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方法論記事

手のグリップの欠陥から回復する個人のリハビリテーションを評価する新しいMRI互換手誘導ロボット装置と連動した機能MRI

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DOI:

10.3791/59420

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2019年11月23日

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この記事について

サマリー

新しいMRI対応の手によるロボット装置を用いて機能MRIを行い、神経学的欠損から回復する個人の手運動機能をモニタリングする有用性を評価した。

要約

機能的磁気共鳴画像法(fMRI)は、内因性デオキシヘモグロビンを内因性造影剤として使用して血中濃度依存性の変化を検出する、生体内で脳活性化を画像化する非侵襲的磁気共鳴画像技術である。酸素化(太字効果)。fMRIと新規ロボット装置(MR互換手誘導ロボット装置(MR_CHIROD))を組み合わせることで、スキャナーの人が制御された運動タスク、手絞りを実行できるように、神経運動疾患を研究する非常に重要な手の動きである.並列イメージング(部分的に並列集録[GRAPPA])を一般化し、より高い空間分解能を実現し、BOLDに対する感度を高めました。手で誘導されたロボット装置とfMRIの組み合わせにより、参加者がスキャナーにいる間に実行されたタスクを正確に制御し、監視することができました。これは、神経学的欠損(例えば、脳卒中)から回復する患者における手運動機能のリハビリテーションにおいて有用であることが証明され得る。ここでは、fMRI スキャン中にMR_CHIRODの現在のプロトタイプを使用するためのプロトコルの概要を説明します。

概要

適切なイメージングメトリックは、臨床評価よりも優れた個人における治療の成功の可能性を監視および予測し、治療計画を改善し、個別化するための情報を提供することができます。慢性脳卒中1、2、3、4、5、6、7、8から回復した患者の経験を開発しました。運動トレーニングが神経活動の再編成や運動機能の段階的改善にどのように影響するかに焦点を当てた最適な個別化戦略の開発は、依然として困難です。神経疾患後の脳の機能回復のための基礎的な構造改造と組織の再編成プロセスに関する洞察は、機能的神経イメージング法と脳マッピングを介して神経活動の分散地形パターンと機能回復との関係を評価することを可能にする。成功は、磁気共鳴画像法(MRI)メトリック9に基づく神経学的条件を有する広範な集団におけるグリップ強度の改善を生み出すために最適化されたパーソナライズされた治療戦略の開発を容易にす....

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プロトコル

すべての実験は、マサチューセッツ総合病院の機関審査委員会によって承認され、アティヌーラA.マルティノス生物医学イメージングセンターで承認されたとおりに行われました。

1. 科目準備

注:包含基準は、(i)右手支配、(ii)書面によるインフォームド・コンセントを与える能力である。除外は、次のような磁気共鳴環境におけるコントラ指標のスクリーニングに基づいて実施されました: (a) ペースメーカーや脳動脈瘤クリップ、金属インプラントまたは金属含有量の存在などの定期的なMRI除外基準。(b) けいれんの歴史 (c) 閉所恐怖症;(d)妊娠。

  1. インフォームド・コンセントを得るためには、ボランティアに同意書を読んでください。ボランティアと調査員の両方が、同意書の適切な場所に重複して署名します。署名された同意書のコピーを、調査者レコードの適切な場所に残します。参加者の記録に対する同意書の2番目のコピーを保管します。
  2. MRI(磁気共鳴画像)のボランティアをスクリーニングします。MRIの反徴候リストに記入し、リスト上の各項目について問い合わせ、必要に応じてチェックボックスをオフにします。
  3. 参加者が外科的動脈瘤クリップ、心臓ペースメーカー、補綴心臓弁、神経刺激剤、埋め込みポンプ、人工内耳、金属棒、プレート、ネジ、および任意の矛盾した徴候を持っている....

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結果

プロトコルで概説されている方法論は、ボランティアが磁石でリアルタイムにタスクを実行している間、fMRI画像の収集を可能にします。実験は、マサチューセッツ総合病院アティヌーラA.マルティノス生物医学イメージングセンターのベイ1施設で、3T全身磁気共鳴スキャナーを用いて行った。図2および図3は、テーブル上のMR_CHIRODとそれを操作する所定の位置における患者の配置を示す。図3では、ボランティアが磁石のアイソセンターに頭を置いたスキャナーボアに入っています。図 4は、プロセスの初期フェーズで設定されるシステム コンポーネントと接続の概略を示しています。fMRIセッション中に、画像が収集されるだけでなく、磁石ボア内の人が動作しているデバイスの実際のストロークのリアルタイムトレースが得られる。一般的な結果を図 5に示します。制御された空気圧力の使用.......

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ディスカッション

私たちは、新しいロボットデバイスの最新バージョン、MR_CHIROD1、2、8を使用してモータタスクのfMRIを提示します。MR_CHIRODは、慢性脳卒中患者が行うことができる手絞りグリップタスクを実行するように設計されており、以前に研究されている1、2、3、4、5、6、8 。装置はさらにダイナモメーターとして使用され、実験力レベルが正規化される患者の最大グリップ力を測定する。運動皮質の活性.......

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開示事項

著者の誰も開示する矛盾を持っていません。

謝辞

この研究は、国立衛生研究所の国立神経疾患・脳卒中研究所(助成金番号1R01NS105875-01A1)からA.アリア・ジカへの助成金によって支援されました。この作品は、アティヌーラ・A・マルティノス生物医学イメージングセンターで行われました。 ブルース・R・ローゼン博士、博士号、マルティノス・センターのスタッフの皆様のご支援に感謝申し上げます。 クリスチャン・プサテア氏とマイケル・アルマーニ氏の実験への支援に感謝します。 最後に、マイケル・A・モスコヴィッツ博士とローゼン博士が、MR_CHIROD一連のデバイスとそれに関連する脳卒中研究の構想と開発に関する指導を行ってくれたことに感謝します。

....

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
ボールベアリング、ガラスボール付きプラスチック (8)McMaster-Carr6455K97
双方向ロジックレベルコンバータAdafruit395
デュアルLS7366R直交エンコーダバッファSuperDroid ロボットTE-183-002
フェザー M0 WiFi w/ATWINC1500AdafruitAdafruit 3010
フランジナット、グラスファイバー、3/8"-16 (8)McMaster-Carr98945A041
ガロライトロッド、¾”直径、4フィート長いMcMaster-Carr8467K84
各種USB2.0ポートとMATLAB
ロードセル(20kg)RobotshopRB-PHI-119
ロードセルアンプ-HX711Mouser474-SEN-13879
MATLABMathWorks2008バージョン以降、Psychophysics Toolbox
共鳴イメージングスキャナーシーメンSkyra 3T3T フルボディスキャナー BOLDおよびGRAPPA機能付き
MR_CHIRODv3社内特注のプラスチック&3Dプリント構造
オペアンプ開発ボードSchmartboard710-0011-01
パネルマウント電源デルタPMT-D2V100W1AA
プラスチックチューブ&チューブ継手McMaster-Carrさまざまな
パイレックス/グラファイトピストン/シリンダーモジュールAirpot2KS240-3
ネジ、¼"-20、ナイロンMcMaster-Carr&
シャフトカラー。”ダイヤシャフト、ナイロン (2)McMaster-Carr9410T6純正金属クランプネジをプラスチックネジに交換
シールドケーブル (2)US DigitalCA-C5-SH-C5-25
ネジ付きロッド、グラスファイバー、3/8"-16McMaster-Carr91315A010
透過型光学式エンコーダーコードストリップUS DigitalLIN-2000-3.5-0.5
透過型光学式エンコーダーモジュールUSデジタルEM2-0-2000-I
PTFEスリーブベアリングMcMaster-Carr2639T32
ラップトップを備えた任意のラップトップ磁気ス で製造 frac34のための様々な

参考文献

  1. Mintzopoulos, D., et al. Functional MRI of Rehabilitation in Chronic Stroke Patients Using Novel MR-Compatible Hand Robots. The Open Neuroimaging Journal. 2, 94-101 (2008).
  2. Khanicheh, A., Mintzopoulos, D., Weinberg, B., Tzika, A. A., Mavroidis, C.

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再版と許可

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