Functionele MRI in combinatie met een nieuw, met MRI compatibel, hand-geïnduceerde robot apparaat om revalidatie te evalueren van individuen die herstellen van handgreep tekorten

Geschikte Imaging Metrics kunnen bewaken en voorspellen van de kans op therapie succes in individuen beter dan klinische evaluaties en informatie te verbeteren en individualiseren therapie planning. We hebben ervaring opgedaan met patiënten die herstellen van chronische beroerte^{1,2,3,4,5,6,7,8}. Het ontwikkelen van optimale geïndividualiseerde strategieën die zich richten op hoe motorische training kan beïnvloeden incrementele verbetering hetzij in reorganisatie van de neurale activiteit en/of motorische functie is nog steeds uitdagend. Inzicht in de onderliggende structurele remodellering en re-organisatie processen voor functioneel herstel in de hersenen na neurologische aandoeningen kunnen ons toelaten om de relatie tussen gedistribueerde topografische patronen van neurale activiteit en functioneel herstel via functionele neuroimaging methoden en hersenen mapping te evalueren. Succes zal het ontwikkelen van gepersonaliseerde behandelingsstrategieën geoptimaliseerd voor het opleveren van verbeteringen in de gripsterkte in een brede populatie met neurologische aandoeningen op basis van magnetische resonantie imaging (MRI) Metrics⁹vergemakkelijken.

Hier presenteren we een protocol dat een nieuw ontworpen robot handapparaat gebruikt dat een bestuurbare weerstand biedt waartegen een onderwerp grip geeft en een handvat in Synchrony uitbrengt met een oscillerende visuele stimulans. De MR_CHIROD v3 (MR-compatibele hand-geïnduceerde robot apparaat) is een systeem voor de presentatie van instelbare krachten waartegen aangrijpende en vrijkomende bewegingen worden uitgevoerd, tijdens het meten en opnemen van toegepaste kracht, grip verplaatsing en tijdstempels voor elk gegevenspunt (Figuur 1). Het apparaat is ontworpen om betrouwbare evaluaties van hersenactivatie beelden te bieden tijdens fMRI (functionele magnetische resonantie beeldvorming), die kan worden gebruikt om bloed-zuurstofniveau afhankelijke (VETGEDRUKTE) veranderingen in hersenreacties van patiënten die herstellen van neurologische aandoeningen te evalueren. De heer-compatibiliteit wordt bereikt door het gebruik van volledig non-ferro/niet-magnetische componenten voor de structuur en pneumatische actuator-elementen en afgeschermde sensor/elektronische componenten die op het bed van de scanner zijn geplaatst. Figuur 2 toont het apparaat dat is aangesloten op een Mr scanner bed, en met een onderwerp in de magneet boring grijpen de hendel van de MR_CHIROD v3 (Figuur 3). Interface-en regelcomponenten bevinden zich buiten de MR scanner room (Figuur 4).

Het apparaat wordt gelijktijdig gebruikt met hersen beeldvormingsmethoden om relevante hersen activeringen te beoordelen. Het primaire gebruik van het systeem is om een motorische taak die activeringen van motorische gebieden van de hersenen genereert, die worden gedetecteerd met behulp van fMRI te bieden. Hersenactivatie tijdens het gebruik van de MR_CHIROD tijdens de beeldvorming kan Neuroplasticiteit in neurologische aandoeningen beoordelen. Door het bijhouden van wijzigingen in activeringen in de loop van en na de motorische training met behulp van de MR_CHIROD, kan de voortgang van de motorische revalidatie na een neurologische aandoening die leidt tot motorische tekorten (bijv. een beroerte) worden waargenomen.

De MR_CHIROD v3 kan ook worden gekoppeld aan de tafel, voor gebruik in intra-scan trainingsoefeningen, waarin het onderwerp handvatten en releases in reactie op geschikte visuele stimuli voor perioden van 45 min, drie keer per week tijdens de studie. Onze ervaring met robotisch geleverde trainingen, bewaakt met Imaging, suggereert dat het herstelvenster voor beroerte-patiënten bijvoorbeeld nooit¹kan sluiten.

Onze reden voor het bouwen en gebruiken van een MR-compatibele hand-grip robot is dat Robotic Recovery het potentieel heeft om een grote impact te hebben op de bijzondere waardevermindering vanwege de eenvoudige inzet, toepasbaarheid over verschillende motorische beperkingen, hoge meet betrouwbaarheid en capaciteit om trainings protocollen met hoge intensiteit¹⁰te leveren. Onze MR-compatibele robot kan: (a) worden ingesteld voor onderwerpspecifieke bewegings bewegingen en programmatisch worden aangepast om specifieke kracht niveaus toe te passen; b) de parameters voor controle, meting en registratie van kracht en verplaatsing via een hostcomputer; c) de controleparameters op afstand aanpassen zonder onderbreking van het scannen voor toegang tot de heer scanner kamer of herpositionering van het onderwerp; en (d) gedurende langere tijd nauwkeurig en consistent therapie via trainingsoefeningen te verzorgen.

We zijn op de hoogte van geen commercieel beschikbaar herstel robot apparaat dat kan worden gebruikt met een MR scanner om de handgreep kracht en verplaatsing van het onderwerp te meten tijdens het toepassen van computergestuurde tijd-variërende kracht. Tsekos et al.¹¹ hebben een verscheidenheid van voornamelijk op onderzoek gebaseerde, Mr-compatibele Robotic en revalidatie apparaten, met inbegrip van eerdere iteraties van de MR_CHIROD reeks apparaten beoordeeld. Andere apparaten zijn ontworpen voor het bestuderen van pols beweging, vingerbeweging, isometrische gripsterkte en multi-joint bewegingen. Voor apparaten die actief resistieve of andere krachten leveren, is een verscheidenheid aan met de heer compatibele technologieën gebruikt, waaronder hydraulica, pneumatiek, mechanische koppelingen en electrorheologische vloeistof dempers. Sommige apparaten bevatten meerdere vrijheidsgraden, waaronder een andere uitbreiding van de eerdere MR_CHIROD versies een rotatiegraad van vrijheid en hydraulische kracht toepassing toegevoegd, maar het was niet aangepast voor MR-compatibiliteit¹².

Onze hand-grip-specifieke apparaat heeft de voordelen van draagbaarheid (het wordt regelmatig vervoerd tussen de heer faciliteit en Office-gebaseerde trainings sites), en het vermogen om grote, computergestuurde, tijd wisselende resistieve krachten te produceren. Het huidige gebruik van pneumatische technologie in de MR_CHIROD vermijdt de noodzaak van hoogspannings bronnen die nodig zijn voor elektro-Rheologische vloeistofsystemen, het potentieel voor lekkage van hydraulische vloeistof, en complexe kabel/koppelingen die het interface mechanisme koppelen aan externe voedings-en regelcomponenten.

De MR_CHIROD was het eerste apparaat dat werd gedemonstreerd om te functioneren in combinatie met fMRI voor hersen toewijzing bij beroerte-patiënten¹. Belangrijk is dat de MR_CHIROD v3 vooral handig is voor thuis-of kantoor training, omdat het systeem en de software zijn ontworpen voor gebruik zonder deskundige klinische ondersteuning en met motiverende elementen (“gamification”). Ten opzichte van fysiotherapeut-gefaciliteerde training in een ziekenhuis, Office-of Home-based training is minder duur en handiger, waardoor het makkelijker voor patiënten om zich te houden aan de dagelijkse therapie. Het apparaat, dat al relatief goedkoop is ten opzichte van sommige andere op onderzoek gebaseerde apparaten, kan opnieuw worden ontworpen om de kosten-batenverhouding te verbeteren. Virtual Reality en gamification van training, die beide compatibel zijn met de MR_CHIROD v3, kunnen patiënten betrekken, hun aandacht vergroten tijdens de taak, en de motivatie verbeteren, waardoor de effectiviteit van herstel¹³toeneemt.