con la MR_CHIROD v3, possono coinvolgere i pazienti, aumentare la loro attenzione durante il compito e migliorare la motivazione, aumentando così l'efficacia del recupero13.

<table><tbody><tr><td>Cuscinetti a sfera, plastica con sfere di vetro (8)</td><td>McMaster-Carr</td><td>6455K97</td><td></td></tr><tr><td>Convertitore di livello logico bidirezionale</td><td>Adafruit</td><td>395</td><td></td></tr><tr><td>Dual LS7366R Encoder in quadratura Buffer</td><td>SuperDroid 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>Dadi flangiati, fibra di vetro, 3/8"-16 (8)</td><td>McMaster-Carr</td><td>98945A041</td><td></td></tr><tr><td>Asta di garolite, &frac34; &rdquo; diametro, 4' lungo</td><td>McMaster-Carr</td><td>8467K84</td><td></td></tr><tr><td>Computer portatile</td><td>Vari</td><td></td><td>Qualsiasi computer portatile con porta(e) USB 2.0 e</td></tr><tr><td>cella di carico MATLAB (20kg)</td><td>Robotshop</td><td>RB-PHI-119</td><td></td></tr><tr><td>Amplificatore per celle di carico - HX711</td><td>Mouser</td><td>474-SEN-13879</td><td></td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td></td><td>versione 2008 o successiva con Psychophysics Toolbox</td></tr><tr><td>Risonanza magnetica scanner di immagini</td><td>Siemens</td><td>Skyra 3T</td><td>3T full body scanner con funzionalità BOLD e GRAPPA</td></tr><tr><td>MR_CHIRODv3</td><td>fabbricato internamente</td><td></td><td>Struttura su misura in plastica e stampata in 3D</td></tr><tr><td>Scheda di sviluppo dell'amplificatore operazionale</td><td>Schmartboard</td><td>710-0011-01</td><td></td></tr><tr><td>Alimentatore per montaggio a pannello</td><td>Delta</td><td>PMT-D2V100W1AA</td><td></td></tr><tr><td>Tubi e raccordi per tubi in plastica</td><td>McMaster-Carr</td><td>vari</td><td></td></tr><tr><td>Pyrex/grafite pistone/cilindro modulo</td><td>Airpot</td><td>2KS240-3</td><td></td></tr><tr><td>viti, &frac14; "-20, nylon</td><td>McMaster-Carr</td><td>vari</td><td></td></tr><tr><td>collari dell'albero per &frac34; &rdquo; albero dia, nylon (2)</td><td>McMaster-Carr</td><td>9410T6</td><td>Viti di bloccaggio in metallo di serie sostituite con viti in plastica</td></tr><tr><td>Cavi schermati (2)</td><td>US Digital</td><td>CA-C5-SH-C5-25</td><td></td></tr><tr><td>Barra filettata, fibra di vetro, 3/8"-16</td><td>McMaster-Carr</td><td>91315A010</td><td></td></tr><tr><td>Striscia di codici encoder ottico trasmissivo</td><td>US Digital</td><td>LIN-2000-3.5-0.5</td><td></td></tr><tr><td>Ottico trasmissivo Modulo encoder</td><td>US Digital</td><td>EM2-0-2000-I</td><td></td></tr><tr><td>Cuscinetti a manicotto in PTFE</td><td>McMaster-Carr</td><td>2639T32</td><td></td></tr></tbody></table>

risonanza magnetica funzionale in congiunzione con un nuovo dispositivo robotico indotto dalle mani compatibile con la risonanza magnetica per valutare la riabilitazione di individui che recuperano dai deficit di grip della mano

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

La risonanza magnetica funzionale (fMRI) è una tecnica di imaging a risonanza magnetica non invasiva che immagina l'attivazione cerebrale in vivo, utilizzando l'endogena deosssiemoglobina come agente di contrasto endogeno per rilevare cambiamenti nel ossigenazione (effetto BOLD). Abbiamo combinato la fMRI con un nuovo dispositivo robotico (dispositivo robotico indotto dalle mani compatibile con la MR [MR_CHIROD]) in modo che una persona nello scanner possa eseguire un compito motorio controllato, la spremitura a mano, che è un movimento molto importante della mano per studiare nella malattia motoria neurologica . Abbiamo impiegato l'imaging parallelo (generalizzati auto-calibrazione delle acquisizioni parzialmente parallele [GRAPPA]), che ha permesso una maggiore risoluzione spaziale con conseguente maggiore sensibilità a BOLD. La combinazione di fMRI con il dispositivo robotico indotto a mano ha permesso un controllo preciso e il monitoraggio del compito che è stato eseguito mentre un partecipante era nello scanner; questo può rivelarsi utile nella riabilitazione della funzione motoria della mano nei pazienti che si riprendono da deficit neurologici (ad esempio, ictus). Qui descriviamo il protocollo per l'utilizzo dell'attuale prototipo del MR_CHIROD durante una scansione fMRI.

La metodologia delineata nel protocollo consente la raccolta di immagini fMRI mentre il volontario sta eseguendo il compito in tempo reale nel magnete. Sono stati effettuati esperimenti nello stabilimento della baia 1 del Massachusetts General Hospital Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, utilizzando uno scanner a risonanza magnetica completa 3T. Figura 2 e Figura 3 Mostrano il posizionamento del MR_CHIROD sul tavolo e il paziente sul posto in us...

Abbiamo eseguito la risonanza magnetica funzionale utilizzando un nuovo dispositivo robotico indotto dalle mani compatibile con la risonanza magnetica per valutare la sua utilità per il monitoraggio della funzione motoria della mano negli individui che si riprendono da deficit neurologici.

Risonanza magnetica funzionale in congiunzione con un nuovo dispositivo robotico indotto dalle mani compatibile con la risonanza magnetica per valutare la riabilitazione di individui che recuperano dai deficit di grip della mano

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

Questo protocollo viene utilizzato per monitorare la riabilitazione dei pazienti con deficit di aderenza alle mani. I pazienti con ictus cronico e quelli con altre malattie neurologiche che coinvolgono deficit motori possono beneficiare di questa tecnica. La risonanza magnetica consente il monitoraggio dell'adattabilità del cervello.In altre parole, la neuroplasticità in risposta alla riabilitazione delle prestazioni di presa. Con un'adeguata modifica del dispositivo di stimolo della forza questo metodo può essere applicato per la riabilitazione delle disabilità che interessano altre regioni del corpo. Questo dispositivo e le eventuali modifiche devono mantenere la compatibilità MR.È importante assicurarsi che l'asta della risonanza prima della risonanza sia stata correttamente collegata e che le sue funzioni siano verificate prima di portare un soggetto nella sala MR. Prima di iniziare questo esperimento, ottenere prima il consenso informato del soggetto e vengono accuratamente schermati per la sicurezza della risonanza prima di 000. Non procedere con la scansione se il partecipante ha potenziali controindicazioni di risonanza magnetica.Per iniziare la configurazione, portare prima il dispositivo robotico indotto dalla mano compatibile con la risonanza magnetica nella sala risonanza magnetica e posizionarlo vicino al pannello di penetrazione. Quindi, inserire il tubo pneumatico da 3/8 pollici nel tubo passante nel pannello, nell'adiacente sala di supporto per risonanza prima della risonanza. Quindi, collegare il rilevamento della parte anteriore della stanza di supporto e i cavi dell'encoder al connettore D-sub sul lato esterno del pannello di penetrazione, come mostrato qui.Collegare il raccordo del tubo pneumatico da 3/8 pollici, che emerge dal pannello di penetrazione, all'uscita della presa del regolatore di pressione dell'unità di potenza dell'interfaccia. Quindi, collegare il tubo pneumatico di quattro millimetri all'uscita del compressore nell'ingresso del filtro dell'aria sul regolatore di potenza dell'interfaccia. Dopo aver esteso e abbassato il letto dello scanner, fissare la metà inferiore della bobina della testa e far sdraiare il volontario, assicurandosi che si riposino comodamente con le braccia estese e utilizzare piccoli cuscinetti in schiuma per immobilizzare la testa del partecipante.Attaccare la palla di comunicazione sul petto del volontario e fornire istruzioni sul suo uso. Inoltre, attaccare la parte superiore della bobina della testa. Ora, installare liberamente il dispositivo robotico sul lato del paziente opposto alla lesione cerebrale usando la corrispondente fessura del letto.Quindi, con il gomito del volontario appoggiato sul tavolo per sostenere il braccio, spostare la maniglia del dispositivo sulla cinghia tra pollice e indice e aiutarli ad afferrare le maniglie. Se il dispositivo si trova sul lato opposto del tavolo dal pannello di penetrazione, posizionare i cavi nel tubo pneumatico in modo che passino sotto il tavolo piuttosto che sopra il paziente. Successivamente, istruisci il volontario a spremere e spingere o tirare il dispositivo fino a quando non hanno la posizione più comoda per spremere.Quindi fissare saldamente il dispositivo in posizione stringendo i dadi di plastica utilizzando una chiavetta compatibile con MR. Ora, esegui il programma di stimolo dell'interfaccia utente personalizzato. Impostare la pressione sul livello minimo di configurazione per spingere automaticamente la maniglia all'arresto finale, verificando la visualizzazione delle forme d'onda di movimento e forza.Successivamente, imposta il livello di forza e istruisi il volontario a spremere completamente da due a tre volte per circa due secondi. Osserva se il volontario può completare una stretta a quel livello di forza. Aumentare gradualmente il livello di forza e ripetere i tentativi di compressione fino a quando non riescono a completare una compressione.Questa misurazione funge da massima resistenza all'aderenza del volontario. Il programma calcolerà automaticamente il 60%40% e il 20% del livello massimo di forza da utilizzare durante il test. Successivamente, verificare che la palla di comunicazione funzioni, quindi posizionarsi utilizzando l'allineamento laser, prima di spostare il tavolo e il partecipante nel centro iso dello scanner.Ora, utilizzando l'interfaccia utente, genera le immagini di istruzioni e stimoli e imposta il sistema per applicare il primo livello di forza e attendere un segnale di attivazione dallo scanner MRI. Il programma mostrerà una serie di istruzioni per ricordare al volontario come rispondere allo stimolo visivo. Il programma attenderà che lo scanner fornisca un segnale di attivazione, quindi rimuoverà le istruzioni e mostrerà una croce di fissazione su cui il volontario dovrebbe concentrarsi.Quando inizia l'acquisizione della scansione fMRI, verrà visualizzato un metronomo visivo sotto forma di un cerchio in crescita e in contrazione. Il volontario dovrebbe spremere completamente e rilasciare la maniglia in modo sincrono con lo stimolo. I periodi di riposo separeranno i periodi di stimolo durante i quali verrà nuovamente visualizzata la croce di fissazione.Osserva le trame live di forza e spostamento per monitorare l'uscita della forza e le prestazioni delle attività dei partecipanti. Una volta completato l'esperimento, fai sapere al partecipante che può rilassarsi e lasciare andare la maniglia. Infine, raccogli una serie di scansioni anatomiche.Questa figura mostra i tipici risultati delle attività motorie. Qui vediamo attivazioni fMRI sovrapposte a un contorno cerebrale e come pseudo-colore su una visione tridimensionale e trasversale dell'immagine anatomica del volontario. M1 indica la corteccia motoria primaria e SMA indica l'area motoria supplementare.Questa immagine mostra attivazioni pseudo-colore renderizzati su un modello cerebrale. Questo grafico mostra l'output di forza effettivo misurato in unità di forza in funzione del tempo. L'output è stato registrato in tempo reale.La barra bianca corrisponde allo stimolo di 60 secondi e al periodo di riposo. Qui viene mostrato un singolo corso di attivazione del tempo vossale, scelto da un vossale nell'area somatosensoriale nella posizione dei capelli incrociati in questa immagine. Tutti i soggetti devono essere adeguatamente addestrati nell'esecuzione dei movimenti di presa di tracciamento del metronomo in anticipo.Inoltre, la sincronizzazione tra lo stimolo visivo e la sequenza di risonanza prima è fondamentale. Ulteriori modalità di imaging possono essere utilizzate in questo protocollo, tra cui Diffusion Tensor Imaging per rilevare l'orientamento e la crescita del tratto della fibra di materia bianca, che dovrebbe anche cambiare con la riabilitazione. L'esecuzione di qualsiasi esperimento MR è pericolosa a causa del potente campo magnetico generato dallo scanner.Pertanto, tutti i soggetti e gli sperimentatori devono seguire le linee guida sulla sicurezza mr, incluso lo screening per le controindicazioni. Lo sviluppo di questo processo consentirà la dimostrazione che il recupero dell'ictus continua oltre sei mesi dopo l'infortunio suggerendo che la terapia e il relativo rimborso assicurativo dovrebbero continuare oltre questo periodo.

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Recentemente, una grande quantità di prospettive si sono disponibile per sistemi interattivi uomo-robot. In questo lavoro delineare l'integrazione di un nuovo dispositivo robotico con software open source che può rapidamente rendere possibile una libreria di funzionalità interattive. Abbiamo poi delineare una applicazione clinica per un'applicazione neuroriabilitazione.

Haptic / grafica di riabilitazione: integrazione di un robot in un ambiente di biblioteca virtuale e sua applicazione alla terapia Corsa

L'uso combinato di corrente continua la stimolazione transcranica e terapia robotica come un add-on per la terapia di riabilitazione convenzionale può provocare i risultati terapeutici migliorati grazie alla modulazione della plasticità del cervello. In questo articolo, descriviamo i metodi combinati utilizzati nel nostro Istituto per migliorare le prestazioni del motore dopo il colpo.

L'uso combinato di corrente stimolazione transcranica diretta e terapia robotica per l'arto superiore

Questo studio riporta lo sviluppo di un nuovo programma orientato al compito assistito da robot per la riabilitazione delle mani. Il processo di sviluppo consiste in esperimenti che utilizzano sia soggetti sani che soggetti che hanno avuto un ictus e hanno sofferto di una successiva disfunzione del controllo motorio.

Sviluppo di un nuovo programma di riabilitazione orientato alle attività utilizzando una mano robotica dell'esoscheletro bimanuale

La riabilitazione assicurata dei pazienti con ictus cronico è generalmente limitata nel tempo. Lo studio basato sull'imaging dell'attività cerebrale derivante da attività motorie legate alla deambulazione può portare alla creazione di biomarcatori per misurare i risultati migliori e giustificare l'estensione di una terapia su misura. Vengono presentati un nuovo dispositivo di movimento del piede a resistenza variabile compatibile con la risonanza magnetica e un protocollo per l'uso durante la...

Uso di un dispositivo di resistenza a controllo digitale indotto dal piede per la valutazione della risonanza magnetica funzionale in pazienti con paresi del piede

Lo scopo di questo studio è fornire un importante riferimento per il funzionamento clinico standard dell'interfaccia cervello-computer (MI-BCI) per la disfunzione motoria degli arti superiori dopo l'ictus.

Interfaccia cervello-computer nella riabilitazione della disfunzione motoria dell'arto superiore dopo l'ictus

Questo protocollo introduce un arto robotico soprannumerario flessibile e indossabile su misura per assistere nella riabilitazione delle dita per i pazienti colpiti da ictus. Il design incorpora un sensore di piegatura per facilitare l'interazione uomo-robot senza soluzione di continuità. La validazione attraverso esperimenti che coinvolgono sia volontari sani che pazienti colpiti da ictus sottolinea l'efficacia e l'affidabilità dello studio proposto.

Un arto robotico soprannumerario indossabile flessibile per pazienti con ictus cronico

Si stima che 1 persona su 6 in tutto il mondo avrà un ictus nel corso della vita, causando disabilità a lungo termine, i cui meccanismi di riabilitazione sono ancora poco compresi. Questo studio propone un protocollo per valutare l'attivazione cerebrale mediante spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) durante una sessione di terapia robotica degli arti inferiori.

Un esperimento che utilizza la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso e i movimenti di puntamento multiarticolare dell'arto inferiore assistiti da robot

Questo protocollo descrive un robot per la riabilitazione degli arti superiori che fornisce un feedback intelligente attraverso quattro modalità. Queste modalità migliorano la funzione e la flessibilità degli arti superiori, migliorando così la qualità della vita dei pazienti.

Miglioramento della funzione e delle capacità motorie dell'arto superiore dopo l'ictus attraverso un robot per la riabilitazione dell'arto superiore

Questo protocollo sperimentale delinea l'uso di un sistema robotico a doppio arto superiore orientato al compito per pazienti con ictus con disfunzione dell'arto superiore. I risultati indicano che questo sistema può migliorare significativamente la funzione degli arti superiori e le attività della vita quotidiana dei pazienti con ictus.

Applicazione di un sistema robotico a doppio arto superiore orientato al compito per il recupero funzionale dell'arto superiore in pazienti con ictus

Questo studio introduce un sistema di interfaccia cervello-computer (BCI) per i pazienti con ictus, che combina i segnali dell'elettroencefalografia e dell'elettrooculografia per controllare una mano robotica dell'arto superiore, migliorando le attività quotidiane. La valutazione ha utilizzato il Berlin Bimanual Test for Stroke (BeBiTS).

Sistema robotico dell'arto superiore controllato dall'interfaccia cervello-computer per migliorare le attività quotidiane nei pazienti con ictus

Questo studio esplora gli effetti di un robot pneumatico morbido configurabile sul miglioramento della topologia della rete dell'intero cervello dopo l'ictus. L'analisi della teoria dei grafi indica miglioramenti significativi nel coefficiente di clustering, nella lunghezza del percorso e nell'efficienza globale. I risultati evidenziano il potenziale dei protocolli robotici programmabili per modulare la neuroplasticità e ottimizzare il recupero funzionale nella riabilitazione dell'ictus.

Il robot pneumatico morbido modula le metriche della teoria dei grafi della rete cerebrale per la riabilitazione della mano dopo l'ictus

Scopri la valutazione della riabilitazione della presa con un dispositivo robotico compatibile MRI e risonanza magnetica funzionale. Questo metodo monitora la neuroplasticità cerebrale nei pazienti con ictus cronico.

Risonanza magnetica funzionale in congiunzione con un nuovo dispositivo robotico indotto dalle mani compatibile con la risonanza magnetica per valutare la riabilitazione di individui che recuperano dai deficit di grip della mano (Video) | JoVE Journal

Risonanza magnetica funzionale in congiunzione con un nuovo dispositivo robotico indotto dalle mani compatibile con la risonanza magnetica per valutare la riabilitazione di individui che recuperano dai deficit di grip della mano

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