Name: 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 (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-11-23T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 34 s
Description: Aprenda a avaliar a reabilitação de pacientes com déficits de aperto de mão usando ressonância magnética funcional e um dispositivo robótico compatível com RM. Este método permite monitorar a neuroplasticidade cerebral durante a recuperação motora.

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Este trabalho foi apoiado por uma subvenção do Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Acidente Vascular Cerebral (Grant número 1R01NS105875-01A1) dos Institutos Nacionais de Saúde para A. Aria Tzika. Este trabalho foi realizado no Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging.  Queremos agradecer ao diretor Dr. Bruce R. Rosen, M.D., Ph.D. e membros da equipe do Martinos Center por seu apoio.  Queremos agradecer ainda ao Sr. Christian Pusatere e ao Sr. Michael Armanini por sua ajuda na execução de experimentos.  Por fim, agradecemos ao Dr. Michael A. Moskowitz e ao Dr. Rosen por sua orientação na concepção e desenvolvimento da série MR_CHIROD de dispositivos e dos estudos de AVC associados.

Todos os experimentos foram aprovados pelo Institutional Review Board do Massachusetts General Hospital e realizados como aprovados no Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging.
1. Preparação do assunto
Nota: Os critérios de inclusão são: (i) dominância da mão direita, (ii) capacidade de dar consentimento informado por escrito. A exclusão foi implementada com base no rastreamento de contra-indicadores no ambiente de ressonância magnética, como o seguinte: (a) Critérios rotineiros de exclusão de ressonância magnética, como a presença de um clipe de marca-passo ou aneurisma cerebral e implantes metálicos ou conteúdo metálico no corpo; (b) história de convulsões (c) claustrofobia; (d) gravidez.
<ol><li>Para obter o consentimento informado, leia o formulário de consentimento para o voluntário. Tanto o voluntário quanto o investigador assinam nos locais apropriados no formulário de consentimento em duplicado. Deixe uma cópia assinada do formulário de consentimento em um local apropriado para os registros do investigador. Mantenha a segunda cópia do formulário de consentimento para os registros do participante.</li>
	<li>Selecione o voluntário para ressonância magnética (ressonância magnética) contra-indicações. Preencha a lista de contra-indicações de ressonância magnética e pergunte sobre cada item da lista, verificando as caixas conforme apropriado.</li>
	<li>Não prossiga com a varredura se os participantes têm (ou potencialmente têm) quaisquer contra-indicações, incluindo clipes de aneurisma cirúrgica, marca-passo cardíaco, válvula cardíaca protética, neuroestimulador, bombas implantadas, implantes cocleares, hastes de metal, placas, parafusos, aparelho auditivo ou remendo transdérmico.</li>
</ol>2. Configuração
<ol><li>Executar a configuração inicial na sala de scanner. NOTA: Todo o treinamento necessário deve ser obtido pelo investigador antes do procedimento. As precauções relevantes para a instalação de RM devem ser tomadas o tempo todo.<ol>
<li>Traga o MR_CHIROD (dispositivo robótico induzido à mão compatível com ressonância magnética) para a sala de scanner de ressonância magnética e coloque-a perto do painel de penetração. Insira o tubo pneumático de 3/8 polegadas no tubo de passagem no painel na sala de suporte adjacente da ressonância magnética.</li>
		<li>Conecte a sala de scanner de ressonância magnética de detecção e codificação de cabos para o conector em forma de D (DSUB) de 9 pinos no lado da sala de scanner do painel.</li>
	</ol></li>
	<li>Configuração da sala de apoio mri.
	<ol>
<li>Ligue o compressor de ar em uma tomada de parede 110VAC. Com o regulador interno do compressor virado para a posição de pressão off/minimum e a válvula de bola em fora de posição, ligue o compressor e permita que ele venha a pressão interna total (~4 min).</li>
		<li>Conecte a sala de suporte de detecção de força e codificar cabos para o conector DSUB no lado externo do painel de penetração.</li>
		<li>Conecte a montagem do tubo pneumático de 3/8 polegadas, emergindo da passagem do painel de penetração à tomada da tomada do regulador da pressão da unidade da relação/poder. Conecte o tubo pneumático de 4 mm à tomada do compressor e à enseada do filtro de ar na unidade de interface/potência/reguladora.</li>
		<li>Conecte a unidade de interface/potência/reguladora ao conector micro-USB da montagem usb de cabo/repetidor e coloque o cabo repetidor para o PC/laptop de acolhimento na sala de controle de ressonância magnética. Ligue a unidade de interface/potência/reguladora em um plugue de parede 110VAC na sala de suporte e, em seguida, ligue o interruptor de energia.</li>
	</ol></li>
	<li>Posição MR_CHIROD v3 com o paciente.
	<ol>
<li>Estender totalmente e abaixar a cama scanner MR. Anexar a metade inferior da bobina de cabeça e orientar o voluntário para se deitar, certificando-se de que o voluntário está descansando confortavelmente e estendeu os braços confortavelmente.</li>
		<li>Fornecer tampões de ouvido para o voluntário para redução de ruído acústico.</li>
		<li>Anexar a bobina de cabeça e pequenas almofadas de espuma para imobilizar a cabeça.</li>
		<li>Anexar travesseiros em torno do braço emocionante do voluntário ao nível do braço e cotovelo, para minimizar o acoplamento vibracional para o próprio corpo do voluntário e para as paredes do scanner MR.</li>
		<li>Anexar a bola de comunicação no peito do voluntário, instruí-los sobre como usá-lo e confirmar que a bola de comunicação funciona bem antes de iniciar os exames.</li>
		<li>Instale frouxamente o MR_CHIROD no lado do paciente oposto àquele de sua lesão de cérebro usando o bed-slot correspondente. Com o cotovelo do voluntário descansando sobre a mesa para suportar o peso de seu braço, mova o MR_CHIROD alça para a membrana entre o polegar e o indicador e guie o voluntário para pegar as alças do MR_CHIROD.</li>
		<li>Se o MR_CHIROD estiver no lado oposto da tabela do painel de penetração, posicione os cabos e o tubo pneumático para que eles passem a mesa em vez de sobre o paciente.</li>
		<li>Certifique-se de que a posição de aderência é adequada para apertar. Instrua o voluntário para espremer e empurrar ou puxar o MR_CHIROD até que tenham a posição a mais confortável para espremer.</li>
		<li>Fixe o MR_CHIROD firmeno lugar apertando as porcas plásticas usando uma chave inglesa MR-compatível. Nota: Nenhuma varredura está sendo executada naquele tempo. Ao posicionar o MR_CHIROD, o voluntário está descansando confortavelmente na cama do varredor do SRM fora do ímã. A porta da sala de ímã pode estar aberta.</li>
	</ol></li>
	<li>Configure o laptop de controle na sala de controle de RM (adjacente ao scanner e salas de suporte), confirme a conexão e seja definido para o nível de força do paciente.
	<ol>
<li>Ligue o laptop e inicie o software de aquisição/análise de dados. Conecte a montagem do cabo/repetidor USB ao laptop. Ligue o projetor da sala mr scanner. Conecte a porta de saída de vídeo do laptop ao conector do projetor e defina o monitor para estender a tela no projetor. Conecte o cabo de gatilho USB HID do scanner ao laptop para receber sinais de disparo do scanner.</li>
		<li>Executar a interface de usuário personalizada (UI) / controle / programa de estímulo para o MR_CHIROD. Definir automaticamente MR_CHIROD pressão para o nível (mínimo) de "configuração" para empurrar a alça para a parada final, verificando a exibição de formas de onda de movimento e força.</li>
		<li>Instrua o voluntário que os próximos apertos serão calibrar para a força máxima de espremer e, portanto, será difícil.</li>
		<li>Defina o nível de força, por exemplo, para 30 N e instrua o voluntário a apertar completamente 2-3 vezes com um período de aproximadamente 2 s. Observe se o voluntário pode completar um aperto nesse nível de força.</li>
		<li>Gradualmente aumentar o nível de força e repetir tentativas de aperto até que o voluntário não pode completar um aperto. Esta medida serve como um máximo da força de aderência do voluntário. A ui calcula automaticamente 60%, 40% e 20% dos níveis máximos de força para uso durante os testes.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Digite dados voluntários e calibrar o scanner MR
<ol><li>Insira os dados desidentificados do voluntário de acordo com os regulamentos da HIPAA (United States Health Insurance Portability and Accountability Act de 1996) no console scanner.</li>
	<li>Mova a tabela e o participante para o scanner e a posição no isocentro.</li>
</ol>4. Executar fMRI Sessão
<ol><li>Observe o voluntário através da janela entre as salas de controle e scanner e se comunique com o voluntário para obter a permissão do participante para iniciar o protocolo fMRI. Instrua-os não prender o punho MR_CHIROD para permitir que o descanso na posição inteiramente aberta.</li>
	<li>Shim o ímã e executar uma varredura localizador. Abra o protocolo de fMRI e ajuste fatias para cobrir o cérebro do voluntário.</li>
	<li>Instrua o voluntário que a sessão de fMRI está prestes a começar.</li>
	<li>Usando a ui, definir o MR_CHIROD para aplicar o primeiro nível de força (20% do máximo). O programa de iu irá exibir um conjunto de instruções sobre o projetor de vídeo para o voluntário para lembrá-los como responder ao estímulo visual. A ui vai esperar para o scanner para fornecer um sinal de gatilho para continuar.</li>
	<li>Inicie um protocolo de ecoplanar-imagem para fMRI. Use o programa de imagem MR_CHIROD de usuários de pasta. Os parâmetros de aquisição e reconstrução já estão definidos no programa de imagem e não devem ser alterados. Os seguintes parâmetros são empregados: no avião 192 x 192 ou 256 x 256 matrizes de aquisição; TR (tempo de repetição) na faixa de 2-3 s; a 30 ms TE (tempo de eco); 5 mm fatia de espessura, e uma resolução espacial de ~ 1 mm x 1 mm. Nota: O ui / dados aquisição / programa de estímulo vai esperar para receber um pulso de gatilho do scanner correspondente com a iniciação de varreduras pré-fMRI no programa scanner. O estímulo visual irá remover as instruções e mostrar uma "cruz de fixação" que o voluntário vai se concentrar. Quando as TRs da varredura do fMRI começam, uma exposição visual do metronomo, a forma de um círculo crescente e shrinking será indicada. O voluntário vai espremer completamente e liberar o punho sincronizadamente com o estímulo. Os períodos de descanso separarão os períodos de estímulo, períodos durante os quais a cruz de fixação será reexibida.</li>
	<li>Durante a execução de uma tarefa, monitore a saída da força e se o participante está realizando a tarefa corretamente (ou seja, completando totalmente apertos e liberações e mantendo sincronia com o metrônomo visual) observando parcelas ao vivo de força e deslocamento na UI .</li>
	<li>Uma vez que a primeira corrida é longo, confirmar a continuação do experimento na UI, que irá mudar o nível de força para o segundo de três níveis. Repita a partir do passo 4.5. Da mesma forma, quando a segunda corrida terminar, confirme a continuação para executar a corrida final no terceiro nível de força.</li>
	<li>Após a terceira corrida, a ui irá definir automaticamente MR_CHIROD pressão para o nível de "configuração" baixo.</li>
</ol>5. Completar a sessão de ressonância magnética
<ol><li>Instrua o participante a relaxar e deixar de lado a alça. Recolher uma série de exames anatômicos.</li>
</ol>6. Take-down 6. Take-down
<ol><li>Retire o participante da sala do scanner mr, siga as etapas de configuração em sentido inverso, e proceder para desligar e desligar as partes do MR_CHIROD. Transfira dados de RM para o banco de dados e para o disco e feche a sessão.</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>
<li>Khanicheh, A., Mintzopoulos, D., Weinberg, B., Tzika, A. A., Mavroidis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MR_CHIROD+v.2%3A+Magnetic+resonance+compatible+smart+hand+rehabilitation+device+for+brain+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Neural+Systems+and+Rehabilitation+Engineering%22%5BJournal%5D)">MR_CHIROD v.2: Magnetic resonance compatible smart hand rehabilitation device for brain imaging.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 16 (1), 91-98 (2008).</li>
<li>Astrakas, L. G., Nagyi, S. H., Kateb, B., Tzika, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+using+robotic+MRI+compatible+devices+for+monitoring+rehabilitation+from+chronic+stroke+in+the+molecular+medicine+era+%28Review%29%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+International+Journal+of+Molecular+Medicine%22%5BJournal%5D)">Functional MRI using robotic MRI compatible devices for monitoring rehabilitation from chronic stroke in the molecular medicine era (Review).</a> IEEE International Journal of Molecular Medicine. 29 (6), 963-973 (2012).</li>
<li>Lazaridou, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((fMRI+as+a+molecular+imaging+procedure+for+the+functional+reorganization+of+motor+systems+in+chronic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Medicine+Reports%22%5BJournal%5D)">fMRI as a molecular imaging procedure for the functional reorganization of motor systems in chronic stroke.</a> Molecular Medicine Reports. 8 (3), 775-779 (2013).</li>
<li>Lazaridou, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+tensor+and+volumetric+magnetic+resonance+imaging+using+an+MR-compatible+hand-induced+robotic+device+suggests+training-induced+neuroplasticity+in+patients+with+chronic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Molecular+Medicine%22%5BJournal%5D)">Diffusion tensor and volumetric magnetic resonance imaging using an MR-compatible hand-induced robotic device suggests training-induced neuroplasticity in patients with chronic stroke.</a> International Journal of Molecular Medicine. 32 (5), 995-1000 (2013).</li>
<li>Mintzopoulos, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Connectivity+alterations+assessed+by+combining+fMRI+and+MR-compatible+hand+robots+in+chronic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Connectivity alterations assessed by combining fMRI and MR-compatible hand robots in chronic stroke.</a> NeuroImage. 47, T90-T97 (2009).</li>
<li>Mintzopoulos, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((fMRI+Using+GRAPPA+EPI+with+High+Spatial+Resolution+Improves+BOLD+Signal+Detection+at+3T%5BTitle%5D)+AND+%22The+Open+Magnetic+Resonance+Journal%22%5BJournal%5D)">fMRI Using GRAPPA EPI with High Spatial Resolution Improves BOLD Signal Detection at 3T.</a> The Open Magnetic Resonance Journal. 2, 57-70 (2009).</li>
<li>Khanicheh, A., Mintzopoulos, D., Weinberg, B., Tzika, A. A., Mavroidis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+Electrorheological+Fluid+Dampers+for+Applications+at+3-Tesla+MRI+Environment%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE%2FASME+Transactions+on+Mechatronics%22%5BJournal%5D)">Evaluation of Electrorheological Fluid Dampers for Applications at 3-Tesla MRI Environment.</a> IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 13 (3), 286-294 (2008).</li>
<li>Babaiasl, M., Mahdioun, S. H., Jaryani, P., Yazdani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+technological+and+clinical+aspects+of+robot-aided+rehabilitation+of+upper-extremity+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Disability+and+Rehabilitation+Assistive+Technology%22%5BJournal%5D)">A review of technological and clinical aspects of robot-aided rehabilitation of upper-extremity after stroke.</a> Disability and Rehabilitation Assistive Technology. 11 (4), 263-280 (2016).</li>
<li>Huang, V. S., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+neurorehabilitation%3A+a+computational+motor+learning+perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+NeuroEngineering+and+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">Robotic neurorehabilitation: a computational motor learning perspective.</a> Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 6, 5(2009).</li>
<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>
<li>Sivak, M., Unluhisarcikli, O., Weinberg, B., Mirelman-Harari, A., Bonato, P., Mavroidis, C. Haptic system for hand rehabilitation integrating an interactive game with an advanced robotic device. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSivak%2C+M+%22Proceedings+of+IEEE+Haptics+Symposium%22">Proceedings of IEEE Haptics Symposium</a>. , Waltham, MA. (2010).</li>
<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>
<li>Unluhisarcikli, O., et al. A Robotic Hand Rehabilitation System with Interactive Gaming Using Novel Electro-Rheological Fluid Based Actuators. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aUnluhisarcikli%2C+O+%22Proceedings+of+IEEE+International+Conference+on+Robotics+and+Automation%22">Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation</a>. , Anchorage, AK. (2010).</li>
</ol>

Nenhum dos autores tem conflito a revelar.

Apresentamos fMRI de uma tarefa motora usando a versão mais recente de um novo dispositivo robótico, o MR_CHIROD1,2,8. O MR_CHIROD foi projetado executar uma tarefa de aderência de apertar a mão que tem pode ser realizada por pacientes com AVC crônico e tem sido estudada anteriormente1,2,3,4,</sup...

Métricas de imagem apropriadas podem monitorar e prever a probabilidade de sucesso da terapia em indivíduos melhor do que avaliações clínicas e fornecer informações para melhorar e individualizar o planejamento terapêutico. Desenvolvemos experiência com pacientes emrecuperação de AVC crônico1,2,3,4,5,6,7. Desenvolver estratégias individualizadas ideais que se concentram em como o treinamento motor pode influenciar a melhoria incremental na reorganização da atividade neural e/ou na função motora ainda é um desafio. Insights sobre os processos subjacentes de remodelação estrutural e reorganização para recuperação funcional no cérebro após a doença neurológica podem nos permitir avaliar a relação entre padrões topográficos distribuídos de atividade neural e recuperação funcional através de métodos de neuroimagem funcional e mapeamento cerebral. O sucesso facilitará o desenvolvimento de estratégias de tratamento personalizadas otimizadas para produzir melhorias na força de aderência em ampla população com condições neurológicas baseadas em métricas de ressonância magnética (RM)9.
Aqui apresentamos um protocolo que emprega um dispositivo robótico de mão recém-redesenhado que fornece uma força de resistência controlável contra a qual um sujeito se aperto e libera uma alça em sincronia com um estímulo visual oscilante. O MR_CHIROD v3 (dispositivo robotic induzido à mão compatível com RM) é um sistema de apresentação de forças ajustáveis contra as quais movimentos emocionantes e liberadores são realizados, enquanto medem e registram força aplicada, deslocamento de aderência e carimbos de tempo para cada ponto de dados(Figura 1). O dispositivo foi projetado para fornecer avaliações confiáveis de imagens de ativação cerebral durante a fMRI (ressonância magnética funcional), que pode ser usada para avaliar as alterações dependentes do nível de oxigênio sanguíneo (BOLD) nas respostas cerebrais de pacientes que se recuperam de distúrbios neurológicos. A compatibilidade com MR é alcançada através do uso de componentes totalmente não ferrosos/não magnéticos para os elementos estruturaeatuador pneumático e componentes sensor/eletrônicos blindados que estão posicionados na cama do scanner. Figura 2 mostra o dispositivo ligado a uma cama de scanner MR, e com um assunto no ímã furo segurando a alça do MR_CHIROD v3 (Figura 3). Os componentes de interface e controle estão posicionados fora da sala do scanner de ressonância magnética(Figura 4).
O dispositivo é usado simultaneamente com métodos de imagem cerebral para avaliar as ativações cerebrais relevantes. O uso primário do sistema é fornecer uma tarefa motora que gera ativações das áreas motoras do cérebro, que são detectadas usando fMRI. A ativação cerebral durante o uso do MR_CHIROD durante a imagem pode avaliar a neuroplasticidade na doença neurológica. Ao rastrear mudanças nas ativações no decorrer e após o treinamento motor usando o MR_CHIROD, o progresso da reabilitação motora após qualquer doença neurológica que leve a déficits motores (por exemplo, acidente vascular cerebral) pode ser observado.
O MR_CHIROD v3 também pode ser montado em mesa, para uso em exercícios de treinamento intra-varredura, em que o sujeito apertos e libera em resposta a estímulos visuais adequados para períodos de 45 min, três vezes por semana durante o estudo. Nossa experiência com treinamento em forma robótica, monitorada com imagens, sugere que a janela de recuperação para pacientes com AVC, por exemplo, pode nunca fechar1.
Nossa justificativa para a construção e utilização de um robô compatível com MR mão-grip é que a recuperação robótica tem o potencial de produzir um grande impacto sobre o prejuízo devido à sua implantação fácil, aplicabilidade em várias deficiências motoras, alta confiabilidade de medição, e capacidade de entregar protocolos de treinamento de alta intensidade10. Nosso robô compatível com MR pode: (a) ser definido para faixas de movimento específicas do assunto e ser ajustada programaticamente para aplicar níveis de força específicos do assunto; (b) controle, medida e força de registro e parâmetros de deslocamento através de um computador hospedeiro; (c) ajustar remotamente os parâmetros de controle sem exigir interrupção da digitalização para acesso à sala do scanner de rassou o reposicionamento do sujeito; e (d) fornecer terapia através de exercícios de treinamento com precisão e consistente por longos períodos.
Estamos cientes de nenhum dispositivo robótico de recuperação disponível comercialmente que possa ser usado com um scanner de rasspara muspor a força de aderência e deslocamento da mão do sujeito enquanto aplica a força de variação de tempo controlada por computador. Tsekos et al.11 revisaram uma variedade de dispositivos robóticos e de reabilitação baseados principalmente em pesquisa, compatíveis com MR, incluindo iterações anteriores da série de dispositivos MR_CHIROD. Outros dispositivos foram projetados para estudar o movimento do pulso, o movimento do dedo, a força isométrica do aperto, e os movimentos multi-joint. Para dispositivos que fornecem ativamente forças resistivas ou outras, uma variedade de tecnologias compatíveis com RM foram empregadas, incluindo hidráulica, pneumática, ligações mecânicas e amortecedores de fluidoeletrorilógico. Alguns dispositivos incluem vários graus de liberdade, incluindo outra extensão das versões anteriores MR_CHIROD adicionou um grau rotacional de aplicação de liberdade e força hidráulica, no entanto, não foi adaptado para mr-compatibilidade12.
Nosso dispositivo específico de mão-grip tem as vantagens da portabilidade (é transportado regularmente entre a facilidade do MR e os locais de treinamento escritório-baseados), e a capacidade de produzir forças resistivas grandes, computador-controladas, tempo-variando. O uso atual da tecnologia pneumática no MR_CHIROD evita a necessidade de fontes de alta tensão necessárias para sistemas baseados em fluido eletrorológico, o potencial de vazamento de fluido hidráulico e cabos/ligações complexas ligando o mecanismo de interface com componentes externos de energia e controle.
O MR_CHIROD foi o primeiro dispositivo que foi demonstrado para funcionar em conjunto com fMRI para mapeamento cerebral em pacientes com AVC1. É importante ressaltar que o MR_CHIROD v3 é particularmente útil para treinamento em casa ou de escritório, já que o sistema e seu software foram projetados para uso sem suporte clínico especializado e com elementos motivacionais ("gamificação"). Em relação ao treinamento facilitado pelo fisioterapeuta em um hospital, o treinamento de escritório ou domiciliar é menos caro e mais conveniente, tornando mais fácil para os pacientes aderirem à terapia diária. O dispositivo, já relativamente barato em relação a alguns dos outros dispositivos baseados em pesquisa, pode ser reprojetado para melhorar a relação custo-benefício. A realidade virtual e a gamificação do treinamento, ambos compatíveis com o MR_CHIROD v3, podem envolver os pacientes, aumentar sua atenção durante a tarefa e melhorar a motivação, aumentando assim a eficácia da recuperação13.

<table><tbody><tr><td>Rolamentos de esferas, plástico com esferas de vidro (8)</td><td>McMaster-Carr</td><td>6455K97</td><td></td></tr><tr><td>Conversor de nível lógico bidirecional</td><td>Adafruit</td><td>395</td><td></td></tr><tr><td>Dual LS7366R Quadrature Encoder</td><td>Buffer SuperDroid</td><td>Robots TE-183-002</td><td></td></tr><tr><td>Feather M0 WiFi w/ATWINC1500</td><td>Adafruit</td><td>Adafruit 3010</td><td></td></tr><tr><td>Porcas flangeadas, fibra de vidro, 3/8"-16 (8)</td><td>Vara de Garolite McMaster-Carr</td><td>98945A041</td><td></td></tr><tr><td>, &frac34; &rdquo; de diâmetro, 4' Long</td><td>McMaster-Carr</td><td>8467K84</td><td></td></tr><tr><td>Laptop</td><td>Vários</td><td></td><td>Qualquer laptop com porta(s) USB2.0 e</td></tr> Célula de Carga MATLAB <tr><td>(20kg)</td>Amplificador de Célula de Carga <td>Robotshop</td><td>RB-PHI-119</td><td></td></tr>- <tr><td>HX711</td><td>Mouser</td><td>474-SEN-13879</td><td></td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td></td><td>versão 2008 ou posterior com Psychophysics Toolbox</td></tr><tr><td>Ressonância magnética scanner de imagem</td><td>Siemens</td><td>Skyra 3T</td><td>3T scanner de corpo inteiro com recursos BOLD e GRAPPA</td></tr><tr><td>MR_CHIRODv3</td><td>fabricado internamente</td><td></td><td>Estrutura impressa sob medida de plástico e 3D</td></tr><tr><td>Placa de desenvolvimento de amplificador operacional</td><td>Schmartboard</td><td>710-0011-01</td><td></td></tr><tr><td>Fonte de alimentação de montagem em painel</td><td>Delta</td><td>PMT-D2V100W1AA</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de plástico e acessórios para tubos</td><td>Parafusos McMaster-Carr</td><td>vários</td><td></td></tr><tr><td>Pyrex/grafite de pistão/cilindro</td><td>Airpot</td><td>2KS240-3</td><td></td></tr>, <tr><td>&frac14; "-20, nylon</td><td>McMaster-Carr</td><td>vários</td><td></td></tr><tr><td>colares de eixo para &frac34; &rdquo; diâmetro do eixo, nylon (2)</td><td>McMaster-Carr</td><td>9410T6</td><td>Parafusos de fixação de metal de estoque substituídos por parafusos de plástico</td></tr><tr><td>Cabos blindados (2)</td><td>US Digital</td><td>CA-C5-SH-C5-25</td><td></td></tr><tr><td>Haste roscada, fibra de vidro, 3/8"-16</td><td>McMaster-Carr</td><td>91315A010</td><td></td></tr><tr><td>Tira de código de codificador óptico transmissivo</td><td>US Digital</td><td>LIN-2000-3.5-0.5</td><td></td></tr><tr><td>Óptico Transmissivo Módulo codificador</td><td>US Digital</td><td>EM2-0-2000-I</td><td></td></tr><tr><td>Rolamentos de luva PTFE</td><td>McMaster-Carr</td><td>2639T32</td><td></td></tr></tbody></table>

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

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

A ressonância magnética funcional (fMRI) é uma técnica de ressonância magnética não invasiva que detecta a ativação cerebral in vivo, usando desoxihemoglobina endógena como agente de contraste endógeno para detectar alterações no nível do sangue-dependente oxigenação (efeito BOLD). Combinamos fMRI com um novo dispositivo robótico (dispositivo robótico induzido à mão compatível com RM [MR_CHIROD]) para que uma pessoa no scanner possa executar uma tarefa motora controlada, apertar a mão, que é um movimento de mão muito importante para estudar em doenças motoras neurológicas . Empregamos imagens paralelas (autocalibração generalizada de aquisições parcialmente paralelas [GRAPPA]), o que permitiu uma maior resolução espacial, resultando em maior sensibilidade ao BOLD. A combinação de fMRI com o dispositivo robótico induzido à mão permitiu o controle e o monitoramento precisos da tarefa que foi executada enquanto um participante estava no scanner; isto pode vir a ser de utilidade na reabilitação da função motora da mão em pacientes que se recuperam de déficits neurológicos (por exemplo, acidente vascular cerebral). Aqui nós esboçamos o protocolo para usar o protótipo atual da MR_CHIROD durante uma varredura de fMRI.

A metodologia descrita no protocolo permite a coleta de imagens de fMRI enquanto o voluntário está realizando a tarefa em tempo real no ímã. Experimentos foram realizados na instalação da Bay 1 do Massachusetts General Hospital Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, usando um scanner de ressonância magnética de corpo inteiro 3T. A Figura 2 e a Figura 3 mostram a colocação do MR_CHIROD sobre a mesa e o paciente em vigor. Na Figu...

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.

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

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

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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O objetivo deste estudo é fornecer uma referência importante para a operação clínica padrão da interface cérebro-computador de imagens motoras (MI-BCI) para disfunção motora do membro superior após acidente vascular cerebral.

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Este protocolo introduz um membro robótico supernumerário vestível flexível adaptado para auxiliar na reabilitação dos dedos para pacientes com AVC. O projeto incorpora um sensor de flexão para facilitar a interação perfeita entre humanos e robôs. A validação por meio de experimentos envolvendo voluntários saudáveis e pacientes com AVC ressalta a eficácia e a confiabilidade do estudo proposto.

Um membro robótico supernumerário vestível flexível para pacientes com AVC crônico

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Melhorando a função do membro superior e as habilidades motoras pós-AVC por meio de um robô de reabilitação de membros superiores

Este protocolo experimental descreve o uso de um sistema robótico orientado a tarefas de membros superiores duplos para pacientes com AVC com disfunção do membro superior. Os resultados indicam que esse sistema pode melhorar significativamente a função dos membros superiores e as atividades de vida diária dos pacientes com AVC.

Aplicação de um sistema robótico orientado a tarefas de membro superior duplo para a recuperação funcional do membro superior em pacientes com AVC

Este estudo apresenta um sistema de interface cérebro-computador (BCI) para pacientes com AVC, que combina sinais de eletroencefalografia e eletrooculografia para controlar uma mão robótica de membro superior, aprimorando as atividades diárias. A avaliação utilizou o Teste Bimanual de Berlim para AVC (BeBiTS).

Sistema robótico de membro superior controlado por interface cérebro-computador para melhorar as atividades diárias em pacientes com AVC

Este estudo explora os efeitos de um robô pneumático macio configurável no aprimoramento da topologia da rede de todo o cérebro pós-AVC. A análise da teoria dos grafos indica melhorias significativas no coeficiente de agrupamento, comprimento do caminho e eficiência global. Os resultados destacam o potencial dos protocolos robóticos programáveis para modular a neuroplasticidade e otimizar a recuperação funcional na reabilitação do AVC.

Robô pneumático macio modula métricas da teoria dos grafos da rede cerebral para reabilitação das mãos após acidente vascular cerebral

Aprenda a avaliar a reabilitação de pacientes com déficits de aperto de mão usando ressonância magnética funcional e um dispositivo robótico compatível com RM. Este método permite monitorar a neuroplasticidade cerebral durante a recuperação motora.

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 (Vídeo) | JoVE Journal

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

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