足部麻痺患者の機能的磁気共鳴画像評価のための足誘導デジタル制御抵抗デバイスの使用

脳の再編成は脳卒中後6か月以上は不可能であるという長年の見解は、脳回復の分野における進歩に対する重大な障壁となってきました。MRI由来の情報は、治療前後に得られた脳マップに基づいて回復治療計画をパーソナライズするために使用できます。私たちのアプローチは、脳機能の FMRI 評価を可能にする磁気共鳴画像法対応の足の運動抵抗装置を採用し、治療運動中の活性化を観察します。

力の抵抗レベルは動的に変化するため、抵抗設定を調整するためのスキャンを中断することなく、高力と低力に対する脳の反応のスペクトルを測定できます。イメージング スイートは、通常の脳卒中治療と同じデバイスを使用し、イメージング中とトレーニング中と同じ反応を活性化します。これにより、脳機能の改善を最大限に高めるために、治療に使用される調整、抵抗、および持続時間のレベルが可能になります。

足と手の機能のリハビリテーションに関するすべての研究は、同様のアプローチを使用していますが、異なる MR 互換デバイスを使用しています。集中治療に反応して起こる脳の可塑性の変化は、脳卒中の運動回復に限ったことではありません。すべての所見は、他の運動障害にも適用できます。

このアプローチを開始するには、患者は低い抵抗力に対して小さな動きをすることができる最低レベルの機能を持っている必要があります。患者の進行に伴い、力のレベルと可動域は患者の能力に応じて調整され、改善に応じて調整されます。まず、潜在的な被験者と会い、各被験者の足がデバイスのフットペダルにフィットしているかどうかを確認します。

スキャナテーブルがスキャナの穴の外側にあり、完全に下がっていることを確認してください。次に、ヘッドコイルをスキャナテーブルの対応するスロットに取り付けます。ヘッドコイルの下部をソケットに差し込みます。

上部を取り外して脇に置きます。スキャナーテーブルのクッションを病院のベッドシーツで覆い、クッションをヘッドコイルの下部に置きます。センサーと高電圧ケーブルを、フットデバイスと貫通パネルの間にループなしで延長します。

次に、センサーと高電圧ケーブルを貫通パネルのプラグに取り付けます。ケーブルがテーブルの周りに巻き込まれたり、挟まれたり絡まったりする危険がないことを確認してください。テーブルをスキャナボアに移動させるとき。

[OK]ボタンをクリックして、最初のUIダイアログでプロンプトが表示されたら、デフォルトのフォースレベルの比率を受け入れます。確認ダイアログが表示されるのを待ち、自動的に閉じます。次に、初期力と変位のライブグラフウィンドウが画面に表示されるのを待ちます。

次に、1人のスタッフにフットデバイスのフットペダルを可動域で動かしてもらいます。一方、別の人は力と変位のトレースを観察して、通常の期待出力が観察されていることを確認します。シグナルが正常に表示されたら、ライブグラフウィンドウで続行をクリックします。

次に、確認ダイアログのシャットダウンボタンをクリックします。次に、被験者に保護用の耳栓を提供し、最初に検査台に座るように指示します。次に、頭をヘッドコイルの下部に置き、仰臥位になります。

イメージング中の頭の動きを防ぐために、被験者の頭とヘッドコイルの壁の間にパッドを配置します。被験者に足をまっすぐにするように依頼します。次に、かかとがデバイスのフットシートに乗るまで、フットデバイスを被験者に近づけたり遠ざけたりします。

デバイスをさらに調整して、ペダルのメインピボットを対象者の足首に合わせます。面ファスナーストラップでテストされた足をフットデバイスペダルにしっかりと固定し、被験者の足の指の付け根または靴の前部がペダルの端に接触しているかどうかを確認します。次に、プラスチック製の保持ブラケットと蝶ナットを使用して、フットデバイスを所定の位置に固定します。

被験者にスクイーズバルブ警報装置を提供します。電球を握ってテストするように指示し、技術者とコミュニケーションをとるためにいつでも電球を使用するように思い出させます。次に、MRテーブルを高さまで上げます。

次に、ヘッドコイルの上部を取り付け、ヘッドコイルの上にビューミラーアセンブリを取り付けます。被写体が鏡越しにプロジェクターのスクリーンをはっきりと見ることができることを確認してください。ユーザー・インターフェースを再起動します。

研究プロトコルに従って、デフォルトの力レベルの比率を受け入れるか調整します。次に、 OK ボタン。力と変位の痕跡が現れたら、被験者に、テストされた足を背屈方向にできるだけ動かし、完全な底屈に戻るように3回依頼します。

変位トレースとフォース トレースの両方が正常に見えることを確認します。次に、被験者に、足底を完全に屈曲させるためにテストされた足を動かすように依頼します。足が完全な底屈のままであることを確認します。

対応するダイアログで [OK] をクリックします。新しいウィンドウとダイアログボックスが表示されます。ウィンドウを投影画面にドラッグし、ダイアログの[OK]をクリックします。

次に、被写体に足を動かして、カーソルがターゲットの動きに密接に追従するように指示します。被験者がターゲットを追いかけながら全可動域を正常に移動できる場合は、ライブグラフのFdFp 10をクリックして、背屈と底屈の力の設定値を増やします。次に、被験者がメトロノームの動きを正確に追跡し続けることができるかどうかを観察します。

正確なトラッキングが続く場合は、FdFp 10をクリックして両方の力の設定値を増やします。ただし、背屈を完了できないが、底屈が目標運動に追従し続ける場合は、FdFp 10を一度クリックした後、Fp 10を2回クリックすると、背屈抵抗力が1段階減少し、足底抵抗が1段階増加する。背屈力がすでに設定されており、底屈がメトロノームの動きを正確に追跡している場合は、Fp 10をクリックしてプランター抵抗力をさらに増加させます。

逆に、背屈力がすでに設定されており、足底屈がメトロノームに追従できない場合は、Fp 10を一度クリックしてから、ライブグラフウィンドウで続行をクリックします。次に、被験者に目を閉じてもらい、スキャナーのランドマーク レーザー ラインを使用して、ヘッド コイルと被験者の頭の位置を特定します。テーブルを動かして、被写体の頭をスキャナーボア内の中央に配置します。

UI ダイアログ ウィンドウのプロンプトに従って、研究の FMRI と足のデバイス部分が開始されようとしていることを被験者に指示します。被験者に背屈と底屈運動を行うように指示します。また、画面に表示される視覚的なメトロノームに従うように被験者にアドバイスします。

指示ダイアログウィンドウで[OK]をクリックして、FMRIシーケンスを開始します。開始すると、固定十字を示すプラス記号が表示され、被験者に休息を促します。開いた円形カーソルを使用してターゲットを追跡し、その後、注視十字が表示され、被験者が休憩します。

最後に、テーブルと被写体をスキャナーの穴から外し、テーブルを下げます。次に、ミラーアセンブリとヘッドコイルの上部を取り外します。背景ノイズと信号の計算のために、それぞれ画像の端と中心に関心のある正方形の領域が描画されました。

統計分析では、非アクティブおよびアクティブフットデバイスを使用したファントムテストの中心信号とバックグラウンド信号の比率に有意差は見られませんでした。フットデバイスは、信号対雑音比や画質に影響を与えませんでした。足首のデバイスが受動的である場合、被験者の最大力の 60% で通電された足首デバイスと比較して、M1 および SMA 領域で有意な活性化が観察されました。

患者のキャリブレーションステップは、メトロノームディスプレイが現在の可動域をカバーし、加えられる力のレベルが患者の最大加えられた力に基づいていることを確認するために非常に重要です。これにより、最適とは言えないパフォーマンスではなく、真の能力を測定できます。私たちのアプローチは、足の機能のリハビリテーションに限定されません。

この研究の影響は、治療前の臨床データと組み合わせて MRI を使用して脳回復バイオマーカーを特定することにあります。この進歩により、結果の予測が大幅に強化され、個別の治療計画が可能になります。慢性脳卒中患者の成功は、長期の脳卒中リハビリテーションの保険適用範囲の延長にもつながり、最終的には生活の質を向上させる可能性があります。