우리는 감각 운동 작업을 가진 블록 디자인을 사용하여 연속 파 기능 근적외선 분광 실험의 분석을 설명합니다. 데이터 분석의 신뢰성을 높이기 위해 질적 일반 선형 모델 기반 통계 파라메트릭 매핑및 다중 채널에 대한 비교 계층 혼합 모델을 사용했습니다.
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이 논문에서
요약
초록
신경 이미징 연구는 재활 및 외과 치료와 같은 사전 개입 후 신경 학적 조건의 평가에 중추적 인 역할을합니다. 뇌 활동을 측정하는 데 사용되는 많은 신경 이미징 기술 중, 기능적 근적외선 분광법 (fNIRS)은 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)과 유사한 국소 헤모글로빈 수준을 측정하여 동적 피질 활동의 평가를 가능하게합니다. 또한, fNIRS의 물리적 제한이 적기 때문에 감각 운동 작업의 여러 변종을 평가할 수 있습니다. 많은 실험실은 fNIRS 데이터 분석을 위한 몇 가지 방법을 개발했습니다. 그러나 일반적인 원칙이 동일하다는 사실에도 불구하고 보편적으로 표준화된 방법은 없습니다. 여기서는 블록 설계를 이용한 다중 채널 fNIRS 실험에서 얻은 데이터의 질적 및 비교 분석 방법을 제시합니다. 질적 분석을 위해 NIRS용 소프트웨어를 일반화된 선형 모델을 기반으로 하는 대량 단일변종 접근 법으로 사용했습니다. NIRS-SPM 분석은 작업 중에 활성화된 영역을 시각화하여 각 세션의 정성적 결과를 보여줍니다. 또한, 비침습적 3차원 디지타이저는 뇌에 비해 fNIRS 채널 위치를 추정하는 데 사용될 수 있다. NIRS-SPM 연구 결과를 확증하기 위해, 감각 운동 작업에 의해 유도된 헤모글로빈 수치의 변화의 진폭은 다중 채널 계층 적 혼합 모델을 사용하여 동일한 연구 대상의 두 개의 다른 세션 (개입 전후)에서 얻은 데이터를 비교하여 통계적으로 분석 될 수 있습니다. 우리의 방법은 운동 장애, 뇌혈관 질환 및 신경 정신 장애와 같은 다양한 신경 장애에서 사전 개입 후 분석을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
서론
신경 재활은 감각 운동 장애 다음 기능 회복에 중요한 역할을한다. 신경가소성 기능 회복의 메커니즘을 명확히 하기 위해 기능성 자기 공명 영상(fMRI), 양전자 방출 단층 촬영(PET), 뇌전도법(EEG), 기능적인 근적외선 분광법(fNIRS)과 같은 다양한 신경 이미징 기술이 사용되었습니다. 다른 이미징 양식에는 다른 장점과 단점이 있습니다. fMRI는 가장 일반적인 장치이지만 자기장에 의해 영향을 받고, 높은 비용, 높은 물리적 제한, 제한된 감각 운동 작업1,2,3,4. fNIRS 장치는 비침습적 광학 신경 이미징으로 두드러지며 상대적으로 낮은 공간 해상도를 가지고 있지만 fMRI4보다더 나은 시간적 해상도를 가지고 있습니다. fNIRS는 사전 개입 효과를 비교하고, 동적 모터 작업을 가지고, 휴대용, fMRI1,2,4보다자연 환경에서 더 많은 기능을 ....
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프로토콜
이 연구는 일본 후쿠오카대학(IRB No. 2017M017)의 기관심사위원회(IRB)의 승인을 받았습니다. 참여 하기 전에, 모든 환자는 서면 통보 된 동의를 제공.
1. fNIRS 실험 준비
참고: 이 실험을 위한 다중 채널 연속 파 레이저 기반 NIRS 시스템이 사용되었습니다. 근적외선의 파장은 780nm, 805nm, 830nm였으며 샘플링 속도는 7.8Hz로 설정되었다. 시간 및 공간 해상도(광 방출기와 검출기 프로브 사이의 거리)는 각각 0.13 s및 3.0cm였습니다.
- fNIRS 장치를 어두운 소음이 없는 장소에 설정합니다. 실온에서 실험을 수행합니다. 실험 30분 전에 fNIRS 계측기를 시작합니다.
참고: fNIRS 시스템은 제어된 온도 및 습도 조건에서 사용되어장비(26)의안정적인 작동을 보장합니다. - fNIRS 레코딩을 위해 전체 헤드 캡을 사용하고 국제 10-20 시스템의 중앙(Cz)에 해당하는 위치가 헤드 캡의 홀더 245에 위치하도록 피사체의 머리에 헤드 캡을 부착한다. (그림1).
- 마킹 스티커를 참조 위치 지점에 부착....
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결과
여기에서, 우리는 우리 그룹이 현재 일하고 있는 로봇 지원 재활을 소개합니다: 급성 뇌졸중을 가진 환자에 있는 상부 사지 모터 적자에 biofeedback 효력. 우리는 우리 병원에 입원한 10명의 동의한 뇌졸중 환자 (평균 나이: 66.8 ± 12.0 년, 2명의 여자와 8명의 남자)를 포함했습니다. 아급성 뇌졸중 단계에서, 발병 후 2 주 이상, 우리는 같은 날 상부 사지 로봇 보조 재활 전후 fNIRS 시스템을 사용하여 이러한 환자의 모터 관련 피질 활성을 평가했다. 블록 설계 작업에 관해서는 각 작업 주기에서 15 s 이내에 영향을 받는 팔꿈치 굴곡/확장 움직임을 15배 수행했으며 7개의 작업 주기를 반복했습니다. 또한, 6명의 건강한 지원자(평균 연령: 58.7± 7.1세, 2명의 여성과 4명의 남성)도 오른쪽 팔꿈치 굴곡/확장 운동 중 정상적인 업무 관련 피질 활성화의 위치를 확인하기 위한 통제기능으로 등록하였다.
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토론
fNIRS를 위한 그룹 분석 방법에서, 질적 t-통계매핑에 의한 이미징 분석 방법을 수행하는 것 외에도, 비교멀티채널 분석을 사용하여 사전 개입(로봇 보조 운동)을 비교했습니다. 질적 분석을 위해 NIRS-SPM 소프트웨어를 일반화된 선형 모델을 기반으로 하는 대량 단변형 접근 법으로 사용했습니다. NIRS-SPM 분석은 작업 중에 활성화된 영역을 시각화하여 각 세션의 질적 결과를 보여줍니다. 더욱이, 비침습적 3D-디지타이저의 정보는 뇌에 비해 fNIRS 채널 위치의 추정을 가능하게 한다. NIRS-SPM 분석을 이용한 그룹 분석은 감각 운동 작업 중 사전 개입의 거친 뇌 활성화 영역을 캡처할 수 있었지만 동일한 채널의 변화 차이를 비교할 수는 없었습니다. NIRS-SPM 연구 결과를 확증하기 위해, 감각 운동 작업에 의해 유도된 헤모글로빈 수치의 변화의 진폭은 다중 채널 계층적 혼합 모델을 사용하여 동일한 연구 대상체에서 두 개의 서로 다른 세션(즉, 개입 전후)으로부터 얻은 데이터를 비교하여 통계적으로 분석.......
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공개 사항
저자는 공개하는이 연구와 관련된 이해 관계의 충돌이 없습니다.
감사의 글
이 작품은 과학진흥진흥협회(JSPS) 과학연구부(C) 18K08956과 후쿠오카대학 중앙연구원(201045)의 기금을 지원받았다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 3D-디지타이저 소프트웨어 | TOPCON-NS-1000 | 소프트웨어 ver.1.50 | |
| NIRS 시스템 | |||
| Robot | CYBERDYNE-Single-joint | type Hybrid Assitive Limb (HAL-SJ) |
참고문헌
- Bonilauri, A., Sangiuliano Intra, F., Pugnetti, L., Baselli, G., Baglio, F. A systematic review of cerebral functional near-infrared spectroscopy in chronic neurological diseases-actual applications and future perspectives. Diagnostics (Basel). 10 (8), (2020).
- Mihara, M., Miyai, I.
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재인쇄 및 허가
