Summary
हमने न्यूरोलॉजिकल घाटे से उबरने वाले व्यक्तियों में हाथ मोटर फ़ंक्शन की निगरानी के लिए अपनी उपयोगिता का मूल्यांकन करने के लिए एक उपन्यास एमआरआई-संगत हाथ से प्रेरित रोबोटिक डिवाइस का उपयोग करके कार्यात्मक एमआरआई किया।
Abstract
कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफएमआरआई) एक गैर-इनवेसिव चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तकनीक है जो वीवो में मस्तिष्क सक्रियण की छवियां, रक्त-स्तर-निर्भर में परिवर्तन का पता लगाने के लिए एक एंडोजेनस विपरीत एजेंट के रूप में एंडोजेनस डिऑक्सीहेमोग्लोबिन का उपयोग करती है ऑक्सीजनेशन (बोल्ड प्रभाव)। हमने एफएमआरआई को एक उपन्यास रोबोटिक डिवाइस (एमआर-संगत हाथ से प्रेरित रोबोटिक डिवाइस [MR_CHIROD]) के साथ संयुक्त किया ताकि स्कैनर में एक व्यक्ति नियंत्रित मोटर कार्य, हाथ फैलाएंगे, जो न्यूरोलॉजिकल मोटर रोग में अध्ययन करने के लिए एक बहुत महत्वपूर्ण हाथ आंदोलन है, पर अमल कर सके . हमने समानांतर इमेजिंग (सामान्यीकृत ऑटो-कैलिब्रेटिंग आंशिक रूप से समानांतर अधिग्रहण [GRAPPA]) कार्यरत किया, जिसने उच्च स्थानिक संकल्प की अनुमति दी जिसके परिणामस्वरूप बोल्ड के प्रति संवेदनशीलता बढ़ गई। हाथ से प्रेरित रोबोट डिवाइस के साथ एफएमआरआई के संयोजन ने सटीक नियंत्रण और कार्य की निगरानी की अनुमति दी जिसे निष्पादित किया गया था जबकि एक प्रतिभागी स्कैनर में था; यह न्यूरोलॉजिकल घाटे (जैसे, स्ट्रोक) से उबरने वाले रोगियों में हाथ मोटर समारोह के पुनर्वास में उपयोगिता साबित हो सकता है। यहां हम एक fMRI स्कैन के दौरान MR_CHIROD के वर्तमान प्रोटोटाइप का उपयोग करने के लिए प्रोटोकॉल की रूपरेखा ।
Introduction
उपयुक्त इमेजिंग मैट्रिक्स की निगरानी और नैदानिक आकलन से बेहतर व्यक्तियों में चिकित्सा सफलता की संभावना की भविष्यवाणी और चिकित्सा योजना में सुधार और व्यक्तिगत करने के लिए जानकारी प्रदान कर सकते हैं । हमने क्रोनिक स्ट्रोक1,2,3,4,5,6,7,8से उबरने वाले रोगियों के साथ अनुभव विकसित किया है . इष्टतम व्यक्तिगत रणनीतियों का विकास करना जो इस बात पर ध्यान केंद्रित करते हैं कि मोटर प्रशिक्षण तंत्रिका गतिविधि के पुनर्गठन में वृद्धिशील सुधार को कैसे प्रभावित कर सकता है और/या मोटर फ़ंक्शन अभी भी चुनौतीपूर्ण है । न्यूरोलॉजिकल रोग के बाद मस्तिष्क में कार्यात्मक वसूली के लिए अंतर्निहित संरचनात्मक पुनर्मॉडलिंग और फिर से संगठन प्रक्रियाओं में अंतर्दृष्टि हमें कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग विधियों और मस्तिष्क मानचित्रण के माध्यम से तंत्रिका गतिविधि और कार्यात्मक वसूली के वितरित स्थलाकृतिक पैटर्न के बीच संबंधों का मूल्यांकन करने की अनुमति दे सकती है। सफलता चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) मैट्रिक्स9के आधार पर न्यूरोलॉजिकल स्थितियों के साथ व्यापक आबादी में पकड़ शक्ति में सुधार करने के लिए अनुकूलित व्यक्तिगत उपचार रणनीतियों को विकसित करने की सुविधा प्रदान करेगी।
यहां हम एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं जो एक नए फिर से डिज़ाइन किए गए रोबोटिक हैंड डिवाइस को नियोजित करता है जो एक नियंत्रणीय प्रतिरोध बल प्रदान करता है जिसके खिलाफ एक विषय पकड़ता है और एक दोलन दृश्य उत्तेजना के साथ सिंक्रोनी में एक हैंडल जारी करता है। MR_CHIROD v3 (एमआर-संगत हाथ से प्रेरित RObotic डिवाइस) समायोज्य बलों की प्रस्तुति के लिए एक प्रणाली है जिसके खिलाफ मनोरंजक और गति जारी की जाती है, जबकि प्रत्येक डेटा बिंदु के लिए लागू बल, पकड़ विस्थापन और टाइमस्टैंप को मापने और रिकॉर्ड करते हैं(चित्रा 1)। डिवाइस को एफएमआरआई (कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग) के दौरान मस्तिष्क सक्रियण छवियों का विश्वसनीय आकलन प्रदान करने के लिए इंजीनियर किया गया था, जिसका उपयोग न्यूरोलॉजिकल विकारों से उबरने वाले रोगियों के मस्तिष्क प्रतिक्रियाओं में रक्त-ऑक्सीजन स्तर के निर्भर (बोल्ड) परिवर्तनों का मूल्यांकन करने के लिए किया जा सकता है। एमआर-अनुकूलता संरचना और वायवीय एक्ट्यूएटर तत्वों और स्कैनर के बिस्तर पर तैनात सेंसर/इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए पूरी तरह से गैर-लौह/गैर-चुंबकीय घटकों के उपयोग के माध्यम से प्राप्त की जाती है । चित्रा 2 एक एमआर स्कैनर बिस्तर से जुड़ी डिवाइस से पता चलता है, और चुंबक बोर में एक विषय के साथ MR_CHIROD v3(चित्रा 3)के संभाल लोभी । इंटरफेस और नियंत्रण घटक एमआर स्कैनर रूम(चित्रा 4)के बाहर तैनात हैं।
डिवाइस प्रासंगिक मस्तिष्क सक्रियणों का आकलन करने के लिए मस्तिष्क इमेजिंग विधियों के साथ एक साथ प्रयोग किया जाता है। सिस्टम का प्राथमिक उपयोग एक मोटर कार्य प्रदान करना है जो मस्तिष्क के मोटर क्षेत्रों की सक्रियण उत्पन्न करता है, जो एफएमआरआई का उपयोग करके पता लगाया जाता है। इमेजिंग के दौरान MR_CHIROD का उपयोग करते समय मस्तिष्क सक्रियण न्यूरोलॉजिकल रोग में न्यूरोप्लास्टिसिटी का आकलन कर सकता है। MR_CHIROD का उपयोग करके मोटर प्रशिक्षण के दौरान और बाद में सक्रियणों में परिवर्तन ों पर नज़र रखकर, किसी भी न्यूरोलॉजिकल बीमारी के बाद मोटर पुनर्वास की प्रगति देखी जा सकती है जो मोटर घाटे (जैसे, स्ट्रोक) की ओर जाता है।
MR_CHIROD v3 भी मेज पर चढ़कर किया जा सकता है, अंतर स्कैन प्रशिक्षण अभ्यास में उपयोग के लिए, जिसमें विषय पकड़ती है और ४५ मिन की अवधि के लिए उपयुक्त दृश्य उत्तेजनाओं के जवाब में विज्ञप्ति, अध्ययन के दौरान प्रति सप्ताह तीन बार । रोबोटिक रूप से दिया प्रशिक्षण के साथ हमारे अनुभव, इमेजिंग के साथ निगरानी की, पता चलता है कि उदाहरण के लिए स्ट्रोक रोगियों के लिए वसूली खिड़की1बंद कभी नहीं हो सकता है ।
एमआर-संगत हाथ से पकड़ रोबोट के निर्माण और उपयोग के लिए हमारा तर्क यह है कि रोबोटिक रिकवरी में अपनी आसान तैनाती, विभिन्न मोटर हानि, उच्च माप विश्वसनीयता और उच्च तीव्रता प्रशिक्षण प्रोटोकॉल10देने की क्षमता के कारण हानि पर एक बड़ा प्रभाव पैदा करने की क्षमता है। हमारे एमआर-संगत रोबोट कर सकते हैं: (क) गति की विषय-विशिष्ट श्रेणियों के लिए सेट किया जा सकता है और विषय-विशिष्ट बल स्तरों को लागू करने के लिए प्रोग्रामेटिक रूप से समायोजित किया जा सकता है; (ख) मेजबान कंप्यूटर के माध्यम से नियंत्रण, माप और रिकॉर्ड बल और विस्थापन मापदंड; (ग) एमआर स्कैनर कक्ष तक पहुंच या विषय की पुन: स्थान ा्यता के लिए स्कैनिंग में रुकावट की आवश्यकता के बिना नियंत्रण मापदंडों को दूरस्थ रूप से समायोजित करें; और (डी) विस्तारित अवधि के लिए ठीक और लगातार प्रशिक्षण अभ्यास के माध्यम से चिकित्सा प्रदान करते हैं ।
हम कोई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध वसूली रोबोट डिवाइस है कि एक एमआर स्कैनर के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है विषय के हाथ पकड़ बल और विस्थापन को मापने के लिए जबकि कंप्यूटर नियंत्रित समय अलग बल लागू करने के बारे में पता कर रहे हैं । Tsekos एट अल11 मुख्य रूप से अनुसंधान आधारित, एमआर संगत रोबोट और पुनर्वास उपकरणों की एक किस्म की समीक्षा की है, उपकरणों की MR_CHIROD श्रृंखला के पहले पुनरावृत्तियों सहित । अन्य उपकरणों को कलाई गति, उंगली गति, आइसोमेट्रिक ग्रिप ताकत और बहु-संयुक्त आंदोलनों का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। सक्रिय रूप से प्रतिरोधक या अन्य बलों को प्रदान करने वाले उपकरणों के लिए, हाइड्रोलिक्स, वायवीय, यांत्रिक लिंकेज और इलेक्ट्रोरेओलॉजिकल फ्लूइड स्पंज सहित विभिन्न प्रकार की एमआर-संगत प्रौद्योगिकियों को नियोजित किया गया है। कुछ उपकरणों में स्वतंत्रता की कई डिग्री शामिल हैं, जिनमें पहले के MR_CHIROD संस्करणों का एक और विस्तार शामिल है, जिसमें स्वतंत्रता और हाइड्रोलिक बल आवेदन की एक घूर्णन डिग्री जोड़ी गई थी, हालांकि इसे एमआर-अनुकूलता12के लिए अनुकूलित नहीं किया गया था।
हमारे हाथ पकड़ विशिष्ट डिवाइस पोर्टेबिलिटी के फायदे है (यह नियमित रूप से एमआर सुविधा और कार्यालय आधारित प्रशिक्षण साइटों के बीच ले जाया जाता है), और बड़े, कंप्यूटर नियंत्रित, समय अलग प्रतिरोधी बलों के उत्पादन की क्षमता । MR_CHIROD में वायवीय प्रौद्योगिकी का वर्तमान उपयोग इलेक्ट्रो-रिओलॉजिकल फ्लूइड-आधारित प्रणालियों के लिए आवश्यक उच्च वोल्टेज स्रोतों की आवश्यकता, हाइड्रोलिक द्रव के रिसाव की क्षमता, और इंटरफ़ेस तंत्र को बाहरी शक्ति और नियंत्रण घटकों से जोड़ने वाले जटिल केबल/लिंकेज की आवश्यकता से बचा जाता है ।
MR_CHIROD पहला उपकरण था जिसे स्ट्रोक रोगियों में ब्रेन मैपिंग के लिए एफएमआरआई के साथ मिलकर कार्य करने के लिए प्रदर्शित किया गया था1. महत्वपूर्ण बात, MR_CHIROD v3 घर या कार्यालय आधारित प्रशिक्षण के लिए विशेष रूप से उपयोगी है, क्योंकि सिस्टम और उसके सॉफ्टवेयर को विशेषज्ञ नैदानिक समर्थन के बिना और प्रेरक तत्वों ("गेमिफिकेशन") के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया था। एक अस्पताल, कार्यालय या घर आधारित प्रशिक्षण में शारीरिक चिकित्सक की सुविधा प्रशिक्षण के सापेक्ष कम महंगा और अधिक सुविधाजनक है, यह आसान रोगियों के लिए दैनिक चिकित्सा का पालन करने के लिए बना रही है । डिवाइस, पहले से ही अन्य अनुसंधान आधारित उपकरणों में से कुछ के सापेक्ष अपेक्षाकृत सस्ती, लागत से लाभ अनुपात में सुधार करने के लिए फिर से इंजीनियर किया जा सकता है । आभासी वास्तविकता और प्रशिक्षण का गेमिफिकेशन, दोनों MR_CHIROD v3 के साथ संगत हैं, रोगियों को शामिल कर सकते हैं, कार्य के दौरान उनका ध्यान बढ़ा सकते हैं, और प्रेरणा में सुधार कर सकते हैं, इस प्रकार वसूली13की प्रभावशीलता में वृद्धि कर सकते हैं।
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Protocol
सभी प्रयोगों को मैसाचुसेट्स जनरल अस्पताल में संस्थागत समीक्षा बोर्ड द्वारा अनुमोदित किया गया था और बायोमेडिकल इमेजिंग के लिए एथिनोला ए मार्टिनोस सेंटर में अनुमोदित के रूप में प्रदर्शन किया गया था।
1. विषय तैयारी
नोट: समावेशन मानदंड हैं: (i) दाहिने हाथ का प्रभुत्व, (ii) लिखित सूचित सहमति देने की क्षमता। वर्जन को चुंबकीय अनुनाद वातावरण में कॉन्ट्रा-संकेतकों के लिए स्क्रीनिंग के आधार पर लागू किया गया था जैसे कि निम्नलिखित: (क) नियमित एमआरआई बहिष्कार मानदंड, जैसे पेसमेकर या सेरेब्रल एन्यूरिज्म क्लिप और धातु प्रत्यारोपण या शरीर में धातु सामग्री की उपस्थिति; (ख) दौरे का इतिहास (ग) क्लास्ट्रोफोबिया; (ग) गर्भावस्था।
- सूचित सहमति प्राप्त करने के लिए, स्वयंसेवक को सहमति फार्म पढ़ें। दोनों स्वयंसेवक और अन्वेषक डुप्लीकेट में सहमति फार्म पर उपयुक्त स्थानों में हस्ताक्षर करते हैं । अन्वेषक रिकॉर्ड के लिए उचित स्थान पर सहमति फॉर्म की एक हस्ताक्षरित प्रति छोड़ दें। प्रतिभागी के रिकॉर्ड के लिए सहमति फॉर्म की दूसरी प्रति रखें।
- एमआरआई (चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग) कॉन्ट्रा-संकेतों के लिए स्वयंसेवक स्क्रीन करें। बाहर एमआरआई contra-संकेत सूची भरें और सूची में प्रत्येक आइटम के बारे में पूछताछ, उचित के रूप में बंद बक्से की जांच ।
- यदि प्रतिभागियों के पास सर्जिकल एन्यूरिज्म क्लिप, कार्डियक पेसमेकर, कृत्रिम हृदय वाल्व, न्यूरोस्टिमुलेटर, प्रत्यारोपित पंप, कॉकलियर प्रत्यारोपण, धातु छड़, प्लेटें, शिकंजा सहित किसी भी कॉन्ट्रा-संकेत शामिल हैं, तो स्कैन के साथ आगे न बढ़ें, हियरिंग एड या ट्रांसडरमल पैच।
2. सेटअप
- स्कैनर रूम में शुरुआती सेटअप करें।
नोट: सभी आवश्यक प्रशिक्षण प्रक्रिया के अग्रिम में अन्वेषक द्वारा प्राप्त किया जाना चाहिए । एमआर सुविधा से संबंधित सावधानियां हर समय बरती जानी चाहिए ।- एमआरआई स्कैनर रूम में MR_CHIROD (चुंबकीय अनुनाद-संगत हाथ प्रेरित रोबोटिक डिवाइस) लाएं और इसे प्रवेश कक्ष के पास रखें। पैनल में पास-थ्रू ट्यूब में 3/8 इंच की वायवीय ट्यूब को आसन्न एमआरआई सपोर्ट रूम में डालें ।
- पैनल के स्कैनर रूम साइड पर एमआरआई स्कैनर रूम फोर्स सेंसिंग और एनकोडर केबल को 9-पिन डी-आकार (DSUB) कनेक्टर से कनेक्ट करें।
- एमआरआई सपोर्ट रूम सेटअप करें।
- एक 110VAC दीवार आउटलेट में एयर कंप्रेसर प्लग। कंप्रेसर के आंतरिक नियामक के साथ बंद करने के लिए बदल गया/ंयूनतम दबाव की स्थिति और ऑफ स्थिति में गेंद वाल्व, कंप्रेसर चालू और यह पूर्ण आंतरिक दबाव (~ 4 मिन) के लिए आने के लिए अनुमति देते हैं ।
- प्रवेश पैनल के बाहरी पक्ष पर DSUB कनेक्टर करने के लिए समर्थन कक्ष बल संवेदन और एन्कोडर केबल कनेक्ट करें।
- 3/8 इंच वायवीय ट्यूब फिटिंग कनेक्ट, प्रवेश पैनल से उभरते इंटरफेस के आउटलेट के माध्यम से/ इंटरफेस/पावर/रेगुलेटर यूनिट पर कंप्रेसर के आउटलेट और एयर फिल्टर के इनलेट से 4 एमएम वायवीय ट्यूब को कनेक्ट करें ।
- इंटरफेस/पावर/रेगुलेटर यूनिट को यूएसबी केबल/रिपीटर असेंबली के माइक्रो-यूएसबी कनेक्टर से कनेक्ट करें और एमआरआई कंट्रोल रूम में होस्ट पीसी/लैपटॉप के लिए रिपीटर केबल को बाहर रखना । इंटरफेस/पावर/रेगुलेटर यूनिट को सपोर्ट रूम में 110VAC वॉल प्लग में प्लग करें और फिर पावर स्विच चालू करें ।
- रोगी के साथ v3 MR_CHIROD स्थिति।
- पूरी तरह से विस्तार और एमआर स्कैनर बिस्तर कम। सिर कुंडली के नीचे आधा संलग्न करते हैं और स्वयंसेवक को लेटने के लिए मार्गदर्शन करें, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि स्वयंसेवक आराम से आराम कर रहा है और आराम से अपने हथियार बढ़ा दिया है।
- ध्वनिक शोर में कमी के लिए स्वयंसेवक को कान प्लग प्रदान करें।
- सिर को स्थिर करने के लिए सिर का तार और छोटे फोम पैड संलग्न करें।
- हाथ और कोहनी के स्तर पर स्वयंसेवक मनोरंजक हाथ के आसपास तकिए संलग्न, स्वयंसेवक के अपने शरीर के लिए कंपन युग्मन को कम करने के लिए और एमआर स्कैनर की दीवारों के लिए ।
- स्वयंसेवक के सीने पर संचार गेंद संलग्न करें, उन्हें इसका उपयोग करने के तरीके पर निर्देश दें और पुष्टि करें कि स्कैन शुरू करने से पहले संचार गेंद अच्छी तरह से काम करती है।
- शिथिल इसी बिस्तर स्लॉट का उपयोग कर उनके मस्तिष्क घाव के विपरीत रोगी के पक्ष में MR_CHIROD स्थापित करें । स्वयंसेवक की कोहनी के साथ मेज पर आराम करने के लिए अपने हाथ के वजन का समर्थन, अंगूठे और तर्जनी के बीच webbing के लिए MR_CHIROD संभाल ले और स्वयंसेवक गाइड के लिए MR_CHIROD के संभालती हड़पने ।
- यदि MR_CHIROD प्रवेश पैनल से तालिका के विपरीत दिशा में है, तो केबल और वायवीय ट्यूब की स्थिति है ताकि वे रोगी के बजाय मेज के नीचे से गुजरें।
- सुनिश्चित करें कि निचोड़ने के लिए पकड़ की स्थिति उचित है। स्वयंसेवक को निचोड़ने और धक्का देने या MR_CHIROD खींचने के लिए निर्देश दें जब तक कि उनके पास निचोड़ने के लिए सबसे आरामदायक स्थिति न हो।
- एमआर-संगत रिंच का उपयोग करके प्लास्टिक के नट्स को कसकर MR_CHIROD को मजबूती से सुरक्षित करें।
नोट: उस समय कोई स्कैन नहीं किया जा रहा है। जब MR_CHIROD स्थिति, स्वयंसेवक चुंबक के बाहर एमआर स्कैनर बिस्तर पर आराम से आराम कर रहा है । चुंबक कक्ष का दरवाजा खुला हो सकता है।
- एमआर कंट्रोल रूम (स्कैनर और सपोर्ट रूम से सटे) में कंट्रोल लैपटॉप स्थापित करें, कनेक्शन की पुष्टि करें और रोगी बल स्तर के लिए सेट करें।
- लैपटॉप चालू करें और डेटा अधिग्रहण/विश्लेषण सॉफ्टवेयर शुरू करें। यूएसबी केबल/रिपीटर असेंबली को लैपटॉप से कनेक्ट करें। एमआर स्कैनर रूम प्रोजेक्टर चालू करें। प्रोजेक्टर कनेक्टर के लिए लैपटॉप वीडियो आउटपुट पोर्ट कनेक्ट करें और प्रोजेक्टर पर स्क्रीन का विस्तार करने के लिए मॉनिटर सेट करें। स्कैनर से ट्रिगर सिग्नल प्राप्त करने के लिए लैपटॉप के लिए स्कैनर यूएसबी हिड ट्रिगर केबल कनेक्ट करें।
- MR_CHIROD के लिए कस्टम यूजर इंटरफेस (यूआई) /कंट्रोल/उत्तेजना प्रोग्राम चलाएं । स्वचालित रूप से (न्यूनतम) "सेटअप" स्तर MR_CHIROD पर दबाव सेट करने के लिए अंत बंद करने के लिए संभाल धक्का, गति और बल तरंग के प्रदर्शन की पुष्टि ।
- स्वयंसेवक को निर्देश दें कि अगले कुछ निचोड़ निचोड़ की अधिकतम ताकत के लिए जांचना होगा और इसलिए मुश्किल हो जाएगा ।
- उदाहरण के लिए, 30 एन के लिए बल स्तर निर्धारित करें और स्वयंसेवक को लगभग 2 एस की अवधि के साथ 2-3 बार पूरी तरह से निचोड़ने का निर्देश दें कि क्या स्वयंसेवक उस बल स्तर पर एक निचोड़ को पूरा कर सकता है।
- धीरे-धीरे बल स्तर को बढ़ाएं और तब तक दबाव डालने के प्रयास दोहराएं जब तक कि स्वयंसेवक एक निचोड़ पूरा नहीं कर सकता। यह माप स्वयंसेवक की पकड़ शक्ति का एक अधिकतम के रूप में कार्य करता है । यूआई स्वचालित रूप से परीक्षण के दौरान उपयोग के लिए अधिकतम बल स्तर के 60%, 40%और 20% की गणना करता है।
3. स्वयंसेवक डेटा दर्ज करें और एमआर स्कैनर कैलिब्रेट
- स्कैनर कंसोल पर HIPAA (संयुक्त राज्य अमेरिका स्वास्थ्य बीमा पोर्टेबिलिटी और जवाबदेही अधिनियम 1996) विनियमों के अनुसार अस्पताल नीति के अनुसार स्वयंसेवक की पहचान डेटा दर्ज करें।
- टेबल और प्रतिभागी को आइसोसेंटर में स्कैनर और स्थिति में ले जाएं।
4. एफएमआरआई सत्र चलाएं
- नियंत्रण और स्कैनर कमरे के बीच खिड़की के माध्यम से स्वयंसेवक का निरीक्षण करें और एफएमआरआई प्रोटोकॉल शुरू करने के लिए प्रतिभागी की अनुमति प्राप्त करने के लिए स्वयंसेवक के साथ संवाद करें। उन्हें निर्देश दें कि MR_CHIROD हैंडल को पूरी तरह से खुली स्थिति में आराम करने की अनुमति न दें ।
- चुंबक शिम और एक लोकलाइजर स्कैन चलाते हैं। एफएमआरआई प्रोटोकॉल खोलें और स्वयंसेवक के मस्तिष्क को कवर करने के लिए स्लाइस सेट करें।
- स्वयंसेवक को निर्देश दें कि एफएमआरआई सत्र शुरू होने वाला है।
- यूआई का उपयोग करके, पहले बल स्तर (अधिकतम का 20%) लागू करने के लिए MR_CHIROD निर्धारित करें। यूआई कार्यक्रम स्वयंसेवक के लिए वीडियो प्रोजेक्टर पर निर्देशों का एक सेट प्रदर्शित करेगा ताकि उन्हें याद दिलाया जा सके कि दृश्य उत्तेजना का जवाब कैसे दिया जाए। यूआई स्कैनर के लिए इंतजार करने के लिए एक ट्रिगर संकेत प्रदान करने के लिए जारी रहेगा ।
- एफएमआरआई के लिए इको-प्लानर-इमेजिंग प्रोटोकॉल शुरू करें। फ़ोल्डर उपयोगकर्ताओं से इमेजिंग प्रोग्राम MR_CHIROD का उपयोग करें। अधिग्रहण और पुनर्निर्माण मापदंडों पहले से ही इमेजिंग कार्यक्रम में सेट कर रहे है और नहीं बदला जाना चाहिए । निम्नलिखित पैरामीटर कार्यरत हैं: इन-प्लेन 192 x 192 या 256 x 256 अधिग्रहण मैट्रिस; 2-3 एस की सीमा में टीआर (पुनरावृत्ति समय); एक 30 एमएस TE (गूंज समय); 5 मिमी स्लाइस मोटाई, और ~ 1 मिमी x 1 मिमी का स्थानिक समाधान।
नोट: यूआई/डेटा अधिग्रहण/प्रोत्साहन कार्यक्रम स्कैनर कार्यक्रम में पूर्व-एफएमआरआई स्कैन की शुरुआत के साथ इसी स्कैनर से ट्रिगर पल्स प्राप्त करने के लिए इंतजार करेगा । दृश्य उत्तेजना निर्देशों को दूर कर देगी और एक "निर्धारण क्रॉस" दिखाएगी जिस पर स्वयंसेवक ध्यान केंद्रित करेगा। जब एफएमआरआई स्कैन टीआरएस शुरू होता है, तो बढ़ते और सिकुड़ते सर्कल के रूप में एक दृश्य मेट्रोनोम डिस्प्ले प्रदर्शित किया जाएगा। स्वयंसेवक पूरी तरह से निचोड़ और उत्तेजना के साथ तुल्यकालन संभाल जारी करेंगे । बाकी अवधि उत्तेजना अवधि अलग होगी, जिसके दौरान निर्धारण क्रॉस को फिर से प्रदर्शित किया जाएगा। - किसी कार्य के निष्पादन के दौरान, बल उत्पादन की निगरानी करें और क्या प्रतिभागी कार्य को सही ढंग से निष्पादित कर रहा है (यानी, पूरी तरह से पकड़ और रिलीज को पूरा करना और दृश्य मेट्रोनोम के साथ तुल्यकालन बनाए रखना) यूआई पर बल और विस्थापन के लाइव भूखंडों को देखकर .
- एक बार पहला रन खत्म हो जाने के बाद यूआई पर प्रयोग जारी रखने की पुष्टि करें, जो फोर्स लेवल को तीन स्तरों के दूसरे में बदल देगा । चरण 4.5 से दोहराएं। इसी तरह दूसरा रन खत्म होने पर तीसरे फोर्स लेवल पर फाइनल रन चलाने का सिलसिला जारी रहने की पुष्टि करें।
- तीसरे रन के बाद, यूआई स्वचालित रूप से कम "सेटअप" स्तर पर दबाव MR_CHIROD सेट करेगा।
5. एमआरआई सत्र पूरा करें
- प्रतिभागी को आराम करने और हैंडल के जाने के लिए निर्देश दें। शारीरिक स्कैन की एक श्रृंखला लीजिए।
6. लो-डाउन
- एमआर स्कैनर कमरे से प्रतिभागी को निकालें, रिवर्स में सेटअप चरणों का पालन करें, और बंद करने के लिए और MR_CHIROD के भागों को डिस्कनेक्ट करने के लिए आगे बढ़ें । एमआर डेटा को डेटाबेस में स्थानांतरित करें और सत्र को डिस्क और बंद करें।
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Representative Results
प्रोटोकॉल में उल्लिखित कार्यप्रणाली एफएमआरआई छवियों के संग्रह की अनुमति देती है जबकि स्वयंसेवक चुंबक में वास्तविक समय में कार्य कर रहा है। प्रयोग मैसाचुसेट्स जनरल अस्पताल एथिनोला ए मार्टिनोस सेंटर फॉर बायोमेडिकल इमेजिंग की बे 1 सुविधा में किए गए थे, जो 3T पूर्ण शरीर चुंबकीय अनुनाद स्कैनर का उपयोग कररहे थे। चित्रा 2 और चित्रा 3 मेज पर MR_CHIROD और जगह में रोगी यह संचालन के प्लेसमेंट दिखाओ । चित्रा 3में, एक स्वयंसेवक चुंबक के आइसोसेंटर में रखे अपने सिर के साथ स्कैनर बोर में है, जो ब्रेन इमेजिंग के लिए सही स्थिति है। चित्रा 4 सिस्टम घटकों और कनेक्शनों की एक योजनाबद्ध दिखाता है, जो प्रक्रिया के प्रारंभिक चरणों के दौरान स्थापित किए जाते हैं। एक एफएमआरआई सत्र के दौरान, न केवल छवियों को एकत्र किया जाता है, बल्कि डिवाइस के वास्तविक स्ट्रोक का वास्तविक समय ट्रेस भी किया जाता है क्योंकि चुंबक बोर में व्यक्ति इसे संचालित कर रहा है। विशिष्ट परिणाम चित्र 5में दिखाए जाते हैं। नियंत्रित वायवीय दबाव का उपयोग MR_CHIROD v3 द्वारा प्रदान किए गए निरंतर प्रतिक्रिया बल के सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है।
चित्रा 5ए-सी एफएमआरआई स्कैनिंग के दौरान बोल्ड तकनीक के परिणामों का उपयोग करके डिवाइस को मनोरंजक/जारी करने के दौरान सक्रियण के विशिष्ट क्षेत्रों को दिखाता है । लाल तीर M1 क्षेत्र (प्राथमिक मोटर प्रांतस्था) और हरे क्षेत्रों में सक्रियण दिखाएसएमए (पूरक मोटर प्रांतस्था) दिखाते हैं। चित्रा 5D मनोरंजक के दौरान मापा विस्थापन से पता चलता है MR_CHIROD/ चित्रा 5E एक स्वर में समय के साथ सक्रियण दिखाता है, जो सोमाटो-संवेदी क्षेत्र के भीतर से चुना गया है। प्रतिक्रिया विषय की गतिविधि, मनोरंजक/रिहाई के दौरान होने वाली ऊंचा सक्रियण, और कम सक्रियण जब विषय आराम कर रहा है के साथ मेल खाती है ।
चित्रा 1: MR_CHIROD v3 डिवाइस के भागों । (1) फिक्स्ड हैंडल; (2) स्लाइडिंग हैंडल; (3) बल सेंसर; (4) स्थिति एन्कोडर; (5) ग्लास-ग्रेफाइट सिलेंडर-पिस्टन यूनिट; (6) शील्ड लोड सेल एम्पलीफायर; (7) एमआर टेबल बढ़ते स्लॉट (मॉकअप); (8) एसिटाइल दौड़ और ग्लास बॉल्स के साथ बॉल बेयरिंग। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2: स्कैनर बिस्तर पर सुरक्षित रूप से संलग्न MR_CHIROD v3 का दृश्य। यह विन्यास व्यक्ति को अपने वजन में से किसी का समर्थन किए बिना MR_CHIROD संचालित करने की अनुमति देता है। डिवाइस बाएं या दाहिने हाथ के लिए तैनात किया जा सकता है। परिरक्षित केबल प्रवेश पैनल पर आधारित हैं, वायवीय ट्यूब प्रवेश पैनल में ट्यूब के माध्यम से एक पास के माध्यम से बाहर निकलता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 3: एक मरीज के सापेक्ष MR_CHIROD v3 का दृश्य। एक स्वयंसेवक डिवाइस के हैंडल के पास स्थिति में अपने हाथ से आराम कर रहा है । स्वयंसेवक मस्तिष्क इमेजिंग के लिए चुंबक आइसोसेंटर में सही स्थिति में रखा गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र4: एक एमआर स्कैनर कमरे में ऑपरेशन के लिए स्थापित MR_CHIROD के योजनाबद्ध आरेख । परिरक्षित केबल स्थिति और वेग डेटा के लिए और बल सेंसर के लिए संकेतों को ले जाने के साथ ही वायवीय ट्यूबिंग प्रवेश पैनल के माध्यम से गुजरती है जो ग्राउंडिंग संदर्भ स्तर के रूप में कार्य करता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 5: एक मोटर कार्य करने से विशिष्ट परिणाम (एक MR_CHIROD के हैंडल फैलाएंगे)। दिखाया गया है(ए)एफएमआरआई मस्तिष्क सक्रियण, मस्तिष्क की एक रूपरेखा पर ब्लॉब्स के रूप में आरोपित,(बी)स्वयंसेवक के शारीरिक मस्तिष्क स्कैन के त्रि-आयामी क्रॉस-सेक्शनल दृश्य पर छद्म रंग के रूप में, और(सी)मस्तिष्क टेम्पलेट पर प्रदान किए गए छद्म रंग के रूप में। M1 = प्राथमिक मोटर प्रांतस्था। SMA = अनुपूरक मोटर क्षेत्र। (घ)वास्तविक बल उत्पादन, समय के एक समारोह के रूप में बल (न्यूटन, एन) की इकाइयों में मापा जाता है । बल उत्पादन स्वयंसेवक निचोड़ का वास्तविक रिकॉर्ड है और MR_CHIROD द्वारा वास्तविक समय में दर्ज की गई है । (ई)सक्रियण के एकल-स्वर समय पाठ्यक्रम को दिखाया गया है, जो (बी) में क्रॉस-हेयर के स्थान पर सोमाटोसेंसरी क्षेत्र में एक स्वर से चुना गया है। (डी) और (ई) में काले सलाखों के एक ६० एस उत्तेजना के साथ मेल खाती है/ कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
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Discussion
हम एक उपन्यास रोबोट डिवाइस, MR_CHIROD1,2,8 के नवीनतम संस्करण का उपयोग कर एक मोटर कार्य के fMRI पेश करतेहैं। MR_CHIROD को हाथ से निचोड़ने वाले ग्रिप टास्क को निष्पादित करने के लिए डिजाइन किया गया है जिसे क्रोनिक स्ट्रोक रोगियों द्वारा किया जा सकता है और पहले1,2,3,4,5,6,8का अध्ययन किया गया है । डिवाइस आगे एक डायनेमोमीटर के रूप में प्रयोग किया जाता है, रोगी की अधिकतम पकड़ बल को मापने, जिसके खिलाफ प्रयोगात्मक बल के स्तर को सामान्यीकृत कर रहे हैं । प्रयोगों के दौरान सेट किए गए बल स्तर के संबंध में मोटर कॉर्टेक्स की सक्रियता प्राप्त होती है। इसके अलावा, बेहतर पकड़ शक्ति दिखाने के लिए अध्ययन के दौरान अधिकतम बल को ट्रैक किया जाता है। MR_CHIROD के हमारे पहले के पुनरावृत्तियां पहले ही न्यूरोप्लास्टिसिटी और क्रोनिक स्ट्रोक रोगियों के पुनर्वास के लिए सबूत दिखाने के अध्ययन ों में उपयोगी साबित हो चुकी हैं1,6. वर्तमान में हम मोटर कार्यों7के एफएमआरआई के लिए उच्च संवेदनशीलता की अनुमति देने वाले इमेजिंग प्रोटोकॉल के साथ MR_CHIROD के उपयोग का संयोजन कर रहे हैं। हमारा दृष्टिकोण हाथ मोटर समारोह पुनर्वास के लिए एक उपन्यास एमआरआई संगत हाथ से प्रेरित रोबोट डिवाइस के साथ कार्यात्मक एमआरआई को जोड़ती है।
डिवाइस का उपयोग आसानी से किया जा सकता है या अन्य एमआर सुविधाओं में उपयोग के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। शारीरिक रूप से, पावर/इंटरफेस/रेगुलेशन यूनिट और एयर कंप्रेसर को एमआर स्कैनर रूम तक पहुंच पैनल एक्सेस के साथ एक सपोर्ट/मैकेनिकल रूम में रखा जाना चाहिए, जिसमें एक उपयुक्त डेटा पास-थ्रू और कंप्रेस्ड एयर ट्यूबिंग के लिए फिजिकल पास होता है । इकाई और मेजबान कंप्यूटर के बीच संबंध वर्तमान में दो तत्वों के बीच लगभग 10 मीटर जुदाई को समायोजित करने के लिए एक संचालित रिपीटर के साथ यूएसबी केबल का उपयोग करके बनाया गया है। अंत में, स्कैनर में निर्देशों, निर्धारण क्रॉस और दृश्य मेट्रोनोम को विषय पर प्रस्तुत करने के लिए एक संबद्ध प्रोजेक्टर या इसी तरह की दृश्य प्रणाली होनी चाहिए, साथ ही यूआई को टीआर ट्रिगर जानकारी प्रदान करने का साधन होना चाहिए।
MR_-चिरोद का यह संस्करण विशेष रूप से एमआर स्कैनर में हमारे प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल और एक गैर-एमआर सुइट वातावरण में शोधकर्ताओं और विषयों द्वारा उपयोग की सुविधा का समर्थन करने के लिए विकसित किया गया था। दोनों साइटों में, विषय पकड़ता है और एक निरंतर बहाल बल है, जो प्रयोगात्मक रन के बीच बदला जा सकता है के खिलाफ डिवाइस के संभाल विज्ञप्ति । जैसे, वायवीय प्रणाली को अपनाया गया था, जो विषय के लिए निरंतर प्रतिरोधी बल की प्रस्तुति के लिए अनुमति देता है (पहले और वैकल्पिक चिपचिपा-ब्रेकिंग सिस्टम की तुलना में इलेक्ट्रो-रेओलॉजिकल तरल पदार्थ का उपयोग करके जो शून्य बल पेश करते हैं जब विषय सक्रिय रूप से मनोरंजक या जारी नहीं होता है और एक बहाली बल प्रदान नहीं करता है)। पहले MR_CHIROD पुनरावृत्तियों और अन्य प्रणालियों को विशेष रूप से उपयोगकर्ता बातचीत के जवाब में तेजी से बल परिवर्तन की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन किया गया है और रैपिड रिस्पांस2,14के लिए अनुमति देने के लिए ईआर तरल पदार्थ पर भरोसा करते हैं, हालांकि ऐसी प्रणालियों की लागत और जटिलता इस आवेदन के लिए अवांछनीय होना निर्धारित थी।
प्रस्तुत प्रोटोकॉल हमारे अनुसंधान में अब स्थिर संस्करण का प्रतिनिधित्व करता है । आज तक एकत्र किए गए परिणामों में कोई अप्रत्याशित निष्कर्ष नहीं दिखाया गया है जिसके लिए प्रोटोकॉल में परिवर्तन की आवश्यकता होगी। भविष्य में सुधार की आवश्यकता के रूप में आवश्यक हो सकता है और तेजी से इमेजिंग और हमारे मोटर प्रतिमान के अनुकूलन शामिल हो सकते हैं । इसके अलावा, चयनित हार्डवेयर एमआर स्कैनिंग के व्यवधान की आवश्यकता के बिना न केवल धारावाहिक यूएसबी कनेक्शन के माध्यम से नियंत्रण मापदंडों को समायोजित करता है, बल्कि माइक्रोप्रोसेसर के वाईफाई का उपयोग करके घर-आधारित प्रशिक्षण सेटिंग्स के रिमोट अपडेट के लिए भी ऐसा करता है मॉड्यूल.
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Disclosures
लेखकों में से कोई भी संघर्ष का खुलासा किया है ।
Acknowledgments
इस काम को राष्ट्रीय न्यूरोलॉजिकल डिसऑर्डर एंड स्ट्रोक संस्थान (अनुदान संख्या 1R01NS105875-01A1) से ए एरिया Tzika को राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान ों के अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था । यह काम एथिनोला ए मार्टिनोस सेंटर फॉर बायोमेडिकल इमेजिंग में किया गया था। हम निदेशक डॉ ब्रूस आर रोसेन, एमडी, पीएचडी और मार्टिनोस सेंटर स्टाफ के सदस्यों को उनके समर्थन के लिए धन्यवाद देना चाहते हैं । हम आगे श्री क्रिश्चियन पुसेट्रे और श्री माइकल अरमानिनी को प्रयोग चलाने में सहायता के लिए धन्यवाद देना चाहते हैं । अंत में, हम डॉ माइकल ए Moskowitz और डॉ रोसेन को उपकरणों की MR_CHIROD श्रृंखला और संबद्ध स्ट्रोक अध्ययन की अवधारणा और विकास में उनके मार्गदर्शन के लिए धन्यवाद देते हैं ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ball bearings, plastic with glass balls (8) | McMaster-Carr | 6455K97 | |
| Bi-directional logic level converter | Adafruit | 395 | |
| Dual LS7366R Quadrature Encoder Buffer | SuperDroid Robots | TE-183-002 | |
| Feather M0 WiFi w/ATWINC1500 | Adafruit | Adafruit 3010 | |
| Flanged nuts, fiberglass, 3/8”-16 (8) | McMaster-Carr | 98945A041 | |
| Garolite rod, ¾” dia, 4’ long | McMaster-Carr | 8467K84 | |
| Laptop | Various | Any laptop with USB2.0 port(s) and MATLAB | |
| Load Cell (20kg) | Robotshop | RB-PHI-119 | |
| Load Cell Amplifier- HX711 | Mouser | 474-SEN-13879 | |
| MATLAB | MathWorks | 2008 version or later with Psychophysics Toolbox | |
| Magnetic resonance imaging scanner | Siemens | Skyra 3T | 3T full body scanner with BOLD and GRAPPA capabilities |
| MR_CHIRODv3 | fabricated in-house | Bespoke plastic & 3D printed structure | |
| Op amp development board | Schmartboard | 710-0011-01 | |
| Panel Mount Power Supply | Delta | PMT-D2V100W1AA | |
| Plastic tubing & tube fittings | McMaster-Carr | various | |
| Pyrex/graphite piston/cylinder module | Airpot | 2KS240-3 | |
| Screws, ¼”-20, nylon | McMaster-Carr | various | |
| Shaft Collars for ¾” dia shaft, nylon (2) | McMaster-Carr | 9410T6 | Stock metal clamping screws replaced with plastic screws |
| Shielded cables (2) | US Digital | CA-C5-SH-C5-25 | |
| Threaded rod, fiberglass, 3/8”-16 | McMaster-Carr | 91315A010 | |
| Transmissive optical encoder code strip | US Digital | LIN-2000-3.5-0.5 | |
| Transmissive Optical Encoder Module | US Digital | EM2-0-2000-I | |
| PTFE sleeve bearings | McMaster-Carr | 2639T32 |
References
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