Name: Zastosowanie indukowanego stopą cyfrowo sterowanego urządzenia oporowego do oceny funkcjonalnego rezonansu magnetycznego u pacjentów z niedowładem stopy (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-07-07T12:20:00.000+00:00
Duration: 8 min 55 s
Description: Poznaj metodę oceny aktywności mózgu podczas zadań chodzenia u pacjentów po udarze przy użyciu cyfrowo sterowanego urządzenia oporowego i rezonansu magnetycznego. To podejście umożliwia precyzyjne monitorowanie efektów rehabilitacji.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Praca ta została wsparta grantem z National Institute of Neurological Disorders and Stroke (numer grantu 1R01NS105875-01A1) National Institutes of Health dla A. Aria Tzika. Praca ta została wykonana w Centrum Obrazowania Biomedycznego im. Athinoula A. Martinos. Pragniemy podziękować Dyrektorowi Dr. Bruce'owi R. Rosenowi, M.D., Ph.D. i członkom personelu Martinos Center, a także Dr. Michaelowi Moskowitzowi, M.D., za ich rady i wsparcie. Na koniec dziękujemy firmie Virtumed, LLC za wyprodukowanie urządzenia.

Wszystkie eksperymenty zostały zatwierdzone przez Institutional Review Board w Massachusetts General Hospital i przeprowadzone zgodnie z ustaleniami w Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging. Uzyskano zgodę podmiotu na wykorzystanie i udostępnienie danych pozbawionych elementów pozwalających na identyfikację.
UWAGA: W obecnym badaniu kryteria włączenia były następujące: (1) niedowład połowiczy prawej lub lewej z resztkowym ruchem nóg po udarze niedokrwiennym/MCA odniesionym ≥6 miesięcy wcześniej; (2) Kategoria Funkcjonalnej Obsługi Ruchowej (FAC)30 punktów 4-5 (podmiot porusza się z asystentem w celu poruszania się po schodach/nierównych powierzchniach lub bez pomocy asystenta); (3) Skala Udaru Mózgu National Institutes of Health (NIHSS)31 w skali 5-14 (łagodny/umiarkowany); (4) zdolność do stania przez 5 minut i chodzenia 10 m; (5) w wieku 18-80 lat. Po wstępnych testach uwzględniono dodatkowe kryterium, które polegało na sprawdzeniu, czy badani są w stanie przesunąć pedał o co najmniej 5° ruchu stopą z niedowładem. Zebrano dane demograficzne, czynniki ryzyka udaru, czas trwania fizjoterapii/terapii zajęciowej, długość pobytu w szpitalu w ostrej fazie, stosowanie leków, współistniejące infekcje i powikłania.
1. Selekcja i przygotowanie do badania
<ol>
	<li>Podczas rekrutacji spotkaj się z potencjalnymi uczestnikami i sprawdź ich zdolność do poruszania pedałami urządzenia za pomocą stopy niedowładnej.<ol>
		<li>Sprawdź dopasowanie stopy każdej osoby do pedałów nożnych urządzenia. W przypadku osób o mniejszych stopach przetestuj dopasowanie ich stóp podczas noszenia trampek lub podobnego obuwia, które jest bezpieczne dla MR.</li>
		<li>Osoby, które nie są w stanie wywrzeć wystarczającej siły, aby przesunąć pedał w zakresie ruchu co najmniej 5° przy urządzeniu bez zasilania, powinny zostać wykluczone z badania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przed przybyciem poinstruuj uczestników, aby przynieśli badane obuwie, jeśli zostało to uznane za konieczne podczas wstępnej kontroli przesiewowej. Zapisz informacje o temacie i uzyskaj świadomą zgodę zgodnie z protokołem instytucjonalnym.</li>
	<li>W każdym dniu badania przesiewowego badani są badani pod kątem przeciwwskazań określonych w zasadach placówki MR. Uzyskanie podpisanych zrzeczeń w przypadku osób z tatuażami, które mogą powodować podrażnienie i/lub pieczenie, a także wszelkich innych zwolnień specyficznych dla placówki.</li>
	<li>Poinstruuj osobę, aby przebrała się w zatwierdzony przez placówkę fartuch/spodnie i poczekała na wezwanie do pomieszczenia skanera. Przechowuj rzeczy podmiotu zgodnie z zasadami placówki. Jeśli uznasz, że jest to potrzebne, poinstruuj pacjenta, aby założył obuwie.</li>
</ol>
2. Ustawienie nożnego urządzenia o kontrolowanym oporze
UWAGA: Zaleca się, aby wykonanie kroków 2.1-2.3 nastąpiło przed przybyciem obiektu.
<ol>
	<li>Konfiguracja w pomieszczeniu wspomagającym rezonans magnetyczny<ol>
		<li>Umieść wzmacniacz wysokiego napięcia z dołączonym modułem DAQ na podłodze w pobliżu panelu penetracyjnego. Podłącz przewód zasilający AC do gniazdka ściennego, podłącz koncentryczny HV do HV amplifier zaciski i do wtyczki koncentrycznej MHV na panelu przepustowym, a następnie podłącz czujnika do odpowiedniej wtyczki na panelu przepustowym. Włącz główny wyłącznik zasilania WN amplifier.</li>
		<li>Podłącz wtyczkę USB B USB do modułu DAQ, a wtyczkę USB A do wzmacniacza USB. Ułóż wzmacniacza USB z pomieszczenia wspomagającego rezonans magnetyczny do pomieszczenia kontrolnego rezonansu magnetycznego i przymocuj do podłogi za pomocą taśmy samoprzylepnej, jeśli to konieczne, aby zapobiec przemieszczeniu się przez personel lub osobę poruszającą się po obiekcie.</li>
		<li>Aktywuj projektor w pomieszczeniu ze skanerem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Konfiguracja w sterowni rezonansu magnetycznego<ol>
		<li>Umieść laptopa hosta urządzenia stopowego w pobliżu interfejsu skanera MRI, podłącz zasilanie i włącz laptopa. Uruchom aplikację MATLAB i załaduj program interfejsu użytkownika (UI).</li>
		<li>Podłącz USB skrzynki przycisków skanera MRI/sygnału wyzwalającego, projektora w pomieszczeniu skanera i wzmacniacza USB do notebooka.</li>
		<li>Jeśli nie zostało to wcześniej skonfigurowane, dostosuj ustawienia monitora laptopa tak, aby okno główne było rozszerzone na ekran projektora po prawej stronie głównego okna laptopa. Przesuń wskaźnik myszy poza prawą stronę głównego okna laptopa i upewnij się, że przesuwa się w pole view ekranu projektora. Przesuń wskaźnik myszy z powrotem do okna głównego. UWAGA: Formaty sygnału wyzwalającego i projektora mogą się różnić w zależności od obiektu. Mogą być konieczne adaptery wideo lub podobne urządzenia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Konfiguracja w pomieszczeniu skanera<ol>
		<li>Sprawdź, czy stół skanera znajduje się całkowicie poza otworem skanera i jest całkowicie opuszczony.</li>
		<li>Zamontuj cewkę głowicy w odpowiednim gnieździe na stole skanera. Zdejmij górną część cewki i umieść ją z boku. Przykryj poduszki stołu skanera i dolną część cewki głowicy prześcieradłem szpitalnym.</li>
		<li>Zamontuj ekran projektora w otworze po przeciwnej stronie niż stół skanera.</li>
		<li>Włóż dwie pary mosiężnych mocujących do otworów montażowych cewki w kierunku końca stołu skanera i umieść nóżkę między parami. Luźno przymocuj plastikowe wsporniki mocujące do i otworów wyrównujących w płycie podstawy urządzenia nożnego (Rysunek 1A).</li>
		<li>Podłącz czujnika i WN do wtyczek na panelu przepustowym. Upewnij się, że nie są owinięte wokół stołu lub w inny sposób narażone na przytrzaśnięcie lub splątanie podczas przesuwania stołu do otworu skanera. Upewnij się, że czujnika i WN są przedłużone bez pętli między urządzeniem nożnym a panelem penetracyjnym.</li>
		<li>Uruchom program interfejsu użytkownika w sterowni (uruchom skrypt pliku m) i sprawdź, czy została nawiązana komunikacja między laptopem hosta a modułem DAQ, obserwując komunikat potwierdzający w interfejsie użytkownika (Rysunek 3).</li>
		<li>Zaakceptuj domyślne proporcje poziomu siły w początkowym oknie dialogowym interfejsu użytkownika, klikając przycisk OK . Poczekaj, aż pojawią się i znikną okna dialogowe potwierdzenia oraz pojawi się początkowe okno wykresu na żywo siły i przemieszczenia.</li>
		<li>Upewnij się, że podczas gdy jeden pracownik przesuwa pedał urządzenia nożnego w jego zakresie ruchu, a drugi pracownik obserwuje ślady siły i przemieszczenia, ślad przemieszczenia przesuwa się od −35° do +18° i z powrotem oraz że ślad siły pokazuje siły dodatnie dla ruchów w kierunku zgięcia grzbietowego, siły ujemne dla ruchów w kierunku zgięcia podeszwowego, i powraca do zera w spoczynku. Potwierdza to działanie czujników, modułu DAQ, wzmacniacza WN i siłownika ERF (ilustracja 3A).</li>
		<li>Jeśli sygnały wydają się normalne, kliknij Kontynuuj w oknie wykresu na żywo, a następnie przycisk Zamknij w oknie dialogowym potwierdzenia. Jeśli nie, sprawdź połączenia kablowe i połączenia zasilania, a następnie w razie potrzeby powtórz kroki konfiguracji.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wyrównanie urządzenia do tematu i stopy<ol>
		<li>Odprowadź badanego z poczekalni do pomieszczenia skanera. Przeprowadź badania przesiewowe metali zgodnie z zasadami placówki, aby sprawdzić, czy nie ma niezgłoszonych obiektów lub implantów. Zaopatrz osobę w ochronne zatyczki do uszu.</li>
		<li>Poinstruuj badanego, aby usiadł na stole, a następnie położył się na wznak z głową wtuloną w dolną część cewki głowy. W razie potrzeby udziel pomocy. Dopasuj wyściółkę między głową badanego a ściankami cewki głowicy, aby zapobiec ruchom głowy podczas obrazowania.</li>
		<li>Poinstruuj badanego, aby wyprostował nogi. Przesuń nożnik w kierunku/od obiektu, aż jego pięty (lub obcasy butów) spoczną w gniazdach podnóżków urządzenia do stóp. Dostosuj dalej, aby wyrównać główny trzpień pedałów z kostkami fotografowanej osoby.</li>
		<li>Zamocuj nożę na miejscu za pomocą plastikowych wsporników mocujących i plastikowych nakrętek motylkowych.</li>
		<li>Poinstruuj badanego, aby zdjął z pedału stopę, która nie jest testowana, i oparł ją nieco bliżej urządzenia nożnego. W razie potrzeby podeprzyj nietestowaną nogę poduszkami. Przymocuj testowaną stopę do pedału urządzenia nożnego za pomocą pasków mocujących na rzepy, upewniając się, że śródstopie pacjenta (lub przód buta pacjenta) styka się z pedałem. UWAGA: W obecnym badaniu, z udziałem osób niekontrolnych (udaru), najpierw przetestowano stopę dotkniętą udarem. Po zakończeniu badania dotkniętej stopy, stopa ta została usunięta z pedału, a niedotknięta stopa została zamontowana w odpowiednim pedale przy użyciu tego samego procesu, co w kroku 2.4.5.</li>
		<li>Zapewnij testerowi urządzenie sygnalizujące ściśnięcie żarówki, poinstruuj go, aby ścisnął żarówkę w celu jej przetestowania i przypomnij osobie, że w każdej chwili może ścisnąć żarówkę, aby komunikować się z technikami.</li>
		<li>Podnieś stół MR na pełną wysokość, aby fotografowana osoba mogła widzieć ekran projekcyjny przez zespół lustra.</li>
		<li>Zamontuj górną część cewki głowicy i zamontuj zespół lusterka viewnad cewką głowicy. Sprawdź, czy fotografowana osoba wyraźnie widzi ekran projektora w lustrze.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Badanie wytrzymałości obiektu
<ol>
	<li>Uruchom ponownie interfejs użytkownika. Zaakceptuj domyślne proporcje poziomu siły lub dostosuj je, jeśli wymaga tego protokół badania, a następnie kliknij przycisk OK , jak powyżej. Gdy pojawią się ślady siły/przemieszczenia, poinstruuj badanego, aby przesunął badaną stopę jak najdalej w kierunku zgięcia grzbietowego i trzykrotnie powrócił do pełnego zgięcia podeszwowego. Sprawdź, czy ślady przemieszczenia i siły wyglądają normalnie, jak powyżej. W ten sposób ustala się zakres ruchu do badania, który może być mniejszy niż pełny zakres urządzenia nożnego (rysunek 3A).</li>
	<li>Jeśli wyniki są akceptowalne, kliknij Kontynuuj w oknie wykresu na żywo i Tak - Kontynuuj w oknie dialogowym potwierdzenia; kliknij na No-Retry, jeśli badany nie postępował prawidłowo zgodnie z instrukcjami zgięcia; lub kliknij Przejdź do Zamknij , jeśli występują inne problemy, i rozwiąż problemy w razie potrzeby.</li>
	<li>Po wyświetleniu okna dialogowego potwierdzenia daty/godziny kliknij Tak - Kontynuuj w oknie dialogowym lub kliknij inne opcje, jeśli pożądana jest inna nazwa pliku lub zamknięcie.</li>
	<li>Poinstruuj badanego, aby przesunął badaną stopę do pełnego zgięcia podeszwowego i kliknij OK w oknie dialogowym potwierdzenia. Pojawi się okno instrukcji/metronomu (oznaczone na rysunku 3). Za pomocą myszy przeciągnij to okno w pole view ekranu projekcyjnego i kliknij OK , aby potwierdzić, że zostało to zakończone.</li>
	<li>Sprawdź, czy instrukcje dotyczące tematu są wyświetlane na projektorze. Sprawdź, czy stopa badanego pozostaje w pełnym zgięciu podeszwowym i kliknij OK w odpowiednim oknie dialogowym. Wykres interfejsu użytkownika zmienia się na wyświetlaczu dynamometru ze wskazaniami nastaw siły oporu.</li>
	<li>Opisany powyżej metronom wizualny pojawia się na ekranie projekcyjnym z pełnym, docelowym okręgiem poruszającym się w górę lub w dół na ekranie ze stałą prędkością i otwartym okrągłym kursorem kontrolowanym przez położenie pedału urządzenia nożnego. Poinstruuj badany, aby poruszył stopą, aby kursor ściśle podążał za ruchem celu. Jeśli badany może z powodzeniem poruszać się w pełnym zakresie ruchu, podążając za celem, kliknij (Fd, Fp) + 10 na wykresie na żywo, aby zwiększyć nastawy siły zarówno dla zgięcia grzbietowego, jak i podeszwowego (ryc. 3B).</li>
	<li>Obserwuj, czy obiekt nadal dokładnie śledzi ruch metronomu.<ol>
		<li>Jeśli tak, kliknij ponownie (Fd, Fp) + 10 , aby zwiększyć obie nastawy siły. Jeśli zgięcie grzbietowe nie może zostać zakończone, ale zgięcie podeszwowe nadal podąża za ruchem docelowym, kliknij raz (Fd, Fp) - 10 i kliknij dwukrotnie Fp + 10 , aby zmniejszyć siłę oporu zgięcia grzbietowego o jeden stopień i zwiększyć opór podeszwowy o jeden stopień.</li>
		<li>Jeśli siła zgięcia grzbietowego została ustawiona, ale badany nie może już śledzić metronomu w zgięciu podeszwowym, kliknij raz Fp - 10 , a następnie kliknij Kontynuuj w oknie wykresu na żywo. Aktualne poziomy sił są wykorzystywane przez program UI jako punkty odniesienia dla proporcjonalnie zredukowanych sił przyłożonych podczas fazy testowania.</li>
		<li>Jeśli nastawa siły zginającej podeszwę osiągnęła maksymalne ustawienie urządzenia nożnego, naciśnij Kontynuuj na wykresie na żywo i kontynuuj. UWAGA: Krok 3.7.3 zwykle występuje u osób kontrolnych z normalną siłą nóg oraz dla kończyny zdrowej u osób po udarze z powodu przekroczenia przez nich możliwości urządzenia, które zostało zaprojektowane tak, aby koncentrować się na sile w dotkniętej kończynie.</li>
		<li>Zapisz zadane punkty siły (pokazane po prawej stronie wykresu śladu siły) do wykorzystania w przyszłości. Kliknij Tak - kontynuuj , aby kontynuować, Nie - Przetestuj ponownie , aby powtórzyć lub Zamknij , jeśli występują inne problemy. Poinstruuj badanego, aby przesunął badaną stopę do pełnego przemieszczenia podeszwowego, a następnie zrelaksował się.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przejrzyj użycie żarówki ściskającej, sekwencję skanowania i zadanie z obiektem oraz odpowiedz na wszelkie pytania, które tester może mieć przed rozpoczęciem skanowania.</li>
	<li>Poinstruuj osobę, aby zamknęła oczy podczas tego kroku. Użyj linii laserowej skanera do wyznaczania punktów orientacyjnych, aby zlokalizować pozycję cewki głowicy/głowy obiektu. Przesuń stół, aby wyśrodkować głowę fotografowanej osoby w otworze skanera. Poproś personel o opuszczenie pomieszczenia skanera i zamknięcie drzwi.</li>
</ol>
4. Uruchamianie sesji skanowania MRI i zadania urządzenia do stopy
<ol>
	<li>Wykonaj rejestrację obiektu specyficzną dla placówki i załaduj protokół skanowania. Powiadom badanego, że rozpocznie się sekwencja skanowania anatomicznego i że może się zrelaksować podczas tej części protokołu i poinstruuj go, aby ścisnął bańkę, aby zweryfikować jego zrozumienie. Rozpocznij skanowanie anatomiczne i poczekaj na zakończenie.</li>
	<li>Zgodnie z zaleceniami w oknie dialogowym dostarczonym przez interfejs użytkownika, powiadom uczestnika, że rozpocznie się część badania fMRI i urządzenia do stopy, i poinstruuj go, że powinien upewnić się, że jego badana stopa jest w pełnym zgięciu podeszwowym, że powinien przywrócić stopę do pełnego zgięcia podeszwowego, gdy na ekranie pojawi się krzyż fiksacyjny, i że powinni podążać za wizualnym metronomem, gdy się pojawi. Kliknij OK w oknie dialogowym instrukcji.</li>
	<li>Postępuj zgodnie z instrukcjami, które kierują operatora, aby przygotował komputer sterujący skanerem do zainicjowania części protokołu fMRI. Kliknij OK w oknie dialogowym instrukcji i rozpocznij sekwencję fMRI. Program interfejsu użytkownika automatycznie wysyła żądane ustawienia siły do modułu DAQ. UWAGA: W obecnym badaniu zadanie wizualnego metronomu zostało wykonane trzy razy dla kończyn dotkniętych udarem i zdrowych przy poziomach siły 60%, 40% i 20% maksymalnych poziomów określonych w kroku 3.7. Poziomy siły są aktualizowane automatycznie przy każdym powtórzeniu testu.</li>
	<li>Tester wyświetla swoje instrukcje wyświetlane na ekranie projektora. Pojawia się znak "+" (krzyżyk fiksacyjny), podczas którego, zgodnie z wcześniejszymi instrukcjami, podmiot odpoczywa.</li>
	<li>Wizualny cel metronomu jest wyświetlany z pełnym okręgiem poruszającym się w górę iw dół ze stałą prędkością. Zgodnie z wcześniejszymi instrukcjami, badany porusza badaną stopą w zgięciu grzbietowym i podeszwowym, aby otwarty okrągły kursor śledził cel. UWAGA: W obecnym badaniu faza reszta (krzyż fiksacji) i faza aktywna (metronom) były równej długości, a cykl powtórzono siedem razy. Podczas fazy metronomu występowały dwa cykle zgięcia grzbietowego i zgięcia podeszwowego w całym zakresie ruchu. Parametry te można dostosować w skrypcie interfejsu użytkownika dla innych badań. Każda faza fMRI/metronomu trwała około 5 minut i 40 sekund.</li>
	<li>Powtórz kroki 4.4 i 4.5, w sumie siedem cykli, po których wyświetlany jest krzyż fiksacji, a badany odpoczywa.</li>
	<li>Powtórz kroki 4.2-4.6, w sumie przez trzy cykle.</li>
	<li>Wejdź do pomieszczenia skanera MRI i zmień stopę zamontowaną w urządzeniu do stopy, jak opisano krok 2.4.5. Powtórzyć sekcję 3 protokołu dla drugiej stopy.</li>
	<li>Powtórz sekcję 4 protokołu, pomijając kroki 4.1 i 4.8 (rejestracja, badanie anatomiczne, zmiana stopy).</li>
	<li>Powiadom uczestnika, że rozpocznie się część skanowania DTI i że może się zrelaksować podczas tej fazy badania, a następnie poinstruuj go, aby ścisnął bańkę, aby potwierdzić zrozumienie. Rozpocznij skanowanie DTI i poczekaj na zakończenie.</li>
</ol>
5. Operacje po teście
<ol>
	<li>Przesuń stół i obiekt z otworu skanera, a następnie opuść stół. Zdejmij zespół lusterka, górną sekcję cewki głowicy i wyściółkę wokół głowy fotografowanej osoby. W tym czasie ochronniki słuchu można wyrzucić.</li>
	<li>Pomóż testerowi ustawić się w pozycji siedzącej i w razie potrzeby przejść do miejsca przewijania. Osoba może teraz przebrać się z powrotem w swoje zwykłe ubranie.</li>
	<li>Porozmawiaj z pacjentem, odpowiedz na wszelkie pytania po teście, ustal harmonogram przyszłych spotkań i wypełnij formularze wypłaty stypendium przed wyjazdem pacjenta.</li>
	<li>Zdemontuj i spakuj sprzęt, a następnie odmontuj kostkę ze stołu skanera. Odłącz WN i czujnika od panelu przepustowego. Odłącz skrzynkę z przyciskami i monitora od laptopa hosta. Zapakuj urządzenie na kostkę i osprzęt pomocniczy do futerałów.</li>
	<li>Wykonaj odpowiednie dla obiektu odkażanie stołu skanera oraz odpowiednich powierzchni roboczych i sprzętu.</li>
	<li>Wyodrębnij dane z folderów tymczasowych w systemie skanera w celu analizy w trybie offline. Wykonaj procedury wylogowania.</li>
</ol>

Żaden z autorów nie ma konfliktu interesów, który mógłby ujawnić.

Kroki krytyczne Kluczowe znaczenie ma wstępne przetestowanie zdolności pacjenta do generowania przynajmniej minimalnego ruchu pedału nożnego stopą z niedowładem. Wynik FAC wynoszący 4 lub 5 i zdolność do stania przez minimalny okres czasu odzwierciedlają łączną zdolność badanego między kończynami zdrowymi i niedowładnymi i nie odzwierciedlają zdolności do samodzielnego poruszania stopą niedowładną. W obecnym badaniu głównym celem była stymulacja zmian neuroplastycznych w okolicy urazu poprzez intens...

Wykorzystanie wskaźników ilościowych pochodzących z funkcjonalnego i strukturalnego obrazowania mózgu może być bardziej przydatne i skuteczne w śledzeniu postępów i przewidywaniu wyników terapii udaru mózgu niż ocena wyników klinicznych, a te wskaźniki ilościowe mogą być przydatne w projektowaniu i ulepszaniu zindywidualizowanych planów terapii 1,2. Opracowanie skutecznych, spersonalizowanych strategii, które łączą trening motoryczny z mierzalną reorganizacją aktywności neuronalnej i/lub poprawą funkcji motorycznych, pozostaje wyzwaniem. We wcześniejszych pracach opracowano spostrzeżenia dotyczące tego, w jaki sposób funkcjonalne metody neuroobrazowania i mapowanie mózgu u pacjentów dotkniętych przewlekłym udarem mózgu mogą wykazywać takie zmiany 3,4,5,6,7,8. Badanie funkcji mózgu w odniesieniu do wydajności chwytu dłoni (która jest kluczem do samowystarczalności pacjenta i jakości życia) doprowadziło do oczekiwań, że technika ta może być również zastosowana do kontroli ruchów stóp związanych z chodem poprzez ocenę odpowiednich wzorców topograficznych aktywności neuronalnej i odzyskiwania funkcji. Przypuszcza się, że włączenie funkcjonalnych map urazów opartych na MRI może pomóc w dokładniejszym scharakteryzowaniu deficytów neurologicznych niż oceny kliniczne9 oraz że użycie urządzeń robotycznych jest bardziej skuteczne w regeneracji mózgu niż konwencjonalne paradygmaty10. Mapy funkcjonalne mogą zapewnić wgląd w to, które części systemu działają, dostarczając w ten sposób informacji, które nie są oczywiste z obserwacji klinicznych11. Sukces w rehabilitacji ruchomości i siły stóp za pomocą rezonansu magnetycznego u pacjentów po udarze mózgu ułatwi opracowanie spersonalizowanych strategii leczenia opartych na wskaźnikach MRI dla szerszej populacji z innymi schorzeniami neurologicznymi.
W przedstawionej pracy opisano zastosowanie kompatybilnego z MR robota indukowanego stopą (MR_COFID lub urządzenia do stopy) podczas skanowania fMRI w celu zbadania wpływu treningu umiejętności motorycznych po udarze na funkcjonowanie mózgu. Motywacją do opracowania tego urządzenia do pomiaru stopy z kontrolowanym oporem była krytyczna, niezaspokojona potrzeba rehabilitacji ruchomości stóp u pacjentów po udarze. Skonstruowanie systemu odpowiedniego zarówno do szkolenia w domu, jak i w biurze oraz do monitorowania reakcji na działania szkoleniowe w oparciu o MR tworzy ujednolicone podejście, które eliminuje wcześniejsze ograniczenia zarówno w zakresie szkolenia, jak i oceny.
MR_COFID (Rysunek 1A) jest adaptacją wcześniejszego ręcznego urządzenia robotycznego (MR_CHIRODv2)8,12 zgodnego z rezonansem magnetycznym, które wykorzystywało siłownik z płynem elektroreologicznym (ERF) w celu zapewnienia dynamicznie kontrolowanej siły oporu w odpowiedzi na podmiot chwytający i ściskający mechanizm uchwytu. Siłownik ERF (rysunek 1B) jest dwukierunkowym tłokiem wypełnionym płynem, w którym ERF po jednej stronie tłoka jest zmuszany przez ruch tłoka do przepływu między parą elektrod w kanale, który zawraca płyn na drugą stronę tłoka. Po przyłożeniu wysokiego napięcia (HV) do elektrod cząsteczki w nieprzewodzącym oleju silikonowym wyrównują się i mechanicznie wiążą ze sobą, zwiększając w ten sposób lepkość płynu i opór ruchu urządzenia. W urządzeniu z uchwytem ręcznym siłownik jest bezpośrednio sprzężony z uchwytami, z ogniwem obciążnikowym w celu pomiaru przyłożonej siły oraz z enkoderem optycznym w celu pomiaru przemieszczenia uchwytu. Nowe urządzenie do zakładania stopy przekształca liniowe działanie urządzenia chwytającego w kątowe przemieszczenie stopy w zgięciu grzbietowym i podeszwowym za pomocą mechanizmu suwaka korbowego (rysunek 1C). Siła oporu od siłownika ERF jest przekształcana prawie proporcjonalnie do momentu oporu wokół stawu skokowego. Ruch korby pedału jest symetryczny względem wektora prostopadłego do głównej osi siłownika, wykorzystując w ten sposób przybliżenie, że kąt korby i jego sinus są prawie równe dla małych kątów. Ponieważ ERF może wywierać tylko siły oporu, system jest z natury bezpieczny; Siłownik nie może aktywnie pchać ani ciągnąć stopy, a siła spada do zera, gdy obiekt przestaje się poruszać. Maksymalne zgięcie podeszwowe stopy wynosi 35°, a maksymalne zgięcie grzbietowe 18°. Wartości te mieszczą się w zakresie ruchu stopy podczas normalnego chodu i warunków nieobciążania13,14, są prawie takie same jak wartości użyte w innych badaniach15 i zostały stwierdzone podczas wstępnych testów, aby spełnić lub przekroczyć zakresy ruchu osób dotkniętych urazem po stronie dotkniętej urazem i umożliwić maksymalizację dostępnych sił oporu poprzez mechanizm przekładni liniowo-kątowej. Oryginalny uchwyt i dodatkowy mechanizm ruchu stopy zostały wykonane z materiałów nieżelaznych (plastik, aluminium, mosiądz) dla bezpieczeństwa MR.
Siłownik ERF wykorzystuje zmienne pola elektryczne, a nie magnetyczne, do zmiany lepkości płynu, dzięki czemu pola magnetyczne skanera MR nie mają na niego wpływu. Siłownik ERF jest zamknięty w cylindrycznej miedzianej powłoce, która jest podłączona do przewodu ekranującego koncentrycznego WN; ten jest z kolei uziemiony do panelu penetracyjnego klatki Faradaya skanera MR. Zapobiega to wpływaniu na skaner potencjalnego szumu o częstotliwości radiowej spowodowanego zmiennym napięciem przyłożonym do siłownika i zapobiega indukowaniu prądów w przez zmienne pola magnetyczne skanera, które mogłyby zmienić lepkość ERF. WN biegnie na zewnątrz panelu przepustowego do wzmacniacza WN. Zastosowano koncentryczne złącza MHV (miniaturowe wysokie napięcie), które zapewniają dodatkowe bezpieczeństwo przy przenoszeniu napięć do 4 kV (ilustracja 2).
Oddzielne od enkodera optycznego i czujnika wagowego mają ekrany, które są również uziemione do panelu penetracyjnego, dzięki czemu ich sygnały (w szczególności sygnały cyfrowe z kanałów enkodera) nie wpływają ani na skaner, ani na wyjście ogniwa obciążnikowego o małym napięciu. ekranowane i uziemione na zewnątrz panelu przepustowego przenoszą sygnały do modułu akwizycji danych (DAQ). Wyjście ogniwa obciążnikowego, które wykorzystuje mostek Wheatstone'a z kompensacją temperatury, jest wzmacniane przez wzmacniacz oprzyrządowania podłączony do analogowych zacisków wejściowych DAQ, zapewniając 1,000-krotny współczynnik wzmocnienia.
Moduł DAQ uruchamia oprogramowanie układowe przy użyciu języka skryptowego Lua (Supplemental Coding File 1). Skrypt załadowany do modułu DAQ działa z częstotliwością pętli 500 Hz, a moduł odczytuje enkoder i wzmocniony sygnał ogniwa obciążnikowego, konwertuje odczyty czujnika na wartości długości i siły oraz przechowuje je w rejestrach pamięci w celu uzyskania dostępu i rejestrowania przez interfejs użytkownika m-file (UI; Rysunek 3) na laptopie hosta (Supplemental Coding File 2). W razie potrzeby laptop hosta wysyła wartości siły docelowej dla zgięcia grzbietowego i podeszwowego, parametrów kontrolera w pętli zamkniętej oraz poleceń resetowania enkodera do dodatkowych rejestrów pamięci w module DAQ. Skrypt DAQ uruchamia pętlę sterowania, która wykrywa kierunek ruchu pedału, aby określić, jaką siłę należy wywierać: zgięcie grzbietowe lub zgięcie podeszwowe. Następnie oblicza napięcie wyjściowe proporcjonalne do różnicy między wartościami siły zmierzonej i docelowej, ograniczoną napięciem od 0 V do 4 V, co jest dopuszczalnym zakresem wejściowym wzmacniacza wysokiego napięcia. ERF reaguje na wielkość przyłożonego pola elektrycznego; odwrócenie napięcia nie zmniejsza lepkości poniżej lepkości płynu niezasilanego (bez pola elektrycznego), więc wyjście DAQ jest ograniczone do minimum 0 V. DAQ kwantyzuje (rozdzielczość 12 bitów) i próbkuje (500 Hz) napięcia analogowe, co skutkuje wyjściem schodkowym do wzmacniacza HV, które może powodować składowe wysokiej częstotliwości na wyjściu WN z powodu szybkich zmian na każdym kroku. Wzmacniacz HV ma małe i duże pasmo sygnału wynoszące odpowiednio 35 kHz i 8 kHz, więc aby zmniejszyć możliwość generowania szumów RF wykrywanych przez skaner, wyjście DAQ wykorzystuje filtr RC pierwszego rzędu o częstotliwości -3 dB przy około 900 Hz, więc wyższe częstotliwości są prawie wyeliminowane. Ponadto urządzenie nożne jest umieszczone na zewnątrz otworu skanera, w pobliżu podstawy łóżka, co dodatkowo minimalizuje jakąkolwiek interakcję między czujnikami urządzenia, siłownikiem i skanerem. Wzmacniacz o wzmocnieniu 1 000 V/V i szczytowej mocy wyjściowej 4 kV generuje pola w poprzek szczeliny ERF do 4 kV/mm; chociaż napięcie przebicia płynu ERF nie jest podawane przez dostawcę, lepkość i inne parametry są opisane do tego poziomu. Butla ERF może wywierać nieco ponad 200 N siły, gdy jest w pełni zasilana i porusza się z prędkością docelową. Długość ramienia w miejscu, w którym korbowód łączy się z pedałem, wynosi 56 mm, co daje maksymalny moment obrotowy około 11,2 Nm. Jest to więcej niż wystarczające dla osób z niedowładem stóp; jednak może zostać obezwładniony przez silne, zdrowe podmioty. Komponenty sprzętowe są wymienione w Tabeli materiałów.
Zastosowanie urządzenia nożnego opiera się na paradygmatach treningu i testowania opracowanych z wcześniejszymi urządzeniami do chwytania dłoni 3,4,5,6,7,8,16 i innymi pracami 11,17,18. W momencie publikacji urządzenie to było używane u pacjentów z przewlekłym udarem mózgu z deficytami związanymi ze stopą w celu zbadania zmian neuroplastycznych wywołanych terapią zarówno za pomocą obrazowania MR, jak i ilościowej oceny wydajności.
Jak opisano w poniższym protokole, osoby poddawane skanowaniu leżą na wznak na łożu skanera, a ich głowy są unieruchomione w cewce głowicy skanera i umieszczone w izocentrum skanera. Urządzenie nożne jest ustawione i zablokowane w taki sposób, że badana noga jest prosta, a jego stopa jest przypięta do odpowiedniego pedału urządzenia. W ten sposób zginanie w kostce nie powoduje pchania ani ciągnięcia za urządzenie, co mogłoby przesunąć pozycję głowicy w cewce. Rama lustra jest umieszczona przed oczami fotografowanej osoby, umożliwiając jej oglądanie ekranu projekcyjnego, który wyświetla instrukcje i wskazówki wizualne dotyczące zadania motorycznego.
Podczas zadania badany widzi albo znak "+" w okresach odpoczynku, albo wizualny metronom podczas testowania, w którym jeden okrąg porusza się w górę iw dół na ekranie (cel), a drugi okrąg jest wyświetlany, który porusza się pod kontrolą położenia pedału nożnego urządzenia (kursor; Rysunek 4). Badani proszeni są o uważne śledzenie ruchu celu. Prędkość docelowa jest określana w taki sposób, że niezasilona lepka siła reakcji urządzenia (siły lepkości rosną wraz ze wzrostem prędkości) jest wystarczająco niska, aby każdy podmiot mógł ją pokonać, przy zwiększonych siłach przyłożonych pod kontrolą komputera.
Robotyka jest łatwa do wdrożenia, ma zastosowanie w przypadku różnych zaburzeń motorycznych, charakteryzuje się wysoką wiarygodnością pomiarów i jest w stanie zapewnić trening o wysokiej intensywności10. To urządzenie oparte na ERF dostarcza cyfrowo kontrolowaną siłę oporu do obiektu i jest bezpieczne dla MR w połączeniu z komponentami nieżelaznymi/niemagnetycznymi, a także kompatybilne z MR dzięki zastosowaniu uziemionej i ekranowanej elektroniki12. Ma zalety w stosunku do powiązanych urządzeń, ponieważ jest przenośny i stosunkowo prosty w użyciu, co oznacza, że może być używany zarówno w środowiskach klinicznych, jak iw domu, gdzie regularna terapia może być wykonywana bez kosztów związanych z podróżą lub placówką kliniczną. Urządzenie może wytwarzać sterowany komputerowo, zmienny w czasie opór w zgięciu podeszwowym i zgięciu grzbietowym, aby ułatwić tworzenie procedur rehabilitacyjnych dostosowanych do potrzeb pacjenta, a tym samym wypełnia lukę w dziedzinie dostępnych na rynku urządzeń rehabilitacyjnych.
Istnieją inne urządzenia badawcze, które z różnych powodów nie nadają się do niniejszych badań. Niektóre urządzenia są statyczne, mierząc siły przyłożone izometrycznie19, a nie w zakresie ruchu obiektu (RoM). Urządzenia oparte na sprężystości wywierają rosnącą siłę wraz ze wzrostem przemieszczenia, a nie stałym oporem nad RoM i muszą być ręcznie regulowane, aby zmienić poziomy siły 20,21,22. Stosowanie stałych ciężarów i obciążeń grawitacyjnych15,23 nie pozwala na komputerowe sterowanie obciążeniami lub różnymi obciążeniami dla zgięcia podeszwowego i grzbietowego. Urządzenia pneumatyczne 24,25,26 pozwalają na zmiany siły między testami i stałą siłę na RoM; jednak zawory musiałyby być umieszczone w pewnej odległości od skanera, więc ogólnie rzecz biorąc, urządzenie to nie byłoby w stanie szybko przełączać się między siłami zgięcia podeszwowego i grzbietowego podczas zmiany kierunku stopy i nie miałoby możliwości odpowiedzi częstotliwościowej siłowników ERF. Silniki elektromagnetyczne mogą być używane27 w środowisku skanera, ale tylko poprzez przedłużenie mechanizmu na tyle daleko, aby zachować bezpieczeństwo i kompatybilność MR, co ogranicza przenośność i zwiększa ryzyko wypadków, jeśli którykolwiek z elementów silnika zostanie przysunięty zbyt blisko otworu. Hydraulika28 może być dwukierunkowa przy różnych poziomach siły, ale wiąże się z wyzwaniami podobnymi do stosowania silników elektromagnetycznych, ponieważ sprężarka/sterownik (zwykle niekompatybilny z MR) musi znajdować się daleko od otworu, co ogranicza przenośność i pasmo przenoszenia. Hydraulika została połączona z systemami ERF29, dzięki czemu system może napędzać wstecznie efektor końcowy (stopę lub urządzenie chwytające) i zapewniać opór izometryczny; jednak ta zdolność nie była wymagana w obecnych badaniach i została dodana kosztem użycia silników hydraulicznych niekompatybilnych z MR.
Urządzenie do pomiaru stopy zapewnia połączenie funkcji, które umożliwiają: precyzyjne i konsekwentne terapeutyczne ćwiczenia kontroli stopy przez dłuższy czas; pomiar aktualnej sprawności motorycznej pacjenta i dostosowanie trudności zadania w miarę postępu rehabilitacji; kontrola w czasie rzeczywistym i niezależna regulacja przyłożonej siły zarówno w zgięciu podeszwowym, jak i grzbietowym; zdalne sterowanie i regulacja siły oporu bez przerw w celu ręcznej regulacji; oraz bezpieczeństwo i kompatybilność MR.

<table><tbody><tr><td>Skaner MRI 3T</td><td>Siemens Medical Solutions USA, Inc., Malvern, Pensylwania</td><td>Magnetom Skyra</td><td>https://www.siemens-healthineers.com/en-us/magnetic-resonance-imaging/3t-mri-scanner/magnetom-skyra</td></tr><tr><td>Jednostka akwizycji danych (DAQ)&nbsp;</td><td>LabJack Corp., Lakewood, Kolorado</td><td>Zobacz materiał T4</td><td>https://labjack.com/news/labjack-t4</td></tr><tr><td>Wzmacniacz wysokiego napięcia&nbsp;</td><td>Trek, Inc., Lockport, Nowy Jork</td><td>nr wzoru 609C-6</td><td>https://www.manualsdir.com/manuals/268654/trek-609e-6-high-voltage-power-amplifier.html?page=2&original=1</td></tr><tr><td>Matlab (Matlab)</td><td>The Mathworks, Ltd., Natick, MA</td><td>N/a</td><td>https://www.mathworks.com/</td></tr><tr><td>wzmacniacza USB</td><td>Tripp Lite, Chicago, Illinois</td><td>U026-10M</td><td>https://assets.tripplite.com/product-pdfs/en/u02610m.pdf</td></tr></tbody></table>

zastosowanie indukowanego stopą cyfrowo sterowanego urządzenia oporowego do oceny funkcjonalnego rezonansu magnetycznego u pacjentów z niedowładem stopy

Use of a Foot-Induced Digitally Controlled Resistance Device for Functional Magnetic Resonance Imaging Evaluation in Patients with Foot Paresis

Deficyty neurologiczne spowodowane udarem mogą skutkować długotrwałą niepełnosprawnością ruchową, w tym tymi, które wpływają na chód. Jednak intensywna rehabilitacja po udarze jest zazwyczaj ograniczona w czasie. Ustanowienie biomarkerów predykcyjnych w celu identyfikacji pacjentów, którzy mogą odnieść znaczące korzyści z dodatkowej fizjoterapii i wykazania poprawy, jest ważne dla poprawy jakości życia pacjentów. Wykrycie neuroplastycznej przebudowy dotkniętego chorobą obszaru i zmian we wzorcach aktywności wzbudzonych podczas wykonywania odpowiednich zadań motorycznych może mieć cenne implikacje dla powrotu do zdrowia po przewlekłym udarze. Protokół ten opisuje użycie cyfrowo sterowanego, kompatybilnego z rezonansem magnetycznym urządzenia robotycznego indukowanego stopą (MR_COFID) do przedstawienia spersonalizowanego zadania motorycznego stopy obejmującego trajektorię podążającą za osobami dotkniętymi udarem z upośledzeniem chodu podczas funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (fMRI). W zadaniu zgięcie stopy jest wykonywane wbrew dwukierunkowym siłom oporu, które są dostrojone do siły badanego zarówno w kierunku zgięcia grzbietowego, jak i podeszwowego, zgodnie z wizualnym metronomem. fMRI nieinwazyjnie wykorzystuje endogenną deoksyhemoglobinę jako środek kontrastowy do wykrywania zmian zależnych od poziomu natlenienia krwi (BOLD) między okresem aktywności i spoczynku podczas testowania. Powtarzające się okresowe testy mogą wykryć związane z terapią zmiany we wzorcach pobudzenia podczas wykonywania zadań. Zastosowanie tej techniki dostarcza danych do identyfikacji i pomiaru biomarkerów, które mogą wskazywać na prawdopodobieństwo, że dana osoba odniesie korzyści z rehabilitacji wykraczające poza to, co jest obecnie zapewniane pacjentom po udarze.

Opisane tutaj wyniki odnoszą się do kompatybilności urządzenia do stopy z MR, analizy typowych wyników skanowania funkcjonalnego oraz uwag dotyczących urządzenia do stopy.
Urządzenie stopowe zostało ocenione pod kątem bezpieczeństwa MR przez personel Centrum Athinoula A. Martinos i przetestowane pod kątem kompatybilności z MR w skanerze MRI 3 T. W testach z fantomem, z wykorzystaniem cylindra zawierającego roztwór 1,24 g NiSO4·6H2O i 2,62 g NaCl na 1 000 g H2O,...

Rehabilitacja ubezpieczona pacjentów z przewlekłym udarem mózgu jest na ogół ograniczona w czasie. Oparte na obrazowaniu badanie aktywności mózgu związane z zadaniami motorycznymi związanymi z chodzeniem może prowadzić do ustanowienia biomarkerów do pomiaru lepszych wyników i uzasadnić rozszerzenie terapii dostosowanej do indywidualnych potrzeb. Zaprezentowano nowatorskie, kompatybilne z rezonansem magnetycznym urządzenie do ruchu stopy o zmiennym oporze oraz protokół do stosowania podczas funkcjonalnego rezonansu magnetycznego.

Zastosowanie indukowanego stopą cyfrowo sterowanego urządzenia oporowego do oceny funkcjonalnego rezonansu magnetycznego u pacjentów z niedowładem stopy

Neurological deficits from a stroke can result in long-term motor disabilities, including those that affect walking gait. However, extensive ...

Długotrwały pogląd, że reorganizacja mózgu jest niemożliwa dłużej niż sześć miesięcy po udarze, jest krytyczną przeszkodą dla postępu w dziedzinie regeneracji mózgu. Informacje uzyskane za pomocą rezonansu magnetycznego można wykorzystać do personalizacji planowania leczenia rekonwalescencji na podstawie map mózgu uzyskanych przed i po terapii. Nasze podejście wykorzystuje urządzenie do pomiaru oporu ruchu stopy kompatybilne z rezonansem magnetycznym, które umożliwia ocenę funkcji mózgu za pomocą FMRI w celu obserwacji aktywacji podczas wykonywania ćwiczeń terapeutycznych.Poziomy oporu siły zmieniają się dynamicznie, więc spektrum reakcji mózgu na wysokie i niskie siły można mierzyć bez przerywania skanowania w celu dostosowania ustawień oporu. Zestaw do obrazowania wykorzystuje to samo urządzenie, co zwykła terapia udaru mózgu, które aktywuje te same reakcje podczas obrazowania, co podczas treningu. Pozwala to na dostosowanie poziomów oporu i czasu trwania stosowanych w terapii w celu maksymalizacji poprawy funkcji mózgu.Wszystkie badania nad rehabilitacją funkcji stóp i ręki wykorzystują podobne podejście, ale z różnymi urządzeniami kompatybilnymi z MR. Zmiany w plastyczności mózgu, które zachodzą w odpowiedzi na intensywną terapię, nie są wyłącznie związane z regeneracją motoryczną po udarze. Wszystkie wyniki mają zastosowanie do innych zaburzeń ruchowych.Aby rozpocząć od tego podejścia, pacjenci powinni mieć minimalny poziom funkcji, który umożliwia im wykonywanie niewielkich ruchów przy niskich siłach oporu. W miarę postępów pacjenta poziomy siły i zakres ruchu są dostosowywane do jego możliwości i są dostosowywane w miarę poprawy. Zacznij od spotkania z potencjalnymi obiektami i sprawdzenia dopasowania stopy każdego z nich do pedałów nożnych urządzenia.Upewnij się, że stół skanera znajduje się całkowicie poza otworem skanera i jest całkowicie opuszczony. Następnie zamontuj cewkę głowicy w odpowiednim gnieździe na stole skanera. Podłącz dolną część cewki głowicy do gniazda.Zdejmij górną część i odłóż ją na bok. Przykryj poduszki stołu skanera prześcieradłem szpitalnym i umieść poduszkę w dolnej części cewki głowicy. Przedłuż czujnik i wysokiego napięcia bez pętli między urządzeniem nożnym a panelem penetracyjnym.Następnie podłącz czujnik i wysokiego napięcia do wtyczek na panelu przepustowym. Upewnij się, że nie są zapętlone wokół stołu ani nie mogą zostać przyciśnięte lub splątane. Po przeniesieniu stołu do otworu skanera.Kliknij przycisk OK, aby zaakceptować domyślne proporcje poziomu siły po wyświetleniu monitu w początkowym oknie dialogowym interfejsu użytkownika. Poczekaj, aż pojawią się okna dialogowe potwierdzenia i automatycznie je odrzuć. Następnie poczekaj, aż na ekranie pojawi się okno wykresu na żywo siły początkowej i przemieszczenia.Następnie poproś jednego z pracowników, aby przesunął pedał nożny urządzenia nożnego w jego zakresie ruchu. Podczas gdy inny obserwuje ślady siły i przemieszczenia, aby potwierdzić, że obserwowane są normalne oczekiwane wyjścia. Gdy sygnały pojawią się normalnie, kliknij przycisk Kontynuuj w oknie wykresu na żywo.Następnie kliknij przycisk zamykania w oknie dialogowym potwierdzenia. Następnie zaopatrz osobę badaną w ochronne zatyczki do uszu i poinstruuj go, aby początkowo usiadł na stole do badania. Następnie położyli się na wznak z głową wtuloną w dolną część cewki głowicy.Aby zapobiec ruchom głowy podczas obrazowania, umieść wyściółkę między głową osoby badanej a ściankami cewki głowicy. Poproś osobę, aby wyprostowała nogi. Następnie przesuń nożnik w kierunku lub od obiektu, aż jego pięty spoczną na podnóżkach urządzenia.Wyreguluj urządzenie dalej, aby wyrównać główny trzpień pedałów z kostkami obiektu. Przymocuj testowaną stopę bezpiecznie do pedału urządzenia nożnego za pomocą pasków na rzepy i sprawdź, czy śródstopie badanego lub przód buta stykają się z końcem pedału. Następnie, za pomocą plastikowych wsporników mocujących i nakrętki motylkowej, przymocuj stopę na miejscu.Wyposaż obiekt w urządzenie sygnalizujące ściśnięcie żarówki. Poinstruuj ich, aby przetestowali to, ściskając żarówkę i przypomnij im, aby używali jej w dowolnym momencie, aby komunikować się z technikami. Następnie podnieś stół MR na pełną wysokość.Następnie zamontuj górną część cewki głowicy i zamontuj zespół lusterka podglądu nad cewką głowicy. Upewnij się, że fotografowany obiekt ma wyraźny widok na ekran projektora przez lustro. Uruchom ponownie interfejs użytkownika.Zaakceptuj lub dostosuj domyślne proporcje poziomu siły zgodnie z protokołem badania. Następnie kliknij przycisk OK. Po pojawieniu się śladów siły i przemieszczenia poproś badanego, aby przesunął badaną stopę jak najdalej w kierunku zgięcia grzbietowego i trzykrotnie powrócił do pełnego zgięcia podeszwowego.Sprawdź, czy zarówno ślady przemieszczenia, jak i siły wyglądają normalnie. Następnie poproś badanego, aby poruszył testowaną stopą w celu pełnego zgięcia podeszwowego. Sprawdź, czy stopa pozostaje w pełnym zgięciu podeszwowym.Kliknij przycisk OK w odpowiednim oknie dialogowym. Pojawi się nowe okno i okno dialogowe. Przeciągnij okno na ekran projekcji i kliknij OK w oknie dialogowym.Następnie poinstruuj badaną, aby poruszyła stopą, aby kursor ściśle podążał za ruchem celu. Jeśli badany może z powodzeniem poruszać się w pełnym zakresie ruchu, podążając za celem, zwiększ nastawy siły dla zgięcia grzbietowego i podeszwowego, klikając FdFp 10 na wykresie na żywo. Następnie obserwuj, czy obiekt może nadal dokładnie śledzić ruch metronomu.Jeśli dokładne śledzenie będzie kontynuowane, kliknij FdFp 10, aby zwiększyć obie nastawy siły. Jeśli jednak zgięcie grzbietowe nie może zostać zakończone, ale zgięcie podeszwowe nadal podąża za ruchem docelowym, kliknij raz FdFp 10, a następnie kliknij dwukrotnie Fp 10, aby zmniejszyć siłę oporu zgięcia grzbietowego o jeden stopień i zwiększyć opór podeszwowy o jeden stopień. Jeśli siła zgięcia grzbietowego została już ustawiona, a zgięcie podeszwowe nadal precyzyjnie śledzi ruch metronomu, kliknij Fp 10, aby jeszcze bardziej zwiększyć siłę oporu sadzarki.I odwrotnie, jeśli siła zgięcia grzbietowego została już ustawiona, a zgięcie podeszwowe nie może śledzić metronomu, kliknij raz Fp 10, a następnie kliknij kontynuuj w oknie wykresu na żywo. Następnie poproś osobę, aby zamknęła oczy i użyła linii laserowej skanera do oznaczania punktów orientacyjnych, aby zlokalizować cewkę głowicy i pozycję głowy fotografowanej osoby. Kontynuuj, centrując głowę badanego w otworze skanera, przesuwając stół.Poinstruuj osobę badaną, że część badania dotycząca FMRI i urządzenia nożnego ma się wkrótce rozpocząć, zgodnie z monitem w oknie dialogowym interfejsu użytkownika. Poinstruuj badanego, aby wykonał ruchy zgięcia grzbietowego i podeszwowego. Poradź również badanemu, aby podążał za wizualnym metronomem, który pojawia się na ekranie.Kliknij przycisk OK w oknie dialogowym instrukcji, aby zainicjować sekwencję FMRI. Po uruchomieniu pojawi się znak plus wskazujący krzyżyk fiksacji, który skłoni obiekt do odpoczynku. Śledź cel za pomocą otwartego okrągłego kursora, po którym wyświetlany jest krzyż fiksacji, a obiekt odpoczywa.Na koniec wysuń stół i obiekt z otworu skanera i opuść stół. Następnie wyjmij zespół lusterka i górną część cewki głowicy. Kwadratowe obszary zainteresowania zostały narysowane na krawędzi i środku obrazu, aby odpowiednio wykonać obliczenia szumu tła i sygnału.Analiza statystyczna nie wykazała istotnej różnicy w stosunku między sygnałami centralnymi a sygnałami tła dla testów fantomowych z nieaktywnymi i aktywnymi urządzeniami nożnymi. Urządzenie nożne nie wpływało na stosunek sygnału do szumu ani na jakość obrazu. Znaczące aktywacje zaobserwowano w obszarach M1 i SMA, gdy urządzenie stawu skokowego było pasywne, w porównaniu z urządzeniem stawu skokowego zasilanym napięciem 60% maksymalnej siły badanego.Etapy kalibracji pacjenta są bardzo ważne, aby upewnić się, że wyświetlacz metronomu obejmuje jego aktualny zakres ruchu i że zastosowane poziomy siły są oparte na maksymalnej możliwej sile wywieranej przez pacjenta. Dzięki temu możemy mierzyć ich rzeczywiste możliwości, a nie nieoptymalną wydajność. Nasze podejście nie ogranicza się tylko do rehabilitacji funkcji stóp.Wpływ tych badań polega na identyfikacji biomarkerów regeneracji mózgu za pomocą MRI w połączeniu z danymi klinicznymi przed terapią. Ten postęp znacznie poprawi przewidywanie wyników i umożliwi spersonalizowane planowanie leczenia. Pomyślne wyniki u pacjentów z przewlekłym udarem mózgu mogą również prowadzić do rozszerzenia ochrony ubezpieczeniowej na długoterminową rehabilitację po udarze, co ostatecznie poprawi jakość ich życia.

use-foot-induced-digitally-controlled-resistance-device-for

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Interfejsy neuronowe (NMI) zostały opracowane w celu identyfikacji trybu lokomocji użytkownika. Te NMI są potencjalnie przydatne do neuronalnej kontroli napędzanych sztucznych nóg, ale nie zostały w pełni zademonstrowane. W tym artykule przedstawiono (1) zaprojektowaną przez nas platformę inżynieryjną do łatwego wdrażania i rozwoju sterowania neuronowego dla zasilanych protez kończyn dolnych oraz (2) eksperymentalną konfigurację i protokół w środowisku laboratoryjnym do bezpiecznej i efektywnej...

Platforma inżynieryjna i protokół eksperymentalny do projektowania i oceny protezy przezudowej sterowanej neuronalnie

W tym artykule przedstawiono nowatorski, tani interfejs człowiek-maszyna do interaktywnego systemu rehabilitacji równowagi po udarze. System integruje gotowe, niedrogie czujniki w kierunku wolicjonalnie sterowanego paradygmatu elektroterapii. Interfejs oprogramowania typu proof-of-concept jest demonstrowany na zdrowych ochotnikach.

Interfejs człowiek-maszyna integrujący niedrogie czujniki z systemem stymulacji elektrycznej nerwowo-mięśniowej do rehabilitacji równowagi po udarze

Przedstawiamy protokół oceny zmian w funkcjonowaniu nerwowo-mięśniowym. Przezskórna elektryczna stymulacja nerwów to nieinwazyjna metoda, która wywołuje reakcje mięśniowe. Właściwości elektrofizjologiczne i mechaniczne tych reakcji pozwalają na ocenę funkcji nerwowo-mięśniowej od mózgu do mięśni (poziom nardzeniowy, rdzeniowy i obwodowy).

Ocena funkcji nerwowo-mięśniowej za pomocą przezskórnej elektrycznej stymulacji nerwów

Pomiar funkcji kurczliwości mięśni szkieletowych gryzoni jest użytecznym narzędziem, które może być używane do śledzenia postępu choroby, jak również skuteczności interwencji terapeutycznej. Opisujemy tutaj nieinwazyjną ocenę in vivo mięśni zginaczy grzbietowych, która może być powtarzana w czasie u tej samej myszy.

Nieinwazyjna ocena funkcji mięśni zginacza grzbietowego u myszy

Prezentujemy nowatorski protokół połączonego obrazowania behawioralnego i neuroobrazowego, wykorzystujący projekcję wideo w czasie rzeczywistym w celu scharakteryzowania neuronalnych korelatów związanych z terapią lustrzaną w środowisku skanera rezonansu magnetycznego u osób po amputacji nogi z bólem fantomowym.

Projekcja wideo w czasie rzeczywistym w rezonansie magnetycznym w celu scharakteryzowania korelatów neuronalnych związanych z terapią lustrzaną w przypadku bólu fantomowego kończyn

Niniejszy protokół opisuje jednoczesną, obustronną ocenę reakcji kortykomotorycznej kości piszczelowej przedniej i płaszczkowatej podczas spoczynku oraz dobrowolnej aktywacji tonicznej za pomocą jednopulsowej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i systemu neuronawigacji.

Obustronna ocena ścieżek korowo-rdzeniowych mięśni stawu skokowego za pomocą nawigowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Przeprowadziliśmy funkcjonalny rezonans magnetyczny za pomocą nowatorskiego urządzenia robotycznego kompatybilnego z rezonansem magnetycznym, aby ocenić jego przydatność do monitorowania funkcji motorycznych ręki u osób powracających do zdrowia po deficytach neurologicznych.

Funkcjonalny rezonans magnetyczny w połączeniu z nowatorskim urządzeniem robotycznym indukowanym ręką kompatybilnym z MRI w celu oceny rehabilitacji osób powracających do zdrowia po deficytach chwytu dłoni

Ten protokół opisuje proces przeprowadzania neurofizjologicznej oceny mięśni kończyn dolnych, piszczelowej przedniej i płaszczkowatej, w pozycji stojącej za pomocą TMS u osób po udarze. Taka pozycja zapewnia większe prawdopodobieństwo wywołania odpowiedzi TMS po udarze i pozwala na wykorzystanie zmniejszonej mocy stymulatora podczas ocen neurofizjologicznych.

Stojąca ocena neurofizjologiczna mięśni kończyn dolnych po udarze mózgu

Funkcjonalna stabilność stopy przyczynia się do statycznej postawy człowieka i dynamicznych działań. W artykule zaproponowano kompleksową ocenę funkcji systemu rdzenia stopy, który łączy trzy podsystemy. Może to zapewnić zwiększoną świadomość i wieloaspektowy protokół do badania funkcji stopy w różnych populacjach.

Ocena funkcji systemu rdzenia stopy u osób w podeszłym wieku

Tutaj badamy wpływ funkcjonalnej terapii zajęciowej połączonej ze wspomaganym aktywnym lub biernym ruchem na funkcję kończyn górnych u pacjentów z uszkodzeniem prawej półkuli i badamy wpływ funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni na przebudowę funkcji mózgu.

Badanie wpływu różnych rodzajów ćwiczeń na powrót do sprawności funkcjonalnej kończyny górnej u pacjentów z uszkodzeniem prawej półkuli w oparciu o fNIRS

Szacuje się, że 1 na 6 osób na całym świecie dozna udaru mózgu w swoim życiu, powodując długotrwałą niepełnosprawność, której mechanizmy rehabilitacji są nadal słabo poznane. W badaniu tym zaproponowano protokół oceny aktywacji mózgu za pomocą funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS) podczas sesji terapii robotycznej kończyn dolnych.

Eksperyment z wykorzystaniem funkcjonalnej spektroskopii w bliskiej podczerwieni i wspomaganych przez robota wielostawowych ruchów wskazujących kończyny dolnej

Poznaj metodę oceny aktywności mózgu podczas zadań chodzenia u pacjentów po udarze przy użyciu cyfrowo sterowanego urządzenia oporowego i rezonansu magnetycznego. To podejście umożliwia precyzyjne monitorowanie efektów rehabilitacji.

Zastosowanie indukowanego stopą cyfrowo sterowanego urządzenia oporowego do oceny funkcjonalnego rezonansu magnetycznego u pacjentów z niedowładem stopy (Wideo) | JoVE Journal

Zastosowanie indukowanego stopą cyfrowo sterowanego urządzenia oporowego do oceny funkcjonalnego rezonansu magnetycznego u pacjentów z niedowładem stopy

Przeglądaj więcej filmów