Ressonância magnética funcional em conjunto com um novo dispositivo robótico induzido à mão compatível com ressonância magnética para avaliar a reabilitação de indivíduos que se recuperam de déficits de aperto de mão
23 de novembro de 2019
Realizamos ressonância magnética funcional usando um novo dispositivo robótico induzido à mão compatível com ressonância magnética para avaliar sua utilidade para monitorar a função motora da mão em indivíduos que se recuperam de déficits neurológicos.
Este protocolo é usado para monitorar a reabilitação de pacientes com déficits de aderência manual. Pacientes com AVC crônico e pessoas com outras doenças neurológicas envolvendo déficits motores podem se beneficiar dessa técnica. A ressonância magnética permite o monitoramento da adaptabilidade do cérebro.
Em outras palavras, neuroplasticidade em resposta à reabilitação do desempenho da aderência. Com a modificação adequada do dispositivo de estímulo de força este método pode ser aplicado para reabilitação de deficiências que afetam outras regiões do corpo. Este dispositivo, e quaisquer modificações, devem reter a compatibilidade mr.
É importante assegurar que a haste de ressonância magnética tenha sido devidamente conectada e suas funções verificadas antes de trazer um assunto para a sala de ressonância magnética. Antes de iniciar este experimento, primeiro obtenha o consentimento informado do assunto e trie-os minuciosamente para a segurança da ressonância magnética. Não prossiga com a varredura se o participante tiver alguma possível contraindicação de ressonância magnética.
Para começar a configuração, primeiro traga o dispositivo robótico induzido pela ressonância magnética para a sala de ressonância magnética e coloque-o perto do painel de penetração. Em seguida, insira o tubo pneumático de 3/8 polegadas na passagem através do tubo no painel, na sala de suporte de ressonância magnética adjacente. Em seguida, conecte os cabos de sensoriamento e codificação da sala de suporte ao conector D-sub no lado externo do painel de penetração, como mostrado aqui.
Conecte o encaixe do tubo pneumático de 3/8 polegadas, emergindo do painel de penetração, à saída da tomada reguladora de pressão da unidade de potência da interface. Em seguida, conecte o tubo pneumático de quatro milímetros à tomada do compressor na entrada do filtro de ar no regulador de energia da interface. Depois de estender e baixar a cama do scanner anexar a metade inferior da bobina da cabeça e fazer com que o voluntário se deite, certificando-se de que eles estão descansando confortavelmente com os braços estendidos e use pequenas almofadas de espuma para imobilizar a cabeça do participante.
Conecte a bola de comunicação no peito do voluntário e forneça instruções sobre seu uso. Além disso, fixar a parte superior da bobina da cabeça. Agora, instale o dispositivo robótico na lateral do paciente em frente à lesão cerebral usando a ranhura correspondente.
Em seguida, com o cotovelo do voluntário apoiado sobre a mesa para apoiar seu braço, mova a alça do dispositivo para a teia entre o polegar e o indicador e ajude-os a pegar as alças. Se o dispositivo estiver do lado oposto da mesa do painel de penetração, posicione os cabos no tubo pneumático para que passem sob a mesa e não sobre o paciente. Em seguida, instrua o voluntário a apertar e empurrar ou puxar o dispositivo até que eles tenham a posição mais confortável para espremer.
Em seguida, fixe o dispositivo firmemente no lugar apertando as porcas plásticas usando uma chave inglesa compatível com MR. Agora, execute o programa de estímulo de interface de usuário personalizado. Defina a pressão para o nível mínimo de configuração para empurrar automaticamente a alça para a parada final, verificando a exibição de formas de movimento e de força.
Em seguida, defina o nível de força e instrua o voluntário a apertar completamente duas a três vezes por aproximadamente dois segundos. Observe se o voluntário pode completar um aperto nesse nível de força. Aumente gradualmente o nível de força e repita as tentativas de aperto até que não possam completar um aperto.
Esta medida serve como força máxima de aderência do voluntário. O programa calculará automaticamente 60%40% e 20% do nível máximo de força para uso durante o teste. Em seguida, confirme que a bola de comunicação funciona, em seguida, posicione-se usando o alinhamento do laser, antes de mover a mesa e o participante para o centro iso do scanner.
Agora, usando a interface do usuário, gere as imagens de instrução e estímulo e defina o sistema para aplicar o primeiro nível de força e esperar por um sinal de gatilho do scanner de ressonância magnética. O programa exibirá um conjunto de instruções para lembrar o voluntário como responder ao estímulo visual. O programa aguardará o scanner para fornecer um sinal de gatilho e, em seguida, remover as instruções e mostrar uma cruz de fixação que o voluntário deve se concentrar.
Quando a aquisição da varredura fMRI começar, um metrônomo visual será exibido na forma de um círculo crescente e encolhendo. O voluntário deve apertar completamente e liberar a alça sincronizadamente com o estímulo. Os períodos de descanso separarão os períodos de estímulo durante os quais a cruz de fixação será novamente exibida.
Observe os lotes ao vivo de força e deslocamento para monitorar a saída de força e o desempenho da tarefa do participante. Uma vez que o experimento esteja completo, deixe o participante saber que pode relaxar e soltar a alça. Finalmente, colecione uma série de varreduras anatômicas.
Esta figura mostra resultados típicos de tarefas motoras. Aqui vemos ativações de ressonância magnética sobrepostas a um contorno cerebral e como pseudo-cor em uma visão tridimensional e transversal da imagem anatômica do voluntário. M1 indica que o córtex motor primário e SMA indica a área motora suplementar.
Esta imagem mostra ativações pseudocoloridas renderizadas em um modelo cerebral. Este gráfico mostra a saída de força real medida em unidades de força em função do tempo. A saída foi registrada em tempo real.
A barra branca corresponde ao estímulo de 60 segundos e ao período de descanso. Aqui, um único curso de ativação voxal é mostrado, escolhido a partir de um voxal na área somatosensorial na localização dos cabelos cruzados nesta imagem. Todos os sujeitos devem ser devidamente treinados para realizar os movimentos de aderência de rastreamento do metrônomo com antecedência.
Além disso, a sincronização entre o estímulo visual e a sequência de ressonância magnética é crucial. Modalidades adicionais de imagem podem ser utilizadas neste protocolo, incluindo Difusão Tensor Imaging para detectar orientação e crescimento do trato de fibra de matéria branca, que também deverá mudar com a reabilitação. Realizar qualquer experimento de Ressonância Magnética é perigoso devido ao poderoso campo magnético gerado pelo scanner.
Portanto, todos os sujeitos e experimentadores devem seguir as diretrizes de segurança do MR, incluindo a triagem para contraindicações. O desenvolvimento desse processo permitirá a demonstração de que a recuperação do AVC continua após seis meses após a lesão, sugerindo que a terapia e o reembolso de seguros associados devem continuar além desse tempo.
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Visão Geral
Este estudo investiga o uso de um novo dispositivo robótico compatível com ressonância magnética para avaliar a função motora da mão em indivíduos em recuperação de déficits neurológicos. A ressonância magnética funcional é empregada para monitorar a neuroplasticidade em resposta à reabilitação, fornecendo insights sobre a adaptabilidade do cérebro durante o processo de reabilitação.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Reabilitação
- Técnicas de Imagem
Antecedentes
- O protocolo é projetado para pacientes com AVC crônico e para aqueles com outras condições neurológicas que afetam o controle motor.
- A imagem por ressonância magnética é usada para monitorar a adaptabilidade cerebral e a recuperação funcional.
- A neuroplasticidade é avaliada para verificar a eficácia da reabilitação na força de preensão.
- O método pode ser modificado para outras regiões do corpo, mantendo a compatibilidade com RM.
Objetivo do Estudo
- Avaliar a utilidade de um dispositivo robótico compatível com ressonância magnética no monitoramento da função motora da mão.
- Explorar a neuroplasticidade cerebral após atividades de reabilitação relacionadas ao desempenho do aperto.
- Estabelecer um método para possíveis aplicações de reabilitação em diferentes regiões do corpo.
Métodos Utilizados
- A plataforma principal utilizada é um dispositivo robótico compatível com RMI integrado a um sistema de RMI funcional.
- Pacientes com AVC crônico servem como modelo biológico, com foco na reabilitação da força de preensão.
- Nenhum fluxo de trabalho de multiômica foi mencionado no texto.
- Os passos críticos incluem garantir a segurança do participante, a configuração do dispositivo e a aquisição sincronizada de RMI funcional.
- O monitoramento em tempo real de força e deslocamento é realizado durante o exercício de reabilitação.
Resultados Principais
- O dispositivo permite a medição da força máxima de preensão e avalia as respostas do participante durante os exames de fMRI.
- Os resultados de fMRI destacam padrões de ativação cerebral relacionados ao desempenho de tarefas motoras, particularmente no córtex motor primário.
- Foram observados insights mecanicistas sobre a adaptabilidade cerebral em relação aos esforços de reabilitação da preensão.
- Os dados mostram alterações na saída de força em função do tempo, associando o desempenho muscular à atividade cerebral correspondente.
Conclusões
- Este estudo demonstra um método viável para monitorar a reabilitação da função motora utilizando a tecnologia de ressonância magnética.
- Os conhecimentos obtidos com o estudo têm implicações para a compreensão dos mecanismos de plasticidade cerebral na recuperação de déficits motores.
- Os resultados contribuem para o desenvolvimento de estratégias de reabilitação que podem potencializar a recuperação funcional em pacientes neurológicos.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Este protocolo permite uma avaliação objetiva e quantitativa da função motora da mão durante a fMRI, apoiando a validação de alvos em neuroreabilitação ao associar a saída comportamental com padrões de ativação neural. Ele fornece uma ferramenta mecanicista de redução de riscos para avaliar intervenções terapêuticas destinadas a restaurar a força de preensão em distúrbios neurológicos. A abordagem aumenta a confiança preditiva em estratégias de reabilitação em estágios iniciais, demonstrando alterações neuroplásticas nas redes motoras.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de hipóteses terapêuticas por meio da correlação entre a força de preensão e as alterações no sinal BOLD no córtex motor.
- Valor Operacional: Fornece métricas reprodutíveis e quantificáveis do desempenho da tarefa motora para avaliação do engajamento do alvo.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaios
- Valor Científico: Apoia o desenvolvimento de ensaios motores padronizados e compatíveis com ressonância magnética para triagem em alta produtividade de compostos reabilitadores.
- Valor Operacional: Garante a prontidão do ensaio por meio da calibração precisa da força e do monitoramento em tempo real da adesão do participante.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Facilita o alinhamento translacional de biomarcadores ao vincular a saída motora periférica à ativação neural central durante a reabilitação.
- Valor Operacional: Permite a continuidade do descobrimento à validação pré-clínica por meio de paradigmas de tarefas motoras consistentes e escalonáveis.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método integra-se ao continuum de descoberta ao apoiar a verificação de hipóteses na fase inicial de descoberta, permitindo a padronização de ensaios na triagem e fornecendo leituras neurocomportamentais quantitativas para tomada de decisões orientada por análises.
- Biologia da Descoberta: Apoia a clarificação de vias ao identificar substratos neurais associados à modulação da força de preensão durante a aprendizagem motora.
- Triagem: Garante prontidão para ensaios por meio de níveis padronizados de força e entrega sincronizada de estímulos para avaliação confiável de compostos.
- Análises: Gera medições de força e deslocamento sincronizadas no tempo, juntamente com mapas de ativação por fRMI, para correlação de dados multimodais.
- Pesquisa Translacional: Conecta métricas de desempenho motor a padrões de reorganização cortical, apoiando a qualificação de biomarcadores para trajetórias de recuperação.
- Reutilização Empresarial: Estabelece uma plataforma reutilizável para avaliação da função motora em diferentes indicações neurológicas e iterações de dispositivos.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva ao reduzir ambiguidades no mecanismo-alvo por meio da correlação direta entre cérebro e comportamento.
- Valor Operacional: Melhora a reprodutibilidade por meio da calibração de dispositivos compatíveis com RM e protocolos padronizados de execução de tarefas.
- Valor Estratégico: Aprimora decisões de prosseguimento ou interrupção ao fornecer pontos finais objetivos e quantificáveis da eficácia da reabilitação.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de candidatos à neuroreabilitação com base em sinais mensuráveis de recuperação motora e neural.
Considerações de Implementação
- Requer experiência em design de experimentos de fMRI, neurociência motora e protocolos de segurança em RM.
- Depende de hardware robótico compatível com MRI, sistemas de controle pneumático e infraestrutura sincronizada para entrega de estímulos.
- Necessita padronização entre equipes de neurologia, engenharia e radiologia para operação consistente do dispositivo e interpretação dos dados.
- Envolve considerações de adaptação para diferentes localizações de lesão, capacidades de força e adesão cognitiva entre populações de pacientes.
- Inclui limitações práticas, como tempo prolongado de preparação, requisitos de treinamento do sujeito e necessidade de ambientes seguros para RM.
