JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

إعادة التأهيل المؤمن عليها لمرضى السكتة الدماغية المزمنة محدودة زمنيا بشكل عام. يمكن أن تؤدي الدراسة القائمة على التصوير لنشاط الدماغ من المهام الحركية المرتبطة بالمشي إلى إنشاء مؤشرات حيوية لقياس النتائج المحسنة وتبرير تمديد العلاج المخصص. يتم تقديم جهاز جديد متوافق مع الرنين المغناطيسي ومتغيرة المقاومة لحركة القدم وبروتوكول للاستخدام أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.

Abstract

يمكن أن يؤدي العجز العصبي الناتج عن السكتة الدماغية إلى إعاقات حركية طويلة الأمد ، بما في ذلك تلك التي تؤثر على مشية المشي. ومع ذلك ، فإن إعادة التأهيل المكثفة بعد السكتة الدماغية عادة ما تكون محدودة الوقت. يعد إنشاء مؤشرات حيوية تنبؤية لتحديد المرضى الذين قد يستفيدون بشكل هادف من العلاج الطبيعي الإضافي وإظهار التحسن أمرا مهما لتحسين نوعية حياة المرضى. يمكن أن يكون للكشف عن إعادة تشكيل الأغلاب العصبية للمنطقة المصابة والتغيرات في أنماط النشاط المثارة أثناء أداء المهام الحركية المناسبة آثار قيمة على التعافي من السكتة الدماغية المزمنة. يصف هذا البروتوكول استخدام جهاز آلي مستحث للقدم (MR_COFID) يتم التحكم فيه رقميا ومتوافق مع الرنين المغناطيسي لتقديم مهمة شخصية لحركة القدم تتضمن تتبع المسار للأشخاص المتأثرين بالسكتة الدماغية الذين يعانون من ضعف المشي أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI). في المهمة ، يتم إجراء ثني القدم مقابل قوى مقاومة ثنائية الاتجاه ، والتي يتم ضبطها وفقا لقوة الموضوع في كل من اتجاهي الانثناء الظهري والانثناء الأخمصي ، مع اتباع بندول الإيقاع البصري. يستخدم الرنين المغناطيسي الوظيفي بشكل غير جراحي ديوكسي هيموغلوبين داخلي المنشأ كعامل تباين للكشف عن التغيرات المعتمدة على مستوى أكسجة الدم (BOLD) بين الفترات النشطة وفترات الراحة أثناء الاختبار. يمكن للاختبار الدوري المتكرر اكتشاف التغيرات المتعلقة بالعلاج في أنماط الإثارة أثناء أداء المهمة. يوفر استخدام هذه التقنية بيانات لتحديد وقياس المؤشرات الحيوية التي قد تشير إلى احتمالية استفادة الفرد من إعادة التأهيل بما يتجاوز تلك التي يتم توفيرها حاليا لمرضى السكتة الدماغية.

Introduction

قد يكون استخدام المقاييس الكمية المستمدة من تصوير الدماغ الوظيفي والهيكلي أكثر فائدة وفعالية لتتبع التقدم والتنبؤ بنتائج علاج السكتة الدماغية من تقييم الدرجات السريرية ، ويمكن أن تكون هذه المقاييس الكمية مفيدة في تصميم وتحسين خطط العلاج الفردية1،2. لا يزال تطوير استراتيجيات فعالة وشخصية تربط التدريب الحركي بإعادة تنظيم قابلة للقياس للنشاط العصبي و / أو التحسينات في الوظيفة الحركية أمرا صعبا. في العمل السابق ، تم تطوير رؤى حول كيفية ظهور طرق التصوير العصبي الوظيفية ورسم خرائط الدماغ في المرضى المصابين بالسكتة الدماغية المزمنة مثل هذه التغييرات3،4،5،6،7،8. أدى فحص وظائف المخ فيما يتعلق بأداء قبضة اليد (وهو مفتاح الاكتفاء الذاتي للمريض ونوعية حياته) إلى توقع أنه يمكن تطبيق هذه التقنية أيضا على التحكم في حركة القدم المرتبطة بالمشي من خلال تقييم الأنماط الطبوغرافية المقابلة للنشاط العصبي واستعادة الوظيفة. لقد تم افتراض أن دمج الخرائط الوظيفية للإصابة القائمة على التصوير بالرنين المغناطيسي قد يساعد في توصيف العجز العصبي بشكل أكثر دقة من التقييمات السريرية9 وأن استخدام الأجهزة الروبوتية أكثر فعالية لتعافي الدماغ من النماذج التقليدية10. يمكن أن توفر الخرائط الوظيفية نظرة ثاقبة لأجزاء النظام التي تعمل ، وبالتالي توفير معلومات غير واضحة من الملاحظات السريرية11. سيسهل النجاح في إعادة تأهيل حركة القدم والقوة باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي لمرضى السكتة الدماغية تطوير استراتيجيات علاج مخصصة بناء على مقاييس التصوير بالرنين المغناطيسي لمجموعة أوسع من السكان المصابين بحالات عصبية أخرى.

في العمل المقدم هنا ، تم وصف استخدام الجهاز الآلي الناجم عن القدم المتوافق مع التصوير بالرنين المغناطيسي (MR_COFID أو جهاز القدم) أثناء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لفحص آثار تدريب المهارات الحركية بعد السكتة الدماغية على وظائف الدماغ. كان الدافع وراء تطوير جهاز القدم المقاوم للرقابة هو الحاجة الماسة غير الملباة لإعادة تأهيل حركة القدم في مرضى السكتة الدماغية. إن إنشاء نظام مناسب للتدريب المنزلي والمكتبي وللرصد القائم على الإصلاح والرنين الصحيح للاستجابات لأنشطة التدريب يخلق نهجا موحدا يعالج القيود السابقة من حيث التدريب والتقييم.

MR_COFID (الشكل 1 أ) هو تكيف للجهاز الآلي اليدوي السابق المتوافق مع الرنين المغناطيسي (MR_CHIRODv2) 8،12 ، والذي استخدم مشغل السائل الكهروحراري (ERF) لتوفير قوة مقاومة يتم التحكم فيها ديناميكيا استجابة لموضوع يمسك ويضغط على آلية المقبض الخاصة به. مشغل ERF (الشكل 1 ب) عبارة عن مكبس ثنائي الاتجاه مملوء بالسوائل يتم فيه إجبار ERF على جانب واحد من المكبس بواسطة حركة المكبس على التدفق بين زوج من الأقطاب الكهربائية في قناة ، مما يعيد السائل إلى الجانب الآخر من المكبس. عندما يتم تطبيق جهد عالي (HV) على الأقطاب الكهربائية ، فإن الجسيمات الموجودة في زيت السيليكون غير الموصل تتماشى وترتبط ميكانيكيا ببعضها البعض ، مما يزيد من لزوجة السائل ومقاومة الجهاز للحركة. في جهاز قبضة اليد ، يقترن المشغل مباشرة بمقابض المقبض ، وخلية تحميل لقياس القوة المطبقة ، وجهاز تشفير بصري لقياس إزاحة المقبض. يحول جهاز القدم الجديد الحركة الخطية لجهاز القبضة إلى الإزاحة الزاوية للقدم في الانثناء الظهري والانثناء الأخمصي باستخدام آلية منزلق الكرنك (الشكل 1C). يتم تحويل قوة المقاومة من مشغل ERF بما يتناسب تقريبا مع عزم المقاومة حول مفصل الكاحل. تكون حركة كرنك الدواسة متناظرة حول المتجه العمودي على محور المشغل الرئيسي ، وبالتالي الاستفادة من التقريب القائل بأن زاوية الكرنك وجيبها متساويان تقريبا للزوايا الصغيرة. نظرا لأن قوات المقاومة فقط يمكن أن تمارس بواسطة ERF ، فإن النظام آمن بطبيعته. لا يمكن للمشغل دفع القدم أو سحبها بنشاط ، وتنخفض القوة إلى الصفر عندما يتوقف الموضوع عن الحركة. الحد الأقصى للثني الأخمصي لجهاز القدم هو 35 درجة والحد الأقصى للانثناء الظهري هو 18 درجة. هذه القيم تقع ضمن نطاق حركة القدم أثناء المشي الطبيعي والظروف غير الحاملة للوزن13،14 ، وهي تقريبا نفس القيم المستخدمة في الأبحاث الأخرى15 ، وقد وجد أثناء الاختبار الأولي لتلبية أو تجاوز نطاقات حركة الأشخاص المصابين بالسكتة الدماغية على جانبهم المتأثر بالإصابة وللسماح بتعظيم قوى المقاومة المتاحة عبر آلية النقل الخطي الزاوي. تم بناء جهاز القبضة الأصلي وآلية حركة القدم الإضافية من مواد غير حديدية (بلاستيك ، ألومنيوم ، نحاس) لسلامة MR.

يستخدم مشغل ERF حجالا كهربائية متغيرة ، بدلا من مغناطيسية ، لتغيير لزوجة السوائل ، وبالتالي لا يتأثر بالمجالات المغناطيسية للماسح الضوئي بالرنين المغناطيسي. يتم وضع مشغل ERF داخل غلاف نحاسي أسطواني متصل بموصل الدرع لكابل الجهد العالي المحوري ؛ هذا الكبل ، بدوره ، مؤرض على لوحة الاختراق لقفص فاراداي الخاص بالماسح الضوئي بالرنين المغناطيسي. هذا يمنع ضوضاء التردد اللاسلكي المحتملة من الجهد المتغير المطبق على المشغل من التأثير على الماسح الضوئي ويمنع المجالات المغناطيسية المتغيرة للماسح الضوئي من إحداث تيارات في الكابلات ، مما قد يغير لزوجة ERF. يستمر كابل الجهد العالي خارج لوحة الاختراق إلى مضخم الجهد العالي يتم استخدام موصلات MHV المحورية (الجهد العالي المصغر) ، والتي توفر أمانا إضافيا عند حمل الفولتية حتى 4 كيلو فولت (الشكل 2).

تحتوي الكابلات المنفصلة عن التشفير البصري وخلية الحمل على دروع مؤرضة أيضا على لوحة الاختراق ، مما يمنع إشاراتها (خاصة الإشارات الرقمية من قنوات التشفير) من التأثير على الماسح الضوئي أو خرج خلية تحميل الجهد الصغير. تحمل الكابلات المحمية والمؤرضة خارج لوحة الاختراق إشارات إلى وحدة الحصول على البيانات (DAQ). يتم تضخيم إخراج خلية الحمل ، التي تستخدم جسر ويتستون المعوض بدرجة الحرارة ، بواسطة مضخم أجهزة متصل بأطراف الإدخال التناظرية ل DAQ ، مما يوفر عامل تضخيم 1,000x.

تقوم وحدة DAQ بتشغيل البرامج الثابتة باستخدام لغة البرمجة النصية Lua (ملف الترميز التكميلي 1). يعمل البرنامج النصي الذي تم تحميله على وحدة DAQ بمعدل حلقة يبلغ 500 هرتز ، وتقرأ الوحدة وحدة التشفير وإشارة خلية الحمل المضخمة ، وتحول قراءات المستشعر إلى قيم الطول والقوة ، وتخزنها في سجلات الذاكرة للوصول إليها وتسجيلها بواسطة واجهة مستخدم m-file (واجهة مستخدم ؛ الشكل 3) على الكمبيوتر المحمول المضيف (ملف الترميز التكميلي 2). يرسل الكمبيوتر المحمول المضيف قيم القوة المستهدفة للانثناء الظهري والانثناء الأخمصي ، ومعلمات وحدة التحكم في الحلقة المغلقة ، وأوامر إعادة تعيين التشفير إلى سجلات ذاكرة إضافية على وحدة DAQ عند الحاجة. يقوم البرنامج النصي DAQ بتشغيل حلقة تحكم تكتشف اتجاه حركة الدواسة لتحديد القوة التي يجب ممارستها: الانثناء الظهري أو الانثناء الأخمصي. ثم يحسب جهد خرج يتناسب مع الفرق بين قيم القوة المقاسة والمستهدفة ، يحدها 0 فولت و 4 فولت ، وهو نطاق الإدخال المسموح به لمضخم الجهد العالي يستجيب ERF لحجم المجال الكهربائي المطبق. لا يؤدي عكس الجهد إلى تقليل اللزوجة إلى ما دون اللزوجة السائل غير النشط (بدون مجال كهربائي) ، وبالتالي فإن خرج DAQ يقتصر على حد أدنى 0 فولت. يقوم DAQ بتحديد الفولتية التناظرية (دقة 12 بت) وأخذ عينات (500 هرتز) ، مما ينتج عنه خرج درج إلى مضخم الجهد العالي الذي يمكن أن يتسبب في مكونات عالية التردد في إخراج الجهد العالي بسبب التغيرات السريعة في كل خطوة. يحتوي مضخم الجهد العالي على عرض نطاق ترددي صغير وكبير للإشارة يبلغ 35 كيلو هرتز و 8 كيلو هرتز ، على التوالي ، لذلك لتقليل احتمالية إنشاء ضوضاء التردد اللاسلكي التي يمكن اكتشافها بواسطة الماسح الضوئي ، يستخدم خرج DAQ مرشاح RC من الدرجة الأولى بتردد -3 ديسيبل عند حوالي 900 هرتز ، لذلك يتم التخلص من الترددات الأعلى تقريبا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم وضع جهاز القدم خارج تجويف الماسح الضوئي بالقرب من سفح السرير ، مما يقلل من أي تفاعل بين مستشعرات الجهاز والمشغل والماسح الضوئي. ويولد مكبر الصوت، بكسب قدره 000 1 فولت/فولت وخرج ذروة قدره 4 كيلو فولت، حجالا عبر فجوة ERF تصل إلى 4 كيلو فولت/مم. على الرغم من أن جهد انهيار سائل ERF لم يتم الإبلاغ عنه من قبل البائع ، إلا أن اللزوجة والمعلمات الأخرى موصوفة حتى هذا المستوى. يمكن أن تمارس أسطوانة ERF ما يزيد قليلا عن 200 نيوتن من القوة عند تنشيطها بالكامل وتحريكها بسرعة الهدف. يبلغ طول ذراع اللحظة حيث ينضم قضيب التوصيل إلى الدواسة 56 مم ، مما ينتج عنه عزم دوران أقصى يبلغ حوالي 11.2 نيوتن متر. هذا أكثر من كاف للأشخاص الذين يعانون من شلل جزئي في القدم. ومع ذلك ، يمكن التغلب عليه من خلال الأشخاص الأقوياء والصحيين. يتم سرد مكونات الأجهزة في جدول المواد.

يعتمد استخدام جهاز القدم على نماذج التدريب والاختبار التي تم تطويرها باستخدام أجهزة قبضة اليد السابقة3،4،5،6،7،8،16 وأعمال أخرى11،17،18. في وقت النشر ، تم استخدام هذا الجهاز مع الأشخاص المصابين بالسكتة الدماغية المزمنة الذين يعانون من عجز مرتبط بالقدم لدراسة التغيرات العصبية التي يحركها العلاج عبر كل من التصوير بالرنين المغناطيسي وتقييمات الأداء الكمي.

كما هو موضح في البروتوكول أدناه ، فإن الأشخاص الذين يخضعون للمسح مستلقين على سرير الماسح الضوئي ، ويتم تثبيت رؤوسهم داخل ملف رأس الماسح الضوئي ووضعها في مركز متساوي الماسح الضوئي. يتم وضع جهاز القدم وقفله في مكانه بحيث تكون ساق الشخص المختبرة مستقيمة ، ويتم ربط قدمه بالدواسة المقابلة للجهاز. بهذه الطريقة ، لا يتسبب الانحناء عند الكاحل في دفع أو سحب الجهاز ، مما قد يؤدي إلى تغيير موضع الرأس داخل الملف. يتم وضع إطار المرآة أمام عيني الهدف، مما يسمح له بعرض شاشة عرض تعرض التعليمات والإشارات المرئية للمهمة الحركية.

أثناء المهمة ، يعرض الموضوع إما علامة "+" أثناء فترات الراحة أو بندول الإيقاع المرئي أثناء الاختبار ، حيث تتحرك دائرة واحدة لأعلى ولأسفل على الشاشة (الهدف) ، ويتم عرض دائرة أخرى تتحرك تحت سيطرة موضع دواسة قدم الجهاز (المؤشر ؛ الشكل 4). يطلب من الأشخاص متابعة حركة الهدف عن كثب. يتم تحديد السرعة المستهدفة بحيث تكون قوة رد الفعل اللزجة غير النشطة للجهاز (تزداد القوى اللزجة مع زيادة السرعة) منخفضة بما يكفي لأي شخص للتغلب عليها ، مع زيادة القوى المطبقة تحت سيطرة الكمبيوتر.

يتم نشر الروبوتات بسهولة ، وقابلة للتطبيق عبر مختلف الإعاقات الحركية ، ولديها موثوقية قياس عالية ، ولديها القدرة على تقديم تدريب عاليالكثافة 10. يوفر هذا الجهاز المستند إلى ERF قوة مقاومة يتم التحكم فيها رقميا للموضوع ، وهذا الجهاز آمن للMR عند اقترانه بمكونات غير حديدية / غير مغناطيسية ، بالإضافة إلى متوافق مع MR بسبب استخدام الإلكترونيات المؤرضة والمحمية12. له مزايا بالنسبة للأجهزة ذات الصلة من حيث أنه محمول وسهل الاستخدام نسبيا ، مما يعني أنه يمكن استخدامه في كل من البيئات السريرية والمنزل ، حيث يمكن إجراء العلاج المنتظم دون التكاليف المتعلقة بالسفر أو المنشأة السريرية. يمكن للجهاز أن ينتج مقاومة يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر ومتغيرة بمرور الوقت في الانثناء الأخمصي والانثناء الظهري لتسهيل إنشاء إجراءات إعادة تأهيل خاصة بالمريض ، وبالتالي يعالج فجوة في مجال أجهزة إعادة التأهيل المتاحة تجاريا.

توجد أجهزة بحث أخرى ولكنها لم تكن مناسبة للبحث الحالي لأسباب مختلفة. بعض الأجهزة ثابتة ، وتقيس القوى المطبقة بشكل متساوي القياس19 بدلا من نطاق حركة الشخص (RoM). تطبق الأجهزة المرنة قوة متزايدة مع زيادة الإزاحة ، بدلا من المقاومة المستمرة على RoM ، ويجب تعديلها يدويا لتغيير مستويات القوة20،21،22. لا يسمح استخدام الأوزان الثابتة وتحميل الجاذبية15،23 بالتحكم المحوسب في الأحمال أو الأحمال المختلفة للانثناء الأخمصي والانثناء الظهري. تسمح الأجهزة الهوائية24،25،26 باختلافات القوة بين الاختبارات وقوة ثابتة عبر RoM. ومع ذلك ، يجب وضع الصمامات على مسافة من الماسح الضوئي ، لذلك بشكل عام ، لن يكون هذا الجهاز قادرا على التبديل بين قوى الانثناء الأخمصي والانثناء الظهري بسرعة عند تغيير اتجاه القدم ولن يكون لديه قدرات استجابة التردد لمشغلات ERF. يمكن استخدام المحركات الكهرومغناطيسية27 في بيئة الماسح الضوئي ولكن فقط عن طريق توسيع الآلية بعيدا بما يكفي للحفاظ على سلامة MR وتوافقها ، مما يحد من قابلية النقل ويزيد من خطر وقوع حوادث في حالة اقتراب أي من مكونات المحرك بالقرب من التجويف. يمكن أن تكون المكونات الهيدروليكية28 ثنائية الاتجاه بمستويات قوة مختلفة ولكنها تواجه تحديات مشابهة لاستخدام المحركات الكهرومغناطيسية من حيث أن الضاغط / السائق (عادة ما لا يكون متوافقا مع MR) يجب أن يكون بعيدا عن التجويف ، مما يحد من قابلية النقل واستجابة التردد. تم دمج المكونات الهيدروليكية مع أنظمة ERF29 بحيث يمكن للنظام أن يدفع المستجيب النهائي (جهاز القدم أو المقبض) ويوفر مقاومة متساوية القياس. ومع ذلك ، لم تكن هذه القدرة مطلوبة لهذا البحث وأضيفت على حساب استخدام محركات هيدروليكية غير متوافقة مع MR.

يوفر جهاز القدم مجموعة من الميزات التي تتيح ما يلي: تمارين علاجية دقيقة ومتسقة للتحكم في القدم لفترات طويلة. قياس قدرة الأداء الحركي الحالي للموضوع وتعديل صعوبة المهمة مع استمرار إعادة التأهيل ؛ التحكم في الوقت الحقيقي والتعديل المستقل للقوة المطبقة في كل من الانثناء الأخمصي والانثناء الظهري ؛ التحكم عن بعد وتعديل قوة المقاومة دون انقطاع للضبط اليدوي ؛ وسلامة MR والتوافق.

Protocol

تمت الموافقة على جميع التجارب من قبل مجلس المراجعة المؤسسية في مستشفى ماساتشوستس العام وتم إجراؤها على النحو المعتمد في مركز أثينولا أ. مارتينوس للتصوير الطبي الحيوي. تم الحصول على موافقة الموضوع على استخدام ومشاركة البيانات غير المحددة الهوية.

ملاحظة: في الدراسة الحالية ، كانت معايير التضمين على النحو التالي: (1) شلل نصفي يمين أو يسار مع حركة الساق المتبقية من سكتة دماغية إقفارية / MCA التي حدثت قبل ≥6 أشهر. (2) درجة فئة الإسعاف الوظيفي (FAC)30 من 4-5 (يتنقل الموضوع مع مساعد للتنقل في السلالم / الأسطح غير المستوية أو بدون مساعدة مساعد) ؛ (3) مقياس المعاهد الوطنية للسكتة الدماغية الصحية (NIHSS) 31 درجة 5-14 (خفيفة / معتدلة) ؛ (4) القدرة على الوقوف لمدة 5 دقائق والمشي 10 أمتار ؛ (5) تتراوح أعمارهم بين 18 و 80 عاما. بعد الاختبار الأولي ، تم تضمين معيار إضافي ، والذي تضمن التحقق من أن الأشخاص يمكنهم تحريك الدواسة من خلال 5 درجات على الأقل من الحركة مع القدم البارية. تم جمع البيانات حول التركيبة السكانية ، وعوامل خطر السكتة الدماغية ، ومدة العلاج الطبيعي / المهني ، ومدة الإقامة في المستشفى خلال المرحلة الحادة ، واستخدام الأدوية ، والالتهابات المتشابكة ، والمضاعفات.

1. فحص الموضوع وإعداده

  1. أثناء التجنيد ، قابل الأشخاص المحتملين ، واختبر قدرتهم على تحريك دواسات الجهاز بقدمهم الصغيرة.
    1. تحقق من ملاءمة قدم كل شخص في دواسات قدم الجهاز. بالنسبة للأشخاص ذوي الأقدام الأصغر ، اختبر ملاءمة أقدامهم عند ارتداء أحذية رياضية أو أحذية مماثلة آمنة للتصوير بالرنين المغناطيسي.
    2. يجب استبعاد الأشخاص الذين لا يستطيعون ممارسة القوة الكافية لتحريك الدواسة من خلال نطاق حركة 5 درجات على الأقل مع الجهاز غير نشط من الدراسة.
  2. قبل الوصول ، اطلب من الأشخاص إحضار الأحذية المختبرة إذا تقرر أن ذلك ضروري أثناء الفحص المسبق. تسجيل معلومات الموضوع والحصول على موافقة مستنيرة وفقا للبروتوكول المؤسسي.
  3. في كل يوم اختبار ، قم بفحص الأشخاص بحثا عن موانع على النحو المحدد في سياسة منشأة التصوير بالرنين المغناطيسي. احصل على تنازلات موقعة في حالات الأشخاص الذين لديهم وشم مع احتمال حدوث تهيج و / أو حرقان وأي تنازلات أخرى خاصة بالمنشأة.
  4. اطلب من الشخص التغيير إلى ثوب / بنطلون معتمد من المنشأة والانتظار حتى يتم استدعاؤه إلى غرفة الماسح الضوئي. قم بتخزين متعلقات الشخص وفقا لسياسة المنشأة. إذا تقرر أن تكون هناك حاجة ، اطلب من الشخص ارتداء الأحذية.

2. إعداد جهاز القدم المقاوم للرقابة

ملاحظة: يوصى بإكمال الخطوات 2.1-2.3 قبل وصول الموضوع.

  1. الإعداد في غرفة دعم التصوير بالرنين المغناطيسي
    1. ضع وحدة مضخم الجهد العالي مع وحدة DAQ المرفقة على الأرض بالقرب من لوحة الاختراق. قم بتوصيل سلك طاقة التيار المتردد بمأخذ الحائط ، وقم بتوصيل الكبل المحوري HV بأطراف مضخم الجهد العالي وقابس MHV المحوري على لوحة الاختراق ، وقم بتوصيل كابل المستشعر بالقابس المقابل على لوحة الاختراق. قم بتشغيل مفتاح الطاقة الرئيسي لمضخم الجهد العالي
    2. قم بتوصيل قابس USB B الخاص بكبل USB بوحدة DAQ وقابس USB A للكابل في كابل مكرر USB. ضع كابل مكرر USB من غرفة دعم التصوير بالرنين المغناطيسي إلى غرفة التحكم في التصوير بالرنين المغناطيسي ، واربط الكابل بالأرض باستخدام شريط لاصق حسب الضرورة لمنع الإزاحة من قبل الموظفين أو التنقل الخضع حول المنشأة.
    3. قم بتنشيط جهاز عرض غرفة الماسح الضوئي.
  2. الإعداد في غرفة التحكم بالرنين المغناطيسي
    1. ضع الكمبيوتر المحمول المضيف لجهاز القدم بجوار واجهة ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي ، وقم بتوصيل مصدر الطاقة ، وقم بتشغيل الكمبيوتر المحمول. ابدأ تشغيل تطبيق MATLAB ، وقم بتحميل برنامج واجهة المستخدم (UI).
    2. قم بتوصيل صندوق زر ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي / كابل USB لإشارة الزناد وكابل جهاز عرض غرفة الماسح الضوئي وكابل مكرر USB بالكمبيوتر المحمول.
    3. إذا لم يتم إعداده مسبقا ، فاضبط إعدادات شاشة الكمبيوتر المحمول بحيث يتم تمديد النافذة الرئيسية على شاشة جهاز العرض على يمين نافذة الكمبيوتر المحمول الرئيسية. حرك مؤشر الماوس بعيدا عن الجانب الأيمن من نافذة الكمبيوتر المحمول الرئيسية، وتأكد من أنه ينتقل إلى مجال رؤية شاشة جهاز العرض. حرك مؤشر الماوس مرة أخرى إلى النافذة الرئيسية.
      ملاحظة: قد تختلف تنسيقات إشارة الزناد وكابلات جهاز العرض بين المرافق. قد تكون محولات الفيديو أو الوحدات المماثلة ضرورية.
  3. الإعداد في غرفة الماسحة الضوئية
    1. تحقق من أن طاولة الماسحة الضوئية خارج تجويف الماسحة الضوئية بالكامل وخفضها تماما.
    2. قم بتركيب ملف رأس في الفتحة المقابلة له على طاولة الماسحة الضوئية. قم بإزالة الجزء العلوي من الملف وضعه على الجانب. قم بتغطية وسائد طاولة الماسح الضوئي والجزء السفلي من ملف الرأس بملاءة سرير المستشفى.
    3. قم بتركيب شاشة جهاز العرض في التجويف الموجود في الطرف المقابل من طاولة الماسحة الضوئية.
    4. أدخل زوجين من مسامير التثبيت النحاسية في فتحات تثبيت الملف باتجاه نهاية القدم لطاولة الماسحة الضوئية ، وضع جهاز القدم بين أزواج البراغي. قم بتوصيل أقواس التثبيت البلاستيكية بشكل غير محكم بالبراغي وفتحات المحاذاة في اللوحة الأساسية لجهاز القدم (الشكل 1 أ).
    5. قم بتوصيل المستشعر وكبلات الجهد العالي بالمقابس الموجودة على لوحة الاختراق. تأكد من عدم لف الكابلات حول الطاولة أو معرضة لخطر القرص أو التشابك عند نقل الطاولة إلى تجويف الماسحة الضوئية. تأكد من تمديد المستشعر وكابلات الجهد العالي بدون حلقات بين جهاز القدم ولوحة الاختراق.
    6. ابدأ تشغيل برنامج واجهة المستخدم في غرفة التحكم (قم بتشغيل البرنامج النصي للملف m) ، وتحقق من إنشاء الاتصالات بين الكمبيوتر المحمول المضيف ووحدة DAQ النمطية من خلال مراقبة رسالة التأكيد في واجهة المستخدم (الشكل 3).
    7. اقبل نسب مستوى القوة الافتراضية في مربع حوار واجهة المستخدم الأولي بالنقر فوق الزر موافق . انتظر حتى تظهر مربعات حوار التأكيد وترفض نفسها وتظهر نافذة الرسم البياني المباشر للقوة والإزاحة الأولية.
    8. التأكد من أن أثر الإزاحة يتحرك من -35 درجة إلى +18 درجة وإلى الخلف، بينما يحرك أحد الموظفين دواسة جهاز القدم عبر نطاق حركته ويلاحظ موظف آخر آثار القوة والإزاحة، وأن يظهر تتبع القوة قوى موجبة للحركات في اتجاه الانثناء الظهري، والقوى السالبة للحركات في اتجاه الانثناء الأخمصي، ويعود إلى الصفر في حالة الراحة. هذا يؤكد وظيفة المستشعرات ووحدة DAQ ومكبر الصوت HV ومشغل ERF (الشكل 3 أ).
    9. إذا ظهرت الإشارات طبيعية ، فانقر فوق متابعة في نافذة الرسم البياني المباشر ، ثم زر إيقاف التشغيل في مربع حوار التأكيد. إذا لم يكن الأمر كذلك، فتحقق من توصيلات الكابلات وتوصيلات الطاقة، وأعد خطوات الإعداد حسب الضرورة.
  4. محاذاة الهدف وجهاز القدم
    1. اصطحب الموضوع من غرفة الانتظار إلى غرفة الماسح الضوئي. قم بإجراء فحص المعادن وفقا لسياسة المنشأة للتحقق من وجود أشياء أو غرسات لم يتم الإبلاغ عنها. زود الشخص بسدادات أذن واقية.
    2. اطلب من الشخص الجلوس على الطاولة ثم الاستلقاء مع وضع رأسه في الجزء السفلي من ملف الرأس. تقديم المساعدة حسب الحاجة. قم بتركيب الحشو بين رأس الهدف وجدران ملف الرأس لضمان منع حركة الرأس أثناء التصوير.
    3. اطلب من الموضوع تقويم أرجلهم. حرك جهاز القدم باتجاه / بعيدا عن الهدف حتى يستقر كعب القدم (أو كعب أحذيته) في مقاعد القدم في جهاز القدم. اضبط بشكل أكبر لمحاذاة المحور الرئيسي للدواسات مع كاحلي الهدف.
    4. اربط جهاز القدم في مكانه باستخدام أقواس التثبيت البلاستيكية وصواميل الجناح البلاستيكية.
    5. اطلب من الشخص إزالة القدم التي لم يتم اختبارها من دواستها وإبقائها بالقرب قليلا من جهاز القدم. ادعم الساق غير المختبرة بالوسائد حسب الضرورة. اربط القدم المختبرة بدواسة جهاز القدم باستخدام أحزمة تثبيت بخطاف وحلقة، مما يضمن ملامسة كرة قدم الشخص (أو مقدمة حذاء الهدف) للدواسة.
      ملاحظة: في الدراسة الحالية ، مع الأشخاص غير المعنيين بالسيطرة (السكتة الدماغية) ، تم اختبار القدم المصابة بالسكتة الدماغية أولا. بعد اكتمال اختبار القدم المصابة ، تمت إزالة تلك القدم من الدواسة ، وتم تركيب القدم غير المصابة في الدواسة المقابلة باستخدام نفس العملية كما في الخطوة 2.4.5.
    6. قم بتوفير جهاز إنذار لمبة الضغط للموضوع ، واطلب منه الضغط على المصباح لاختباره ، وتذكير الموضوع بأنه ، في أي وقت ، قد يضغط على المصباح للتواصل مع الفنيين.
    7. ارفع طاولة MR إلى الارتفاع الكامل حتى يتمكن الهدف من رؤية شاشة العرض من خلال مجموعة المرآة.
    8. قم بتثبيت الجزء العلوي من ملف الرأس ، وقم بتركيب مجموعة مرآة الرؤية فوق ملف الرأس. تحقق من أن الهدف يمكنه رؤية شاشة جهاز العرض بوضوح في المرآة.

3. اختبار قوة الموضوع

  1. أعد تشغيل واجهة المستخدم. اقبل نسب مستوى القوة الافتراضية ، أو اضبطها إذا لزم الأمر بروتوكول الدراسة ، وانقر فوق الزر "موافق " على النحو الوارد أعلاه. عندما تظهر آثار القوة / الإزاحة ، اطلب من الشخص تحريك القدم المختبرة إلى أقصى حد ممكن في اتجاه الانثناء الظهري والعودة إلى الانثناء الأخمصي الكامل ثلاث مرات. تحقق من أن آثار الإزاحة والقوة تبدو طبيعية على النحو الوارد أعلاه. هذا يحدد نطاق الحركة للاختبار ، والذي قد يكون أقل من نطاق النطاق الكامل لجهاز القدم (الشكل 3 أ).
  2. إذا كانت النتائج مقبولة ، فانقر فوق متابعة في نافذة الرسم البياني المباشر و نعم - تابع مربع حوار التأكيد. انقر فوق عدم إعادة المحاولة إذا لم يتبع الموضوع تعليمات الانثناء بشكل صحيح ؛ أو انقر فوق الانتقال إلى إيقاف التشغيل إذا كانت هناك مشكلات أخرى ، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها حسب الضرورة.
  3. عند تقديم مربع حوار تأكيد التاريخ / الوقت ، انقر فوق نعم - تابع في مربع الحوار ، أو انقر فوق خيارات أخرى إذا كان اسم ملف مختلف أو إيقاف التشغيل مطلوبا.
  4. اطلب من الشخص تحريك قدمه المختبرة إلى الانثناء الأخمصي الكامل ، وانقر فوق "موافق " في مربع حوار التأكيد. ستظهر نافذة تعليمات / بندول الإيقاع (المسمى في الشكل 3). باستخدام الماوس ، اسحب هذه النافذة إلى مجال رؤية شاشة العرض ، وانقر فوق "موافق " لتأكيد اكتمال ذلك.
  5. تحقق من عرض الإرشادات الخاصة بالموضوع على جهاز العرض. تحقق من بقاء قدم الموضوع في حالة انثناء أخمصي كامل ، وانقر فوق موافق في مربع الحوار المقابل. يتغير الرسم البياني لواجهة المستخدم إلى عرض مقياس الدينامومتر مع مؤشرات على نقاط ضبط قوة المقاومة.
  6. يظهر المسرع المرئي الموصوف أعلاه على شاشة العرض مع دائرة مستهدفة صلبة تتحرك لأعلى أو لأسفل على الشاشة بسرعة ثابتة ومؤشر دائري مفتوح يتحكم فيه موضع دواسة جهاز القدم. اطلب من الشخص تحريك قدمه لجعل المؤشر يتابع حركة الهدف عن كثب. إذا تمكن الموضوع من التحرك بنجاح عبر نطاق حركته الكامل أثناء اتباع الهدف ، فانقر فوق (Fd ، Fp) + 10 على الرسم البياني المباشر لزيادة نقاط ضبط القوة لكل من الانثناء الظهري والانثناء الأخمصي (الشكل 3 ب).
  7. لاحظ ما إذا كان الموضوع يستمر في تتبع حركة المسرع بدقة.
    1. إذا كان الأمر كذلك ، فانقر فوق (Fd ، Fp) + 10 مرة أخرى لزيادة نقطتي ضبط القوة. إذا تعذر إكمال الانثناء الظهري ولكن الانثناء الأخمصي استمر في اتباع الحركة المستهدفة ، فانقر فوق (Fd ، Fp) - 10 مرة واحدة وانقر فوق Fp + 10 مرتين لتقليل قوة مقاومة الانثناء الظهري بخطوة واحدة وزيادة المقاومة الأخمصية بخطوة واحدة.
    2. إذا تم تعيين قوة الانثناء الظهري ولكن لم يعد بإمكان الموضوع تتبع بندول الإيقاع في الانثناء الأخمصي ، فانقر فوق Fp - 10 مرة واحدة ، ثم انقر فوق متابعة في نافذة الرسم البياني المباشر. يتم استخدام مستويات القوة الحالية بواسطة برنامج واجهة المستخدم كنقاط مرجعية للقوى المخفضة نسبيا المطبقة أثناء مرحلة الاختبار.
    3. إذا وصلت نقطة ضبط قوة الانثناء الأخمصي إلى الحد الأقصى لإعداد جهاز القدم ، فاضغط على متابعة في الرسم البياني المباشر ، وتابع.
      ملاحظة: تحدث الخطوة 3.7.3 بشكل عام للأشخاص الضابطين ذوي قوة الساق الطبيعية وللطرف غير المصاب في الأشخاص الخاضعين للسكتة الدماغية نظرا لتجاوزهم لقدرات الجهاز المصمم للتركيز على القوة في الطرف المصاب.
    4. سجل نقاط مجموعة القوة (الموضحة على يمين مخطط تتبع القوة) للرجوع إليها في المستقبل. انقر فوق نعم - تابع للمتابعة ، لا - اختبر مرة أخرى للتكرار ، أو إيقاف التشغيل إذا كانت هناك مشاكل أخرى. اطلب من الشخص تحريك القدم المختبرة إلى الإزاحة الأخمصية الكاملة ثم الاسترخاء.
  8. راجع استخدام لمبة الضغط وتسلسل المسح والمهمة مع الموضوع ، وأجب عن أي أسئلة قد تكون لدى الموضوع قبل بدء عمليات الفحص.
  9. اطلب من الموضوع أن يغمض عينيه خلال هذه الخطوة. استخدم خط الليزر التاريخي الخاص بالماسح الضوئي لتحديد موضع ملف الرأس/رأس الهدف. حرك الطاولة لتوسيط رأس الهدف داخل تجويف الماسحة الضوئية. اطلب من الموظفين مغادرة غرفة الماسح الضوئي وإغلاق الباب.

4. تشغيل جلسة فحص التصوير بالرنين المغناطيسي ومهمة جهاز القدم

  1. قم بإجراء تسجيل خاص بالمنشأة للموضوع ، وقم بتحميل بروتوكول الفحص. أبلغ الشخص بأن تسلسل المسح التشريحي سيبدأ وأنه قد يسترخي خلال هذا الجزء من البروتوكول ، واطلب منه الضغط على المصباح للتحقق من فهمه. ابدأ الفحص التشريحي وانتظر الانتهاء.
  2. وفقا لتوجيهات نافذة الحوار التي توفرها واجهة المستخدم ، أبلغ الموضوع بأن التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي وجزء جهاز القدم من الدراسة سيبدأ ، ووجههم إلى أنه يجب عليهم التأكد من أن قدمهم قيد الاختبار في ثني أخمصي كامل ، وأنه يجب عليهم إعادة قدمهم إلى الانثناء الأخمصي الكامل عند ظهور صليب تثبيت على الشاشة ، وأنه يجب عليهم اتباع المسرع المرئي عند ظهوره. انقر فوق "موافق " في مربع حوار التعليمات.
  3. اتبع التعليمات التي توجه المشغل لإعداد كمبيوتر التحكم في الماسح الضوئي لبدء جزء الرنين المغناطيسي الوظيفي من البروتوكول. انقر فوق "موافق " في نافذة حوار التعليمات ، وابدأ تسلسل الرنين المغناطيسي الوظيفي. يرسل برنامج واجهة المستخدم تلقائيا إعدادات القوة المطلوبة إلى وحدة DAQ.
    ملاحظة: في الدراسة الحالية ، تم تنفيذ مهمة المسرع البصري ثلاث مرات لكل من الأطراف المتأثرة بالسكتة الدماغية وغير المتأثرة بمستويات قوة 60٪ و 40٪ و 20٪ من المستويات القصوى المحددة في الخطوة 3.7. يتم تحديث مستويات القوة تلقائيا لكل تكرار للاختبار.
  4. يعرض الموضوع التعليمات المعروضة على شاشة جهاز العرض. تظهر علامة "+" (صليب التثبيت) ، والتي يستقر خلالها الموضوع ، كما هو موضح سابقا.
  5. يتم عرض هدف المسرع المرئي مع تحرك الدائرة الصلبة لأعلى ولأسفل بسرعة ثابتة. كما هو موضح سابقا ، يحرك الموضوع قدمه المختبرة في الانثناء الظهري والانثناء الأخمصي لجعل المؤشر الدائري المفتوح يتتبع الهدف.
    ملاحظة: في الدراسة الحالية ، كانت المراحل المتبقية (تقاطع التثبيت) والنشطة (المسرع) متساوية في الطول ، وتكررت الدورة سبع مرات. خلال مرحلة المسرع ، كانت هناك دورتان من الانثناء الظهري والانثناء الأخمصي من خلال نطاق الحركة. يمكن تعديل هذه المعلمات في البرنامج النصي لواجهة المستخدم لدراسات أخرى. استمرت كل مرحلة من مراحل التصوير بالرنين المغناطيسي / المسرع حوالي 5 دقائق و 40 ثانية.
  6. كرر الخطوة 4.4 والخطوة 4.5 لما مجموعه سبع دورات ، وبعد ذلك يتم عرض صليب التثبيت ويستقر الموضوع.
  7. كرر الخطوات 4.2-4.6 ليصبح المجموع ثلاث دورات.
  8. ادخل إلى غرفة ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي ، وقم بتبديل القدم المثبتة في جهاز القدم وفقا للخطوة 2.4.5. كرر قسم البروتوكول 3 للقدم الثانية.
  9. كرر القسم 4 من البروتوكول ، متجاوزا الخطوة 4.1 والخطوة 4.8 (التسجيل ، المسح التشريحي ، تبديل القدم).
  10. أبلغ الشخص بأن جزء DTI من الفحص سيبدأ وأنه قد يسترخي خلال هذه المرحلة من الدراسة ، واطلب منه الضغط على المصباح لتأكيد فهمه. ابدأ فحص DTI، وانتظر حتى يكتمل.

5. عمليات ما بعد الاختبار

  1. حرك الجدول والموضوع خارج تجويف الماسحة الضوئية، وقم بخفض الجدول. قم بإزالة مجموعة المرآة وقسم ملف الرأس العلوي والحشو حول رأس الهدف. قد يتم التخلص من حماية الأذن في هذا الوقت.
  2. ساعد الموضوع في وضع الجلوس والانتقال إلى منطقة التغيير إذا لزم الأمر. قد يتغير الموضوع الآن مرة أخرى إلى ملابسه العادية.
  3. تحدث إلى الموضوع ، وقم بمعالجة أي أسئلة ما بعد الاختبار قد تكون لديهم ، وقم بترتيب جدولة المواعيد المستقبلية ، وأكمل نماذج دفع الراتب قبل مغادرة الموضوع.
  4. قم بفك الأجهزة وتعبئتها ، وفك جهاز الكاحل من طاولة الماسحة الضوئية. افصل كبلات الجهد العالي والمستشعر عن لوحة الاختراق. افصل صندوق الأزرار وكابلات الشاشة عن الكمبيوتر المحمول المضيف. قم بتعبئة جهاز الكاحل والأجهزة الداعمة في حقائب الحمل.
  5. إجراء الصرف الصحي الخاص بالمنشأة لطاولة الماسح الضوئي وأسطح العمل والمعدات ذات الصلة.
  6. استخراج البيانات من المجلدات المؤقتة على نظام الماسح الضوئي لتحليلها دون اتصال. تنفيذ إجراءات تسجيل الخروج.

النتائج

تتعلق النتائج الموضحة هنا بتوافق التصوير بالرنين المغناطيسي لجهاز القدم ، وتحليل نتائج المسح الوظيفي النموذجية ، والملاحظات على جهاز القدم.

تم تقييم جهاز القدم للتأكد من سلامة التصوير بالرنين المغناطيسي من قبل موظفي مركز Athinoula A. Martinos وتم اختباره للتأكد ?...

Discussion

الخطوات الحاسمة
يعد الاختبار المسبق لقدرة الشخص على توليد الحد الأدنى من الحركة على الأقل لدواسة القدم بقدمه الجزئية أمرا بالغ الأهمية. تعكس درجة FAC 4 أو 5 والقدرة على الوقوف لفترة ضئيلة القدرة المشتركة للموضوع بين أطرافه غير المتأثرة والنثار ولا تعكس القدرة ع...

Disclosures

لا يوجد لدى أي من المؤلفين تضارب في المصالح للإفصاح عنه.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل بمنحة من المعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية (رقم المنحة 1R01NS105875-01A1) من المعاهد الوطنية للصحة إلى A. Aria Tzika. تم تنفيذ هذا العمل في مركز Athinoula A. Martinos للتصوير الطبي الحيوي. نود أن نشكر المدير الدكتور بروس ر. روزين ، دكتوراه في الطب ، دكتوراه وأعضاء فريق مركز مارتينوس ، والدكتور مايكل موسكوفيتز ، دكتوراه في الطب ، على نصائحهم ودعمهم. أخيرا ، نشكر Virtumed، LLC على تصنيع الجهاز.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
3T MRI scannerSiemens Medical Solutions USA, Inc., Malvern, PAMagnetom Skyrahttps://www.siemens-healthineers.com/en-us/magnetic-resonance-imaging/3t-mri-scanner/magnetom-skyra
Data acquisition unit (DAQ) LabJack Corp., Lakewood, COT4https://labjack.com/news/labjack-t4
High voltage amplifier Trek, Inc., Lockport, NYModel 609C-6https://www.manualsdir.com/manuals/268654/trek-609e-6-high-voltage-power-amplifier.html?page=2&original=1
MatlabThe Mathworks, Ltd., Natick, MAn/ahttps://www.mathworks.com/
USB repeater cableTripp Lite, Chicago, ILU026-10Mhttps://assets.tripplite.com/product-pdfs/en/u02610m.pdf

References

  1. Stinear, C. M., Ward, N. S. How useful is imaging in predicting outcomes in stroke rehabilitation. International Journal of Stroke. 8 (1), 33-37 (2013).
  2. Heiss, W. D. Contribution of neuro-imaging for prediction of functional recovery after ischemic stroke. Cerebrovascular Diseases. 44 (5-6), 266-276 (2017).
  3. Astrakas, L. G., et al. Improving motor function after chronic stroke by interactive gaming with a redesigned MR-compatible hand training device. Experimental and Therapeutic. 21 (3), 245 (2021).
  4. Astrakas, L. G., Li, S., Elbach, S., Tzika, A. A. The severity of sensorimotor tracts degeneration may predict motor performance in chronic stroke patients, while brain structural network dysfunction may not. Frontiers in Neurology. 13, 813763 (2022).
  5. Astrakas, L. G., et al. Peak activation shifts in the sensorimotor cortex of chronic stroke patients following robot-assisted rehabilitation therapy. The Open Neuroimaging Journal. 14 (1), 8-15 (2021).
  6. Mintzopoulos, D., et al. Connectivity alterations assessed by combining fMRI and MR-compatible hand robots in chronic stroke. NeuroImage. 47, T90-T97 (2009).
  7. Mintzopoulos, D., et al. fMRI of rehabilitation in chronic stroke using MR-compatible robots. Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. 16, 3285 (2008).
  8. Mintzopoulos, D., et al. Functional MRI of rehabilitation in chronic stroke patients using novel MR-compatible hand robots. The Open Neuroimaging Journal. 2 (1), 94-101 (2008).
  9. Crafton, K. R., Mark, A. N., Cramer, S. C. Improved understanding of cortical injury by incorporating measures of functional anatomy. Brain. 126 (7), 1650-1659 (2003).
  10. Huang, V. S., Krakauer, J. W. Robotic neurorehabilitation: A computational motor learning perspective. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 6 (1), 5 (2009).
  11. Carey, L. M., Seitz, R. J. Functional neuroimaging in stroke recovery and neurorehabilitation: Conceptual issues and perspectives. International Journal of Stroke. 2 (4), 245-264 (2007).
  12. Khanicheh, A., Mintzopoulos, D., Weinberg, B., Tzika, A. A., Mavroidis, C. MR_CHIROD v.2: Magnetic resonance compatible smart hand rehabilitation device for brain imaging. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 16 (1), 91-98 (2008).
  13. Baggett, B. D., Young, G. Ankle joint dorsiflexion. Establishment of a normal range. Journal of the American Podiatric Medical Association. 83 (5), 251-254 (1993).
  14. de Asla, R. J., Wan, L., Rubash, H. E., Li, G. Six DOF in vivo kinematics of the ankle joint complex: Application of a combined dual-orthogonal fluoroscopic and magnetic resonance imaging technique. Journal of Orthopaedic Research. 24 (5), 1019-1027 (2006).
  15. Hosseini Ghomi, R., Bredella, M. A., Thomas, B. J., Miller, K. K., Torriani, M. Modular MR-compatible lower leg exercise device for whole-body scanners. Skeletal Radiology. 40 (10), 1349-1354 (2011).
  16. Ottensmeyer, M. P., Li, S., De Novi, G., Tzika, A. A. Functional MRI in conjunction with a novel MRI-compatible hand-induced robotic device to evaluate rehabilitation of individuals recovering from hand grip deficits. Journal of Visualized Experiments. (153), e59420 (2019).
  17. Carey, J. R., et al. fMRI analysis of ankle movement tracking training in subject with stroke. Experimental Brain Research. 154 (3), 281-290 (2004).
  18. Dong, Y., Dobkin, B. H., Cen, S. Y., Wu, A. D., Winstein, C. J. Motor cortex activation during treatment may predict therapeutic gains in paretic hand function after stroke. Stroke. 37 (6), 1552-1555 (2006).
  19. Newton, J. M., et al. Reliable assessment of lower limb motor representations with fMRI: Use of a novel MR compatible device for real-time monitoring of ankle, knee and hip torques. NeuroImage. 43 (1), 136-146 (2008).
  20. Francescato, M. P., Cettolo, V. Two-pedal ergometer for in vivo MRS studies of human calf muscles. Magnetic Resonance in Medicine. 46 (5), 1000-1005 (2001).
  21. Doolittle, J. D., et al. Evaluating a novel MR-compatible foot pedal device for unipedal and bipedal motion: Test-retest reliability of evoked brain activity. Human Brain Mapping. 42 (1), 128-138 (2021).
  22. Naimon, N. D., et al. A low-cost Mr compatible ergometer to assess post-exercise phosphocreatine recovery kinetics. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 30 (3), 281-289 (2017).
  23. Raymer, G. H., Allman, B. L., Rice, C. L., Marsh, G. D., Thompson, R. T. Characteristics of a MR-compatible ankle exercise ergometer for a 3.0 T head-only MR scanner. Medical Engineering & Physics. 28 (5), 489-494 (2006).
  24. Meyerspeer, M., Krssak, M., Kemp, G. J., Roden, M., Moser, E. Dynamic interleaved 1H/31P STEAM MRS at 3 Tesla using a pneumatic force-controlled plantar flexion exercise rig. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 18 (5), 257-262 (2005).
  25. Hollnagel, C., et al. Brain activity during stepping: A novel MRI-compatible device. Journal of Neuroscience Methods. 201 (1), 124-130 (2011).
  26. Quistorff, B., Nielsen, S., Thomsen, C., Jensen, K. E., Henriksen, O. A simple calf muscle ergometer for use in a standard whole-body MR scanner. Magnetic Resonance in Medicine. 13 (3), 444-449 (1990).
  27. Ryschon, T. W., et al. A multimode dynamometer for in vivo MRS studies of human skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 79 (6), 2139-2147 (1995).
  28. Sinha, S., Shin, D. D., Hodgson, J. A., Kinugasa, R., Edgerton, V. R. Computer-controlled, MR-compatible foot-pedal device to study dynamics of the muscle tendon complex under isometric, concentric, and eccentric contractions. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 36 (2), 498-504 (2012).
  29. Unluhisarcikli, O., et al. A robotic hand rehabilitation system with interactive gaming using novel electro-rheological fluid based actuators. Proceedings of 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation. IEEE. , 1846-1851 (2010).
  30. Mehrholz, J., Wagner, K., Rutte, K., Meiner, D., Pohl, M. Predictive validity and responsiveness of the Functional Ambulation Category in hemiparetic patients after stroke. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 88 (10), 1314-1319 (2007).
  31. Lyden, P., et al. Underlying structure of the National Institutes of Health Stroke Scale: Results of a factor analysis. Stroke. 30 (11), 2347-2354 (1999).
  32. Alvarez-Perez, M. G., Garcia-Murillo, M. A., Cervantes-Sanchez, J. J. Robot-assisted ankle rehabilitation: a review. Disability and Rehabilitation: Assistive Technology. 15 (4), 394-408 (2020).
  33. Hao, Y., et al. Novel MRI-compatible tactile stimulator for cortical mapping of foot sole pressure stimuli with fMRI. Magnetic Resonance in Medicine. 69 (4), 1194-1199 (2013).
  34. Gallasch, E., et al. Contact force- and amplitude-controllable vibrating probe for somatosensory mapping of plantar afferences with fMRI. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 24 (5), 1177-1182 (2006).
  35. Noble, J. W., Eng, J. J., Boyd, L. A. Bilateral motor tasks involve more brain regions and higher neural activation than unilateral tasks: An fMRI study. Experimental Brain Research. 232 (9), 2785-2795 (2014).
  36. Martinez, M., et al. MRI-compatible device for examining brain activation related to stepping. IEEE Transactions on Medical Imaging. 33 (5), 1044-1053 (2014).
  37. Trinastic, J. P., et al. An fMRI study of the differences in brain activity during active ankle dorsiflexion and plantarflexion. Brain Imaging and Behavior. 4 (2), 121-131 (2010).
  38. de Lima-Pardini, A. C., et al. An fMRI-compatible force measurement system for the evaluation of the neural correlates of step initiation. Scientific Reports. 7 (1), 43088 (2017).
  39. Promjunyakul, N. O., Schmit, B. D., Schindler-Ivens, S. M. A novel fMRI paradigm suggests that pedaling-related brain activation is altered after stroke. Frontiers in Human Neuroscience. 9, 324 (2015).
  40. Zhang, T., et al. An MRI-compatible foot-sole stimulation system enabling characterization of the brain response to walking-related tactile stimuli. Frontiers in Neuroscience. 13, 1075 (2019).
  41. Khanicheh, A., et al. MR compatible ERF-based robotic device for hand rehabilitation after stroke. Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. 13, 1110 (2005).
  42. Khanicheh, A., Mintzopoulos, D., Weinberg, B., Tzika, A. A., Mavroidis, C. MR_CHIROD v.2: A fMRI compatible mechatronic hand rehabilitation device. Proceedings of the 2007 IEEE 10th International Conference on Rehabilitation Robotics. , 883-889 (2007).
  43. Mintzopoulos, D., et al. On-line brain mapping using fMRI and a magnetic resonance compatible hand-induced robotic device (MR_CHIROD). Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. 15, 3330 (2007).
  44. Inpatient Rehabilitation Care. Medicare Available from: https://www.medicare.gov/coverage/inpatient-rehabilitation-care (2023)
  45. Benjamin, E. J., et al. Heart disease and stroke statistics-2017 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 135 (10), e146 (2017).
  46. Astrakas, L. G., Naqvi, S. H., Kateb, B., Tzika, A. A. Functional MRI using robotic MRI compatible devices for monitoring rehabilitation from chronic stroke in the molecular medicine era (Review). International Journal of Molecular Medicine. 29 (6), 963-973 (2012).
  47. Lazaridou, A., et al. Diffusion tensor and volumetric magnetic resonance imaging using an MR-compatible hand-induced robotic device suggests training-induced neuroplasticity in patients with chronic stroke. International Journal of Molecular Medicine. 32 (5), 995-1000 (2013).
  48. Lazaridou, A., et al. fMRI as a molecular imaging procedure for the functional reorganization of motor systems in chronic stroke. Molecular Medicine Reports. 8 (3), 775-779 (2013).
  49. Hyndman, D., Ashburn, A., Stack, E. Fall events among people with stroke living in the community: circumstances of falls and characteristics of fallers. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 83 (2), 165-170 (2002).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

FMRI

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved