Name: 손 그립 적자에서 회복하는 개인의 재활을 평가하기 위해 새로운 MRI 호환 손 유도 로봇 장치와 함께 기능MRI (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-11-23T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 34 s
Description: 학습하세요 만성 뇌졸중 환자의 손 그립 재활을 평가하는 MRI 호환 로봇 장치와 기능성 자기공명영상 기법을 활용한 방법입니다. 이 기술은 운동 기능 회복과 뇌 신경가소성을 실시간으로 모니터링하여 재활 치료의 효과를 정량적으로 분석합니다.

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이 작품은 A. 아리아 Tzika에 건강의 국립 연구소의 신경 장애 및 뇌졸중의 국립 연구소 (부여 번호 1R01NS105875-01A1)에서 보조금에 의해 지원되었다. 이 작품은 생물 의학 화상 진찰을 위한 아티놀라 A. Martinos 센터에서 행해졌습니다.  브루스 R. 로젠 박사님, 박사, 그리고 마르티노스 센터 직원들의 지원에 감사드립니다.  우리는 또한 실험을 실행에 도움을 씨 크리스티안 Pusatere와 씨 마이클 아르마니니에 감사드립니다.  마지막으로, 마이클 A. 모스코비츠 박사와 로젠 박사는 MR_CHIROD 일련의 장치 와 관련 뇌졸중 연구의 개념 및 개발에 대한 지침에 감사드립니다.

모든 실험은 매사추세츠 종합 병원의 기관 검토 위원회에 의해 승인되었고 생물 의학 이미징을위한 아티놀라 A. Martinos 센터에서 승인된 대로 수행되었습니다.
1. 과목 준비
참고: 포함 기준은 다음과 같습니다 : (i) 오른손 지배, (ii) 서면 동의를 제공하는 능력. 배제는 다음과 같은 자기 공명 환경에서 의반대 지표에 대한 스크리닝에 기초하여 구현되었다: (a) 일상적인 MRI 배제 기준, 예컨대 심박동기 또는 뇌동맥류 클립 및 금속 임플란트 또는 금속 함량의 체내에 존재; (b) 발작의 역사 (c) 밀실 공포증; (d) 임신.
<ol><li>정보에 입각한 동의를 얻으려면 자원봉사자에게 동의서를 읽으십시오. 자원봉사자와 조사관은 모두 동의서에 적정 위치에 로그인합니다. 서명된 동의서 사본 하나를 구도자 기록에 적합한 위치에 남겨 둡니다. 참가자의 기록에 대한 동의서의 두 번째 사본을 보관하십시오.</li>
	<li>MRI (자기 공명 영상) 금기 표시에 대한 자원 봉사자를 선별합니다. MRI 금기 표시 목록을 작성하고 목록의 각 항목에 대해 문의, 적절한 상자를 선택.</li>
	<li>참가자가 외과 동맥류 클립, 심장 박동기, 보철 심장 판막, 신경 자극기, 이식 펌프, 인공와우, 금속 막대, 플레이트, 나사, 보청기 또는 경피 패치.</li>
</ol>2. 설정
<ol><li>스캐너 룸에서 초기 설정을 수행합니다. 참고 : 필요한 모든 훈련은 절차에 앞서 조사관이 받아야합니다. MR 시설과 관련된 예방 조치는 항상 주의해야 합니다.<ol>
<li>MR_CHIROD(자기 공명 호환 손 유도 로봇 장치)를 MRI 스캐너 룸에 넣고 관통 패널 근처에 놓습니다. 3/8인치 공압 튜브를 패널의 통과 튜브에 인접한 MRI 지지실에 삽입합니다.</li>
		<li>MRI 스캐너 룸 포스 감지 및 인코더 케이블을 패널의 스캐너 룸 쪽의 9핀 D자형(DSUB) 커넥터에 연결합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>MRI 지원실을 설치합니다.
	<ol>
<li>공기 압축기는 110VAC 벽 콘센트에 연결합니다. 압축기의 내부 레귤레이터가 오프/최소 압력 위치로 바뀌고 볼 밸브가 오프 포지션에 있으므로 압축기를 켜고 전체 내부 압력(~4분)에 도달하도록 합니다.</li>
		<li>지지실 힘 감지 및 인코더 케이블을 관통 패널의 외부 측의 DSUB 커넥터에 연결합니다.</li>
		<li>침투 패널통과 통과하여 인터페이스/전원 장치 압력 조절기 출구로 나오는 3/8인치 공압 튜브 피팅을 연결합니다. 4mm 공압 튜브를 컴프레서의 출구와 인터페이스/전원/레귤레이터 장치의 에어 필터 입구에 연결합니다.</li>
		<li>인터페이스/전원/레귤레이터 장치를 USB 케이블/리피터 어셈블리의 마이크로 USB 커넥터에 연결하고 중계기 케이블을 MRI 제어실의 호스트 PC/노트북에 놓습니다. 인터페이스/전원/레귤레이터 장치를 지원실의 110VAC 벽 플러그에 연결한 다음 전원 스위치를 켭니다.</li>
	</ol></li>
	<li>환자와 MR_CHIROD v3를 배치합니다.
	<ol>
<li>MR 스캐너 침대를 완전히 확장하고 내립니다. 머리 코일의 아래쪽 절반을 부착하고 자원 봉사자가 편안하게 휴식을 취하도록 하고 편안하게 팔을 뻗어 있는지 확인하십시오.</li>
		<li>음향 소음 감소를 위해 자원봉사자에게 귀마개를 제공합니다.</li>
		<li>헤드 코일과 작은 폼 패드를 부착하여 머리를 고정시하십시오.</li>
		<li>팔과 팔꿈치 의 수준에서 자원 봉사자의 그립 팔 주위에 베개를 부착하여 자원 봉사자의 몸과 MR 스캐너의 벽에 진동 커플링을 최소화하십시오.</li>
		<li>자원 봉사자의 가슴에 통신 공을 부착하고, 그것을 사용하는 방법을 지시하고 스캔을 시작하기 전에 통신 공이 잘 작동하는지 확인하십시오.</li>
		<li>환자의 측면에 MR_CHIROD 느슨하게 해당 침대 슬롯을 사용하여 뇌 병변의 반대쪽에 설치하십시오. 자원봉사자의 팔꿈치가 팔에 무게를 지탱하기 위해 테이블에 놓여있는 가운데, MR_CHIROD 손잡이를 엄지와 집게 손가락 사이의 가죽 끈으로 옮기고 자원봉사자가 MR_CHIROD 손잡이를 잡도록 안내합니다.</li>
		<li>MR_CHIROD 관통 패널에서 테이블의 반대편에 있는 경우 케이블과 공압 튜브를 배치하여 환자 보다 테이블 아래를 통과합니다.</li>
		<li>그립 위치가 압착에 적합한지 확인합니다. 자원봉사자에게 압착을 위한 가장 편안한 자세가 될 때까지 MR_CHIROD 쥐거나 당기라고 지시한다.</li>
		<li>MR 호환 렌치를 사용하여 플라스틱 너트를 조여 MR_CHIROD 단단히 고정하십시오. 참고: 그 때 검사가 수행되지 않습니다. MR_CHIROD 배치할 때 자원봉사자는 자석 바깥의 MR 스캐너 침대에서 편안하게 휴식을 취합니다. 자석실의 문이 열려 있을 수 있습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>MR 제어실(스캐너 및 지원실 에 인접한)에 제어 랩톱을 설치하고 연결을 확인하고 환자의 힘 수준을 설정합니다.
	<ol>
<li>랩톱을 켜고 데이터 수집/분석 소프트웨어를 시작합니다. USB 케이블/중계기 어셈블리를 랩톱에 연결합니다. MR 스캐너 룸 프로젝터를 켭니다. 노트북 비디오 출력 포트를 프로젝터 커넥터에 연결하고 모니터를 설정하여 프로젝터에 화면을 확장합니다. 스캐너 USB HID 트리거 케이블을 랩톱에 연결하여 스캐너에서 트리거 신호를 수신합니다.</li>
		<li>MR_CHIROD 대한 사용자 정의 인터페이스(UI) / 제어/자극 프로그램을 실행합니다. 핸들을 엔드 스톱으로 밀어 모션 및 힘 파형의 표시를 확인하기 위해 MR_CHIROD 압력을 (최소) "설정" 수준으로 자동으로 설정합니다.</li>
		<li>다음 몇 가지 짜기 는 압박의 최대 강도 대 한 보정 될 것입니다 따라서 어려울 것 이라고 자원 봉사자를 지시.</li>
		<li>예를 들어, 힘 수준을 30 N으로 설정하고 자원 봉사자가 약 2 s의 기간으로 2-3 회 완전히 짜내도록 지시합니다.</li>
		<li>점차적으로 힘 수준을 높이고 자원 봉사자가 짜낼 수 없을 때까지 짜내기 시도를 반복합니다. 이 측정은 자원 봉사자의 그립 강도의 최대 역할을합니다. UI는 테스트 중에 사용할 최대 힘 레벨의 60%, 40%, 20%를 자동으로 계산합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>3. 자원봉사자 데이터를 입력하고 MR 스캐너를 보정합니다.
<ol><li>스캐너 콘솔에서 HIPAA(1996년 미국 건강 보험 이식 및 책임법) 규정에 따라 병원 정책에 따라 자원봉사자의 식별되지 않은 데이터를 입력합니다.</li>
	<li>테이블과 참가자를 스캐너로 옮기고 isocenter의 위치를 지정합니다.</li>
</ol>4. fMRI 세션 실행
<ol><li>제어실과 스캐너 실 사이의 창을 통해 자원봉사자를 관찰하고 자원봉사자와 통신하여 참가자의 허가를 받아 fMRI 프로토콜을 시작합니다. MR_CHIROD 손잡이를 완전히 열린 자세로 놓지 말라고 지시한다.</li>
	<li>자석을 심하고 지역화 스캔을 실행합니다. fMRI 프로토콜을 열고 자원봉사자의 뇌를 덮도록 슬라이스를 설정합니다.</li>
	<li>자원봉사자에게 fMRI 세션이 시작되도록 지시합니다.</li>
	<li>UI를 사용하여 첫 번째 힘 수준(최대값의 20%)을 적용하도록 MR_CHIROD 설정합니다. UI 프로그램은 비디오 프로젝터에 일련의 지침을 표시하여 자원봉사자가 시각적 자극에 반응하는 방법을 알려주는 것입니다. UI는 스캐너가 트리거 신호를 계속 제공할 때까지 기다립니다.</li>
	<li>fMRI에 대한 에코 평면 이미징 프로토콜을 시작합니다. 폴더 사용자로부터 이미징 프로그램 MR_CHIROD 사용합니다. 획득 및 재구성 매개 변수는 이미징 프로그램에서 이미 설정되어 있으며 변경해서는 안 됩니다. 다음 매개변수가 사용됩니다: 평면 192 x 192 또는 256 x 256 수집 행렬; 2-3s의 범위에서 TR(반복 시간); 30 ms TE (에코 시간); 5mm 슬라이스 두께, ~ 1mm x 1mm의 공간 해상도. 참고: UI/데이터 수집/자극 프로그램은 스캐너 프로그램에서 사전 fMRI 스캔을 시작한 스캐너에서 트리거 펄스를 수신할 때까지 기다립니다. 시각적 자극은 지침을 제거하고 자원 봉사자가 집중할 "고정 십자가"를 보여줍니다. fMRI 스캔 TR이 시작되면 커지고 축소되는 원의 형태로 시각적 메트로놈 디스플레이가 표시됩니다. 자원 봉사자는 완전히 짜내고 자극과 동기적으로 핸들을 놓습니다. 휴식 기간은 자극 기간을 분리하며, 이 기간 동안 고정 십자가가 다시 표시됩니다.</li>
	<li>작업을 수행하는 동안 강제 출력을 모니터링하고 참가자가 UI에서 힘 및 변위의 라이브 플롯을 관찰하여 작업을 올바르게 수행하고 있는지 여부(즉, 그립 및 릴리스를 완전히 완료하고 시각적 메트로놈과 동기화를 유지)합니다. .</li>
	<li>첫 번째 실행이 끝나면 UI에서 실험의 지속을 확인하여 힘 수준을 세 단계의 두 번째 수준으로 변경합니다. 4.5단계에서 반복합니다. 마찬가지로 두 번째 실행이 끝나면 세 번째 힘 수준에서 최종 실행을 계속 확인합니다.</li>
	<li>세 번째 실행 후 UI는 MR_CHIROD 압력을 낮은 "설정" 수준으로 자동으로 설정합니다.</li>
</ol>5. MRI 세션 완료
<ol><li>참가자에게 긴장을 풀고 손잡이를 놓아 보라고 지시한다. 일련의 해부학 적 스캔을 수집합니다.</li>
</ol>6. 테이크다운
<ol><li>MR 스캐너 룸에서 참가자를 제거하고 설정 단계를 따라 역으로 진행한 다음 MR_CHIROD 부분을 종료하고 분리합니다. MR 데이터를 데이터베이스와 디스크로 전송하고 세션을 닫습니다.</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>
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<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>
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<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>
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</ol>

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우리는 새로운 로봇 장치의 최신 버전을 사용하여 모터 작업의 fMRI를 제시, MR_CHIROD1,2,8. MR_CHIROD 만성 뇌졸중 환자에 의해 수행 될 수있는 손으로 압착 그립 작업을 실행하도록 설계되었으며 이전에 연구된1,2,3,4,5,6,8. 이 장치는 동력계로 사용되어 환자의 최대 그립력을 측정하여 실험력 수준이 정상화됩니다. 운동 피질의 ...

적절한 이미징 메트릭은 임상 평가보다 개인의 치료 성공 가능성을 모니터링하고 예측하고 치료 계획을 개선하고 개별화하는 정보를 제공할 수 있습니다. 우리는 만성 뇌졸중1,2,3,4,5,6, 7 ,8에서회복하는 환자와 경험을 개발했습니다. 운동 훈련이 신경 활동 및/또는 운동 기능의 재구성에서 점진적 개선에 영향을 미칠 수 있는 방법에 초점을 맞춘 최적의 개별화된 전략을 개발하는 것은 여전히 어려운 일입니다. 신경 질환 후 뇌의 기능 적 회복을위한 기본 구조 리모델링 및 재구성 프로세스에 대한 통찰력은 기능적 신경 이미징 방법과 뇌 매핑을 통해 신경 활동의 분산 지형 패턴과 기능 적 회복 사이의 관계를 평가 할 수 있습니다. 성공은 자기 공명 영상 (MRI) 메트릭에 기초한 신경학적 조건으로 광범위한 인구에서 그립 강도의 향상을 산출하기 위하여 최적화된 개인화한 처리 전략 개발을 촉진할 것입니다9.
여기서 우리는 피사체가 진동하는 시각적 자극과 동기화된 핸들을 잡고 해제하는 제어 가능한 저항력을 제공하는 새롭게 설계된 로봇 손 장치를 사용하는 프로토콜을 제시합니다. MR_CHIROD v3(MR 호환 핸드-유도 RObotic Device)는 각 데이터 포인트에 대해 적용된 힘, 그립 변위 및 타임스탬프를 측정및 기록하는 동안 그립 및 해제 모션이 수행되는 조정 가능한 힘을 나타내는 시스템입니다(그림1). 이 장치는 fMRI (기능적 자기 공명 영상) 동안 뇌 활성화 이미지의 신뢰할 수있는 평가를 제공하도록 설계되었으며, 이는 신경 장애에서 회복되는 환자의 뇌 반응에서 혈액 산소 수준 의존성 (BOLD) 변화를 평가하는 데 사용할 수 있습니다. MR 호환성은 구조 및 공압 액추에이터 요소및 스캐너 침대에 배치된 차폐 센서/전자 부품에 대해 완전히 비철/비자기 부품을 사용하여 달성됩니다. 도 2는 MR 스캐너 베드에 부착된 디바이스를 도시하고, MR_CHIROD v3의 핸들을 잡는 자석 구멍에 피사체가 있는 것을나타낸다(도 3). 인터페이스 및 제어 구성 요소는 MR 스캐너 룸 외부에 배치됩니다(그림4).
이 장치는 관련 뇌 활성화를 평가하기 위해 뇌 이미징 방법과 동시에 사용됩니다. 시스템의 주요 사용은 fMRI를 사용하여 검출되는 뇌의 모터 영역의 활성화를 생성하는 모터 작업을 제공하는 것입니다. 화상 진찰 도중 MR_CHIROD 사용하는 동안 두뇌 활성화는 신경질병에 있는 neuroplasticity를 평가할 수 있습니다. MR_CHIROD 이용한 운동 훈련 과정 및 후 활성화의 변화를 추적함으로써, 운동 결핍(예를 들어, 뇌졸중)으로 이어지는 임의의 신경질환에 따른 운동 재활의 진행이 관찰될 수 있다.
MR_CHIROD v3는 또한 테이블 장착 될 수있다, 인트라 스캔 훈련에 사용하기 위해, 있는 피사체그립과 연구의 기간 동안 적절한 시각적 자극에 대한 응답으로 해제 45 분, 연구 기간 동안 일주일에 세 번. 화상 진찰로 감시된 로봇으로 전달한 훈련을 가진 우리의 경험은, 예를 들면 치기 환자를 위한 복구 창이 결코 닫히지 않을 수 있다는 것을건의합니다 1.
MR 호환 핸드 그립 로봇을 구축하고 사용하는 우리의 근거는 로봇 복구가 쉬운 배치, 다양한 모터 장애에 대한 적용 가능성, 높은 측정 신뢰성 및 고강도 교육 프로토콜10을전달할 수 있기 때문에 손상에 큰 영향을 미칠 가능성이 있다는 것입니다. 우리의 MR 호환 로봇은 할 수 있습니다 : (a) 피사체 별 운동 범위에 대해 설정하고 피사체 별 힘 수준을 적용하도록 프로그래밍 방식으로 조정될 수 있습니다. (b) 호스트 컴퓨터를 통한 힘 및 변위 파라미터를 제어, 측정 및 기록하는 경우; (c) MR 스캐너 룸에 대한 액세스 또는 피사체의 재배치에 대한 스캔의 중단없이 원격으로 제어 매개 변수를 조정; (d) 훈련 훈련을 통해 장시간 동안 정확하고 일관되게 치료를 제공합니다.
MR 스캐너와 함께 컴퓨터 제어 시간 변화력을 적용하면서 피사체의 손 그립력과 변위를 측정하는 데 사용할 수 있는 시판 되는 복구 로봇 장치가 없다는 것을 알고 있습니다. Tsekos 등11은 MR_CHIROD 일련의 장치의 초기 반복을 포함하여 주로 연구 기반의 MR 호환 로봇 및 재활 장치의 다양한 검토했습니다. 다른 장치는 손목 동작, 손가락 동작, 등각 그립 강도 및 다관절 움직임을 연구하기 위해 설계되었습니다. 저항 력 또는 기타 힘을 적극적으로 제공하는 장치의 경우 유압, 공압, 기계적 연결 및 전기 유체 댐퍼를 포함한 다양한 MR 호환 기술이 사용되었습니다. 일부 장치는 이전 MR_CHIROD 버전의 또 다른 확장을 포함하여 여러 자유도를 포함하지만, MR 호환성12에적용되지 않은 자유도 및 유압 힘 응용 프로그램을 추가했습니다.
당사의 핸드 그립 전용 장치는 휴대성(MR 시설과 사무실 기반 교육 사이트 간에 정기적으로 이송됨) 및 컴퓨터 제어, 시간 변화 저항력을 생산하는 능력의 장점을 가지고 있습니다. MR_CHIROD 공압 기술을 사용하면 전기 유류 유체 기반 시스템에 필요한 고전압 소스, 유압 유체의 누출 가능성 및 인터페이스 메커니즘을 외부 전력 및 제어 구성 요소와 연결하는 복잡한 케이블/링키지의 필요성을 피할 수 있습니다.
MR_CHIROD 뇌졸중 환자1에서뇌 매핑을 위한 fMRI와 함께 기능하는 것으로 입증된 최초의 장치였다. 중요한 것은, MR_CHIROD v3는 시스템 및 소프트웨어가 전문적인 임상 지원없이 동기 부여 요소 ("게임화")와 함께 사용하도록 설계되었기 때문에 가정 또는 사무실 기반 교육에 특히 유용합니다. 병원에서 물리 치료사가 촉진 한 교육에 비해, 사무실 - 또는 가정 기반 교육은 환자가 매일 치료를 준수하기 쉽게 만드는 저렴하고 편리합니다. 다른 연구 기반 장치 중 일부에 비해 이미 상대적으로 저렴한 이 장치는 비용 대 이점 비율을 개선하기 위해 재설계 될 수 있습니다. MR_CHIROD v3와 호환되는 가상 현실 및 훈련의 게임화는 환자를 참여시키고, 작업 중에 주의를 증가시키고, 동기 부여를 향상시켜 회복의 효과를 증가시킬 수 있다13.

<table><tbody><tr><td>볼 베어링, 유리 볼이 있는 플라스틱 (8)</td><td>McMaster-Carr</td><td>6455K97</td><td></td></tr><tr><td>양방향 로직 레벨 컨버터</td><td>Adafruit</td><td>395</td><td></td></tr><tr><td>듀얼 LS7366R 직교 인코더 버퍼</td><td>SuperDroid 로봇</td><td>TE-183-002</td><td></td></tr><tr><td>Feather M0 WiFi w/ATWINC1500</td><td></td><td>Adafruit Adafruit 3010</td><td></td></tr><tr><td>플랜지 너트, 유리 섬유, 3/8"-16 (8)</td> <td>McMaster-Carr</td><td>98945A041</td><td></td></tr><tr><td>가로라이트 막대, &frac34; &rdquo; 직경, 4' long</td><td>McMaster-Carr</td><td>8467K84</td><td></td></tr><tr><td>노트북</td><td>다양한</td><td></td><td>USB2.0 포트 및 MATLAB</td></tr><tr><td>로드셀(20kg)</td>이 있는 모든 노트북<td>Robotshop</td><td>RB-PHI-119</td><td></td></tr><tr><td>로드셀 증폭기- HX711</td><td>Mouser</td><td>474-SEN-13879</td><td></td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td></td><td>2008 버전 이상(Psychophysics Toolbox</td></tr><tr><td>포함) 자기 공명 이미징 스캐너</td><td>Siemens</td><td>Skyra 3T 3T</td><td>전신 스캐너 BOLD 및 GRAPPA 기능</td></tr><tr><td>MR_CHIRODv3</td><td>자체</td><td></td> 제작 <td>맞춤형 플라스틱 및 3D 인쇄 구조</td></tr><tr><td>Op amp 개발 보드</td><td>Schmartboard</td><td>710-0011-01</td><td></td></tr><tr><td>패널 마운트 전원 공급 장치</td><td>Delta</td><td>PMT-D2V100W1AA</td><td></td></tr><tr><td>플라스틱 튜브 및 튜브 피팅</td><td>McMaster-Carr</td><td>다양한</td><td></td></tr><tr><td>Pyrex/graphite 피스톤/실린더 모듈</td><td>Airpot</td><td>2KS240-3</td><td></td></tr><tr><td>나사, &frac14; "-20, 나일론</td><td>McMaster-Carr</td><td>다양한</td><td></td></tr><tr><td>샤프트 칼라 &frac34; &rdquo; 직경 샤프트, 나일론 (2)</td><td>McMaster-Carr</td><td>9410T6</td><td>플라스틱 나사로 교체 재고 금속 클램핑 나사</td></tr><tr><td>차폐 케이블 (2)</td><td>US Digital</td><td>CA-C5-SH-C5-25</td><td></td></tr><tr><td>나사산 막대, 유리 섬유, 3/8"-16</td><td>McMaster-Carr</td><td>91315A010</td><td></td></tr><tr><td>투과형 광학 인코더 코드 스트립</td><td>US Digital</td><td>LIN-2000-3.5-0.5</td><td></td></tr><tr><td>투과형 광학 인코더 모듈</td><td>US 디지털</td><td>EM2-0-2000-I</td><td></td></tr><tr><td>PTFE 슬리브 베어링</td><td>McMaster-Carr</td><td>2639T32</td><td></td></tr></tbody></table>

손 그립 적자에서 회복하는 개인의 재활을 평가하기 위해 새로운 mri 호환 손 유도 로봇 장치와 함께 기능mri

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

기능성 자기 공명 영상(fMRI)은 생체 내에서 뇌 활성화를 이미지화하는 비침습적 자기 공명 영상 기술로, 내인성 데옥시헤모글로빈을 내인성 조영제로 사용하여 혈액 수준의 변화를 감지합니다. 산소화 (굵은 효과). 우리는 fMRI를 새로운 로봇 장치 (MR 호환 손으로 유도 한 로봇 장치 [MR_CHIROD])와 결합하여 스캐너의 사람이 신경 학적 운동 질환을 연구하는 매우 중요한 손 운동인 제어 된 모터 작업, 손으로 짜내는 작업을 실행할 수 있습니다. . 우리는 병렬 이미징(부분적으로 병렬 획득을 일반화하는 일반화 된 자동 교정 [GRAPPA])을 채택하여 더 높은 공간 해상도를 허용하여 BOLD에 대한 감도를 높였습니다. fMRI와 손으로 유도된 로봇 장치의 조합은 참가자가 스캐너에 있는 동안 실행된 작업의 정밀한 제어 및 모니터링을 허용; 이것은 신경학상 적자 (예를 들면, 치기)에서 복구하는 환자에 있는 손 운동 기능의 재활에 있는 유용성의 증명할 수 있습니다. 여기서 우리는 fMRI 검사 중에 MR_CHIROD 현재 프로토타입을 사용하기 위한 프로토콜을 간략하게 설명합니다.

프로토콜에 설명된 방법론을 통해 자원 봉사자가 자석에서 실시간으로 작업을 수행하는 동안 fMRI 이미지를 수집할 수 있습니다. 실험은 3T 전신 자기 공명 스캐너를 사용하여, 생물 의학 화상 진찰을 위한 매사추세츠 종합 병원 Athinoula A. Martinos 센터의 베이 1 시설에서 수행되었습니다. 도 2 및 도 3은 테이블 상에 MR_CHIROD 배치하고 이를 작동시키고 있는 환자를 도시한다. 그림 3에서자원 봉사자는 뇌 이미징을위한 올바른 위치인 자석의 등심에 머리를 두고 스캐너에 있습니다. 그림 4는 프로세스의 초기 단계에서 설정되는 시스템 구성 요소 및 연결의 회로도를 보여 주며, 이 회로도를 보여 주어도 있습니다. fMRI 세션 동안, 수집된 이미지뿐만 아니라, 자석 보어에 있는 사람이 동작함에 따라 장...

우리는 신경학적 적자에서 회복하는 개인의 손 운동 기능을 모니터링하기 위한 유틸리티를 평가하기 위해 새로운 MRI 호환 핸드 유도 로봇 장치를 사용하여 기능적 MRI를 수행했습니다.

손 그립 적자에서 회복하는 개인의 재활을 평가하기 위해 새로운 MRI 호환 손 유도 로봇 장치와 함께 기능MRI

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

이 프로토콜은 손 그립 적자를 가진 환자의 재활을 모니터링하는 데 사용됩니다. 만성 뇌졸중 환자와 모터 적자를 수반 하는 다른 신경 질환을 가진 사람들이 기술에서 혜택을 받을 수 있습니다. 자기 공명 화상 진찰은 두뇌의 적응성의 감시를 허용합니다.즉, 그립 성능의 재활에 대한 반응의 신경 가소성. 힘 자극 장치의 적절한 변형으로이 방법은 신체의 다른 영역에 영향을 미치는 장애의 재활을 위해 적용 될 수있다. 이 장치 및 수정 사항은 MR 호환성을 유지해야 합니다.MRI 로드가 제대로 연결되어 있고 주제를 MR 룸으로 가져오기 전에 검증된 기능임을 보장하는 것이 중요합니다. 이 실험을 시작하기 전에 먼저 피사체의 정보에 입각한 동의를 얻고 MRI 안전을 위해 철저히 검사합니다. 참가자가 잠재적인 MRI 금기 사항이 있는 경우 검사를 진행하지 마십시오.설치를 시작하려면 먼저 자기 공명 호환 로봇 장치를 MRI 룸에 가져와 침투 패널 근처에 놓습니다. 그런 다음 3/8 인치 공압 튜브를 패널의 튜브를 통과하여 인접한 MRI 지원실에 삽입합니다. 그런 다음, 지지실 포어 센싱 및 인코더 케이블을 침투 패널의 외부 면에 있는 D-서브 커넥터에 연결한다.침투 패널에서 나오는 3/8 인치 공압 튜브 피팅을 인터페이스 전원 장치 압력 조절 콘센트의 콘센트에 연결합니다. 그런 다음, 4mm 공압 튜브를 인터페이스 전원 레귤레이터의 에어 필터 입구에 있는 압축기의 콘센트에 연결한다. 스캐너 침대를 확장하고 낮춘 후 머리 코일의 하반부에 부착하고 자원 봉사자가 누워 팔을 뻗어 작은 폼 패드를 사용하여 참가자의 머리를 고정시하십시오.자원 봉사자의 가슴에 통신 공을 부착하고 사용에 대한 지침을 제공합니다. 또한 헤드 코일의 상단을 부착합니다. 지금, 느슨하게 해당 침대 슬롯을 사용하여 뇌 병변반대 환자의 측면에 로봇 장치를 설치합니다.그런 다음, 자원 봉사자의 팔꿈치가 팔을 지원하기 위해 테이블에 앉아있는 동안 장치 핸들을 엄지 손가락과 집게 손가락 사이의 웨빙으로 이동하고 손잡이를 잡을 수 있도록 도와줍니다. 장치가 침투 패널에서 테이블의 반대편에있는 경우 그들은 환자를 통해보다는 테이블 아래 를 전달할 수 있도록 공압 튜브에 케이블을 배치합니다. 다음으로, 자원 봉사자에게 압박에 가장 편안한 자세가 될 때까지 장치를 짜서 밀거나 당기도록 지시합니다.그런 다음 MR 호환 렌치를 사용하여 플라스틱 너트를 조여 장치를 제자리에 단단히 고정하십시오. 이제 사용자 지정 사용자 인터페이스 자극 프로그램을 실행합니다. 최소 설정 수준으로 압력을 설정하여 핸들을 끝 정지로 자동으로 밀어 모션 및 힘 파형의 표시를 확인합니다.다음으로, 힘 수준을 설정하고 자원 봉사자에게 약 2 초 동안 2 ~ 3 번 완전히 짜내라고 지시합니다. 자원봉사자가 그 힘 수준에서 짜낼 수 있는지 관찰한다. 점차적으로 힘 레벨을 높이고 짜내기 시도를 반복합니다.이 측정은 자원 봉사자의 최대 그립 강도 역할을합니다. 이 프로그램은 테스트 중에 사용할 최대 힘 레벨의 60%와 20%를 자동으로 계산합니다. 다음으로, 테이블과 참가자를 스캐너의 ISO 중심으로 이동하기 전에 통신 공이 작동하는지 확인한 다음 레이저 정렬을 사용하여 배치합니다.이제 사용자 인터페이스를 사용하여 명령 및 자극 이미지를 생성하고 시스템을 설정하여 첫 번째 힘 레벨을 적용하고 MRI 스캐너에서 트리거 신호를 기다립니다. 이 프로그램은 자원 봉사자에게 시각적 자극에 대응하는 방법을 상기시키는 일련의 지침을 표시합니다. 이 프로그램은 스캐너가 트리거 신호를 제공할 때까지 기다린 다음 지침을 제거하고 자원 봉사자가 집중해야 하는 고정 십자가를 표시합니다.fMRI 스캔 획득이 시작되면 시각적 메트로놈이 증가하고 축소된 원의 형태로 표시됩니다. 자원 봉사자는 완전히 짜내고 자극과 동기적으로 핸들을 놓아야합니다. 휴식 기간은 고정 십자가가 다시 표시되는 기간 동안 자극 기간을 분리합니다.힘 및 변위의 라이브 플롯을 관찰하여 힘 출력 및 참가자 작업 성능을 모니터링합니다. 실험이 완료되면 참가자에게 휴식을 취하고 손잡이를 놓을 수 있음을 알수 있습니다. 마지막으로 일련의 해부학 검사를 수집합니다.이 그림은 일반적인 모터 작업 결과를 보여 주습니다. 여기서 우리는 fMRI 활성화가 뇌 윤곽선에 중첩되고 자원 봉사자의 해부학 적 이미지의 3 차원, 단면 보기에 의사 색상으로 중첩되는 것을 봅니다. M1은 1차 모터 피질을 나타내고 SMA는 보충 운동 영역을 나타낸다.이 이미지는 뇌 템플릿에 렌더링된 의사 색상 활성화를 보여줍니다. 이 그래프는 시간 함수로서 힘의 단위로 측정된 실제 힘 출력을 보여 주습니다. 출력은 실시간으로 기록되었습니다.흰색 막대는 60초의 자극과 휴식 기간에 해당합니다. 여기서, 단일 복살 시간 과정이 이 이미지에서 십자선의 위치에 있는 소마토 감각 영역에서 복살에서 선택된 것으로 나타났다. 모든 과목은 메트로놈 추적 그립 모션을 사전에 수행하는 데 적절한 교육을 받아야 합니다.또한 시각적 자극과 MRI 시퀀스 간의 동기화가 중요합니다. 추가 화상 진찰 양식은 또한 재활으로 변경될 것으로 예상되는 백색 물질 섬유관 방향 및 성장을 검출하기 위하여 확산 텐서 화상 진찰을 포함하여 이 프로토콜에서 이용될 수 있습니다. 스캐너에서 생성된 강력한 자기장으로 인해 MR 실험을 수행하는 것은 위험합니다.따라서 모든 피험자와 실험자는 금기 증에 대한 검사를 포함한 MR 안전 지침을 따라야 합니다. 이 과정의 개발은 뇌졸중 회복이 치료 와 관련 보험 상환이이 시간 이후에도 계속되어야한다는 것을 건의하는 부상 후 6 개월 이상 계속한다는 시연을 허용할 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Neuroscience

신경과학

최근, 잠재 고객의 광대한 금액은 인간 - 로봇 상호 작용 시스템을 사용할왔다. 본 논문에서 우리는 신속하게 상호 작용 기능을 가능한 라이브러리를 만들 수 있습니다 오픈 소스 소프트웨어와 함께 새로운 로봇 장치의 통합을 설명합니다. 우리는 다음 neurorehabilitation 어플 리케이션을위한 임상 응용 프로그램을 설명합니다.

Haptic 그래픽 / 재활 : 가상 환경 도서관에 로봇을 통합하고 뇌졸중 치료에 적용

사용 transcranial 직류 자극과 로봇 치료의 추가 기능으로 기존의 재활 치료에 대 한 향상 된 치료 결과 뇌가 소성의 변조 때문에 발생할 수 있습니다. 이 문서에서는, 우리는 뇌졸중 후 모터 성능 향상을 위한 우리의 연구소에서 사용 되는 결합 된 방법을 설명 합니다.

상 지 대 한 Transcranial 직접 현재 자극과 로봇 치료의 사용

이 연구는 손 재활을위한 새로운 로봇 보조 작업 지향 프로그램의 개발을보고합니다. 발달 과정은 뇌졸중을 앓고 후속 운동 제어 기능 장애로 고통받는 건강한 과목과 피험자 모두를 사용하는 실험으로 구성됩니다.

바이매뉴얼 외골격 로봇 핸드를 이용한 새로운 과제 지향 재활 프로그램 개발

만성 뇌졸중 환자의 보험 재활은 일반적으로 시간이 제한되어 있습니다. 보행 관련 운동 작업으로 인한 뇌 활동에 대한 이미징 기반 연구는 개선된 결과를 측정하고 맞춤형 치료를 확장하는 것을 정당화하기 위한 바이오마커를 확립하는 데 도움이 될 수 있습니다. 새로운 자기 공명(magnetic resonance)과 호환되는 가변 저항 발 모션 장치와 기능적 자기 공명 영상(functional magnetic resonance imaging)에 사용하기 위한 프로토콜이 제시됩니다.

발 마비 환자의 기능적 자기 공명 영상 평가를 위한 발 유도 디지털 제어 저항 장치의 사용

이 연구의 목적은 뇌졸중 후 상지 운동 기능 장애에 대한 운동 영상 뇌-컴퓨터 인터페이스(MI-BCI)의 표준 임상 작동에 대한 중요한 참고 자료를 제공하는 것입니다.

뇌졸중 후 상지 운동 기능 장애의 재활을 위한 운동 이미지: 뇌-컴퓨터 인터페이스

이 프로토콜은 뇌졸중 환자의 손가락 재활을 돕기 위해 맞춤화된 유연한 웨어러블 초숫자 로봇 팔다리를 도입합니다. 이 설계는 원활한 인간-로봇 상호 작용을 촉진하기 위해 굽힘 센서를 통합합니다. 건강한 지원자와 뇌졸중 환자를 모두 대상으로 한 실험을 통한 검증은 제안된 연구의 효능과 신뢰성을 강조합니다.

만성 뇌졸중 환자를 위한 유연한 웨어러블 Supernumerary Robotic Limb

전 세계 6명 중 1명은 일생 동안 뇌졸중을 앓아 장기적인 장애를 유발하는 것으로 추정되며, 이러한 재활 메커니즘은 아직 잘 알려져 있지 않습니다. 이 연구는 하지 로봇 치료 세션 동안 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)으로 뇌 활성화를 평가하는 프로토콜을 제안합니다.

기능적 근적외선 분광법과 하지의 로봇 보조 다관절 포인팅 운동을 이용한 실험

이 프로토콜은 4가지 모드를 통해 지능적인 피드백을 제공하는 상지 재활 로봇을 설명합니다. 이러한 모드는 상지 기능과 유연성을 향상시켜 환자의 삶의 질을 향상시킵니다.

Enhancing Upper Words Rehabilitation Robot을 통한 뇌졸중 후 상지 기능 및 운동 능력 향상

이 실험 프로토콜은 상지 기능 장애가 있는 뇌졸중 환자를 위한 이중 상지 작업 지향 로봇 시스템의 사용을 간략하게 설명합니다. 연구 결과는 이 시스템이 뇌졸중 환자의 상지 기능과 일상 생활 활동을 크게 개선할 수 있음을 시사합니다.

뇌졸중 환자의 상지의 기능적 회복을 위한 Dual Upper Limb Task-Oriented Robotic System 적용

본 연구는 뇌졸중 환자를 위한 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 시스템을 소개하고 있으며, 이 시스템은 뇌파검사와 전기굴절 신호를 결합하여 상지 로봇 손을 제어하여 일상 활동을 향상시킵니다. 이 평가는 BeBiTS(Berlin Bimanual Test for Stroke)를 사용했습니다.

뇌졸중 환자의 일상 활동을 향상시키기 위한 뇌-컴퓨터 인터페이스 제어 상지 로봇 시스템

이 연구는 뇌졸중 후 전뇌 네트워크 토폴로지 향상에 대한 구성 가능한 소프트 공압 로봇의 효과를 탐구합니다. 그래프 이론 분석은 클러스터링 계수, 경로 길이 및 전역 효율성이 크게 향상되었음을 나타냅니다. 연구 결과는 뇌졸중 재활에서 신경가소성을 조절하고 기능 회복을 최적화하는 프로그래밍 가능한 로봇 프로토콜의 잠재력을 강조합니다.

연질 공압 로봇은 뇌졸중 후 손 재활을 위한 뇌 네트워크의 그래프 이론 지표를 변조합니다.

학습하세요 만성 뇌졸중 환자의 손 그립 재활을 평가하는 MRI 호환 로봇 장치와 기능성 자기공명영상 기법을 활용한 방법입니다. 이 기술은 운동 기능 회복과 뇌 신경가소성을 실시간으로 모니터링하여 재활 치료의 효과를 정량적으로 분석합니다.

손 그립 적자에서 회복하는 개인의 재활을 평가하기 위해 새로운 MRI 호환 손 유도 로봇 장치와 함께 기능MRI

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