Projeção de vídeo em tempo real em uma ressonância magnética para a caracterização de correlações neurais associados com terapia de espelho para dor do membro fantasma
20 de abril de 2019
Apresentamos um romance combinados comportamental e emprega projeção de vídeo em tempo real com a finalidade de caracterizar as correlações neurais associadas com a terapia do espelho dentro do ambiente de scanner de ressonância magnética na perna do protocolo de neuroimagem assuntos de amputados com dor do membro fantasma.
O objetivo geral deste procedimento é caracterizar mais precisamente as correlações neurais da terapia espelhada em pacientes com dor de membro fantasma, ou seja, pacientes com PLP. Isso é feito pelas seguintes etapas. Passo 1.
Certifique-se de que o participante não tenha nenhuma contraindicação conhecida à ressonância magnética e forneça um áudio pré-gravado para garantir que ele seja capaz de entender e seguir as instruções fornecidas durante o procedimento de digitalização. Passo 2. Posicione o paciente o mais confortavelmente possível na cama do scanner, onde ele ou ela deve estar deitado supino com um espelho horizontal compatível com ressonância magnética entre as pernas.
Este espelho deve ser suportado por um suporte triangular para evitar contato com qualquer parte do corpo do paciente. Passo 3. Coloque uma câmera digital compatível com ressonância magnética em um tripé ajustável perto da perna intacta do paciente para fornecer transmissão de vídeo em tempo real.
Passo 4, o passo final. Comece com uma ressonância magnética anatômica e ajuste as configurações da máquina para cada paciente e, em seguida, enquanto a ressonância magnética funcional está sendo realizada, reprodumente a gravação para o paciente, instruindo-o a completar as tarefas comportamentais específicas. Em última análise, o espelho ligado à bobina de ressonância magnética permitirá que os pacientes observem os movimentos das pernas espelhadas em tempo real sem mover a cabeça.
Para este protocolo, você precisará dos seguintes itens. Um scanner de ressonância magnética, dois espelhos compatíveis com ressonância magnética, um grande para colocar entre as pernas do paciente, bem como um pequeno para colocar na bobina da cabeça. Além disso, você precisará de sacos de areia, uma câmera digital compatível com ressonância magnética, um tripé para a câmera, um sistema controlado por computador e um monitor para colocar na parte de trás do furo do scanner.
Antes de prosseguir para a ressonância magnética, é fundamental garantir que o paciente não tenha contraindicações conhecidas para a ressonância magnética, por exemplo, implantes metálicos, clipes de aneurisma ou claustrofobia grave. Inicialmente, você explicará aos pacientes exatamente o que eles devem esperar durante o procedimento experimental. Em seguida, os pacientes ouvirão uma gravação com instruções a seguir durante o exame. Espelho.
Os pacientes podem primeiro praticar durante uma varredura simulada para se familiarizar com as tarefas, bem como o ambiente do scanner. O scanner simulado é semelhante em todos os sentidos ao scanner de ressonância magnética real, mas sem o ímã ativo. Antes de entrar na sala do scanner, os pacientes devem remover suas próteses, bem como quaisquer objetos metálicos que possam estar usando em suas cabeças ou corpos, por exemplo, relógios ou joias.
O técnico de ressonância magnética garantirá que os pacientes não tenham metal que possa colocá-los em risco. Todos os pacientes são transportados para a sala do scanner usando uma cadeira de rodas segura para ressonância magnética para evitar cair. Depois disso, os pacientes se transferirão para o leito do scanner de ressonância magnética.
Depois que o paciente está deitado confortavelmente de forma supina na cama do scanner, um espelho horizontal compatível com ressonância magnética é colocado entre suas pernas. Um braço ajustável é então posicionado para apontar a câmera para a perna espelhada. O espelho grande está posicionado entre as pernas em um ângulo de cerca de 45 graus, dependendo da altura e nível de amputação do paciente.
O objetivo é cobrir o toco e torná-lo invisível para a câmera de vídeo. Sacos de areia são usados para manter o espelho no ângulo correto. Um espelho menor está posicionado na bobina da cabeça, angulado a 45 graus no nível dos olhos.
Este espelho permite que o paciente visualize a imagem da perna espelhada diretamente, sem mover a cabeça enquanto está completamente dentro do furo do scanner. Uma câmera digital compatível com ressonância magnética é montada em um suporte de tripé perto da perna intacta. Esta câmera transmitirá imagens de vídeo em tempo real dos movimentos das pernas espelhadas para um sistema de controle de computador que projeta o vídeo para um monitor perto da cabeça do paciente para que ele ou ela possa ver os movimentos das pernas espelhados.
O paciente será submetido a um exame anatômico de quatro minutos seguido primeiro por quatro corridas de aquisições funcionais enquanto realiza as tarefas. Cada corrida dura seis minutos. Durante os exames, o paciente usa fones de ouvido compatíveis com ressonância magnética que emitem uma série de sugestões auditivas, instruindo o paciente a realizar a determinada tarefa comportamental.
Os seguintes comandos são usados. Um, perna, dois, espelho e três, descanse. Além disso, o investigador diz que começar e terminar no início e no final da corrida experimental.
O paciente já foi instruído a ouvir a palavra perna para seguir o som de toque apresentado no áudio. Com os olhos fechados, ele ou ela vai bater o pé a uma taxa de um toque por dois segundos para um total de 10 toques em 20 segundos.Perna. Ao ouvir o segundo comando, espelho, o paciente tem que continuar batendo o pé na mesma velocidade, desta vez, enquanto olha para o display mostrando a imagem espelhada das duas pernas.
Mais uma vez, isso seria a uma taxa de 10 toques em 20 segundos. Espelho. Ao ouvir o terceiro comando, descanse, o paciente deve parar de mover o pé e ficar imóvel com os dois olhos fechados.Repouso. Os dados são coletados em uma única sessão para cada paciente e todo o procedimento de varredura dura aproximadamente 30 minutos.
Os investigadores tomam nota de qualquer movimento indesejado. Entre as corridas, eles podem pedir aos pacientes para manter o ritmo certo e fazer os movimentos corretos. Após a finalização do procedimento, os dados são transferidos para uma unidade flash criptografada e armazenados em um local seguro na instalação.
É utilizado um desenho de análise longitudinal, comparando dados de linha de base e pós-tratamento. O pacote de software FSL e o fluxo de processamento serão aplicados. Volumes com movimento acima de 0,9 milímetros em qualquer direção são identificados com o fluxo de processamento de detecção de movimento outlier da FSL e matematicamente apagados da análise final.
Se mais de 25% dos volumes forem designados para remoção, toda a aquisição será excluída do conjunto total de dados. É utilizada uma análise de ROI de região de interesse. O ROI primário é definido estruturalmente usando o Atlas Desikan do Freesurfer do córtex motor sensorial primário e refinado com uma ativação funcional específica do sujeito durante a condição de perna versus estresse na varredura da linha de base.
Este ROI é então refletido na área homólogo do outro hemisfério, ou seja, representação motor sensorial primária ipsilateral do membro inferior intacto. O ROI secundário é todo o córtex visual occipital bilateral definido pelo Atlas Desikan anatômico. Os pacientes relataram que a experiência é imersiva e a imagem do vídeo é semelhante à vida.
Portanto, esse processo de projeção de vídeo em tempo real pode gerar as sensações associadas à terapia espelhada convencional. Esperamos que a condição da perna, ou seja, a tarefa de bater os pés, leve a uma ativação robusta do córtex motor sensorial representando a perna intacta em comparação com a condição de descanso. No entanto, também esperamos ver uma ativação menos pronunciada da área sensorial da perna motora representando a perna amputada.
A condição do espelho também mostra uma robusta ativação contralateral, bem como alguma ativação ipsilateral da área sensorial da perna cortical em comparação com a condição de descanso. Além disso, a ativação cortical robusta é vista posteriormente nas áreas corticais visuais associadas à visualização da perna espelhada. O padrão de ativação é descrito para representar a condição de base, ou seja, antes do início da terapia.
Essas respostas iniciais servem para definir regiões de interesse, ROIs, e permitir comparações após a conclusão do protocolo terapêutico em cada indivíduo. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma compreensão adequada e suficiente das etapas necessárias para configurar todos os equipamentos para realizar sua terapia dentro do scanner de ressonância magnética. Este protocolo descreve um novo procedimento físico que permite aos pesquisadores caracterizar com mais precisão as correlações neurais associadas à terapia espelhada em indivíduos com dor de membro fantasma.
Poderíamos responder a perguntas adicionais sobre organização cerebral após uma amputação de membros seguindo as etapas deste protocolo usando outras medidas neurofisiológicas ou técnicas de imagem. Um desafio associado a essa abordagem é o risco de gerar artefatos de movimento excessivo da cabeça, uma vez que a perna deve ser movida repetidamente dentro do scanner. O movimento excessivo da cabeça pode comprometer a qualidade dos dados de imagem.
Nesse sentido, é importante planejar com antecedência e implementar uma variedade de estratégias para mitigar essa possibilidade. Estes incluem treinar o participante em um scanner simulado para realizar a tarefa sem mover excessivamente a cabeça, certificar-se de que a cabeça está segura, mas confortavelmente contida, e implementar estratégias de correção de detecção de movimento durante as fases de aquisição e análise de dados, respectivamente. Dado que o método de implementação da configuração experimental é relativamente simples, essa abordagem pode permitir a avaliação dos efeitos da terapia espelhada não apenas em amputados de membros, mas também em outras condições, como derrame ou lesão medular, onde a terapia espelhada já é comumente usada na prática clínica.
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Visão Geral
Este estudo apresenta um protocolo inovador que combina tarefas comportamentais com neuroimagem para investigar os correlatos neurais da terapia com espelho para a dor de membro fantasma em amputados de perna. Utilizando projeção de vídeo em tempo real dentro de um ambiente de ressonância magnética, o estudo tem como objetivo fornecer insights sobre os mecanismos subjacentes às intervenções de terapia com espelho em pacientes que sofrem com dor de membro fantasma.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Controle da Dor
- Neuroimagem
Antecedentes
- A dor fantasma é um fenômeno complexo que afeta amputados.
- A terapia com espelho é uma intervenção comportamental utilizada para aliviar a dor fantasma.
- Compreender os mecanismos neurais por trás da terapia com espelho é essencial para desenvolver tratamentos eficazes.
- Este protocolo tem como objetivo medir com precisão a atividade cerebral associada à terapia com espelho durante exames de ressonância magnética.
Objetivo do Estudo
- Caracterizar as correlações neurais da terapia com espelho em pacientes com dor fantasma.
- Utilizar uma abordagem combinada comportamental e de neuroimagem para essa caracterização.
- Aprimorar nossa compreensão de como a terapia com espelho afeta a função cerebral.
Métodos Utilizados
- O protocolo envolve imagens por ressonância magnética, especificamente exames anatômicos e funcionais.
- Os participantes são amputados de membros inferiores que sofrem com dor de membro fantasma, utilizando uma configuração com espelho horizontal para a terapia.
- A transmissão em tempo real por câmera dos movimentos das pernas é utilizada para aprimorar a experiência da terapia com espelho.
- O procedimento de aquisição inclui tarefas comportamentais orientadas por comandos auditivos durante os exames de ressonância magnética funcional.
Resultados Principais
- O estudo tem como objetivo correlacionar tarefas comportamentais observadas com a atividade cerebral resultante durante a terapia com espelho.
- Detalhes sobre descobertas específicas não são fornecidos, mas a abordagem busca elucidar os fundamentos neurais da terapia com espelho.
- A análise longitudinal comparará dados basais e pós-tratamento para medir a eficácia.
- Os dados serão analisados estatisticamente utilizando o software FSL para artefatos de movimento e análise de ROI.
Conclusões
- Este estudo ilustra um método para avaliar eficazmente os impactos da terapia com espelho na atividade cerebral em pacientes com dor fantasma.
- Os conhecimentos obtidos podem orientar estratégias de tratamento e esforços de reabilitação neural.
- A combinação de técnicas comportamentais e de imagem aprimora a compreensão dos mecanismos neurais envolvidos no controle da dor.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Este protocolo permite a desmistificação mecanicista da terapia com espelho ao fornecer leituras neurais quantitativas em um ambiente controlado de ressonância magnética, apoiando a validação de alvos para abordagens de neuromodulação na dor de membro fantasma. Ele conecta intervenção comportamental com neuroimagem para gerar confiança preditiva na eficácia terapêutica antes da translação clínica. O método aborda um desafio-chave na fase de descoberta: estabelecer relações causais entre estratégias reabilitadoras e reorganização cortical em populações de amputados.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvos
- Valor Científico: Permite a investigação de hipóteses terapêuticas ao vincular o feedback visual induzido por espelho a padrões de ativação do córtex sensorimotor.
- Valor Operacional: Oferece um sistema relevante para a doença, útil para a validação funcional de alvos em modelos de amputação de dor neuropática.
- Valor Preditivo: Apoia a redução de riscos mecanicistas ao definir correlatos neurais basais que podem ser monitorados longitudinalmente para avaliar a resposta ao tratamento.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaios
- Prontidão do Ensaio: Estabelece uma leitura baseada em fMRI reprodutível para quantificar o engajamento cortical durante sessões de terapia com espelho.
- Saída Quantitativa: Gera alterações no sinal BOLD nas cortezes sensorimotor e visual como variáveis dependentes para triagem de compostos ou dispositivos neuromoduladores.
- Padronização da Plataforma: Utiliza correção de movimento e definição de ROI por meio de FSL e Freesurfer para garantir confiabilidade entre sessões e escalabilidade.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Continuidade Translacional: Espelha a aplicação clínica da terapia de espelho ao capturar respostas neurais, permitindo comparação direta com resultados em humanos.
- Alinhamento de Biomarcadores: Define regiões de interesse nas cortezes sensoriomotora e visual que podem funcionar como biomarcadores translacionais para o engajamento do alvo.
- Avanço com Ajuste de Risco: Padrões de ativação basais permitem a estratificação de pacientes por resposta neural, orientando decisões de avançar ou interromper o desenvolvimento terapêutico.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se insere no continuum de descoberta, desde a verificação da hipótese do alvo até a identificação de compostos promissores e a validação pré-clínica, ao fornecer correlatos neurais objetivos de uma intervenção comportamental.
- Biologia de Descoberta: Apoia a elucidação de vias ao isolar o efeito do feedback visual na ativação cortical em regiões sensorimotoras.
- Triagem: Fornece saídas de fMRI prontas para ensaios que permitem comparação confiável entre condições experimentais (perna, espelho, repouso).
- Análise: Utiliza detecção de valores atípicos de movimento e análise baseada em regiões de interesse (ROI) para gerar conjuntos de dados estatisticamente robustos e comparáveis entre indivíduos e pontos temporais.
- Pesquisa Translacional: Conecta a aplicação da terapia com espelho a alterações mensuráveis nas representações corticais homólogas, apoiando a continuidade entre fases pré-clínica e clínica.
- Reutilização Empresarial: O sistema câmera-espelho-monitor é uma plataforma neurocomportamental reutilizável, aplicável a outros paradigmas de imagética motora ou reabilitação.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Reduz a ambiguidade mecanicista na terapia com espelho ao fornecer evidência direta de ativação cortical associada a comandos comportamentais específicos.
- Valor Operacional: Padroniza a aplicação da terapia com espelho dentro da ressonância magnética por meio de ângulos fixos de espelho, estímulos auditivos e protocolos de correção de movimento.
- Valor Estratégico: Melhora as decisões de execução/interdição ao quantificar o engajamento do alvo, reduzindo o risco de falha em estágios avançados no desenvolvimento de neuromoduladores ou dispositivos reabilitadores.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de variantes da terapia com espelho com base em perfis de ativação neural em coortes de amputados.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em delineamento experimental de fMRI, neurociência comportamental e gerenciamento de artefatos de movimento.
- Exige equipamentos compatíveis com ressonância magnética: espelhos duplos, câmera digital, tripé, sistema de controle computadorizado e monitor para projeção em tempo real.
- Exige padronização entre equipes quanto aos ângulos de posicionamento dos espelhos, ao tempo dos comandos auditivos e aos limiares de correção de movimento em diferentes locais.
- Envolve considerações de adaptação para diferentes níveis de amputação e morfologia do membro residual ao posicionar espelhos e câmeras.
- Limitado pela suscetibilidade a artefatos de movimento da cabeça provocados por movimentos repetidos das pernas, exigindo treinamento em simulador de scanner e correção prospectiva de movimento.
