Uso de un dispositivo de resistencia controlada digitalmente inducida por el pie para la evaluación de imágenes de resonancia magnética funcional en pacientes con paresia del pie

Resumen

La rehabilitación asegurada de los pacientes con accidente cerebrovascular crónico suele ser limitada en el tiempo. El estudio basado en imágenes de la actividad cerebral a partir de las tareas motoras relacionadas con la marcha puede conducir al establecimiento de biomarcadores para medir mejores resultados y justificar la extensión de la terapia personalizada. Se presenta un novedoso dispositivo de movimiento del pie de resistencia variable, compatible con la resonancia magnética, y un protocolo para su uso durante la resonancia magnética funcional.

Resumen

Los déficits neurológicos de un accidente cerebrovascular pueden provocar discapacidades motoras a largo plazo, incluidas las que afectan la marcha al caminar. Sin embargo, la rehabilitación extensa después de un accidente cerebrovascular suele ser limitada en el tiempo. El establecimiento de biomarcadores predictivos para identificar a los pacientes que pueden beneficiarse significativamente de la fisioterapia adicional y demostrar una mejoría es importante para mejorar la calidad de vida de los pacientes. La detección de la remodelación neuroplástica de la región afectada y los cambios en los patrones de actividad excitados al realizar tareas motoras adecuadas podrían tener implicaciones valiosas para la recuperación del accidente cerebrovascular crónico. Este protocolo describe el uso de un dispositivo robótico (MR_COFID) inducido por el pie controlado digitalmente y compatible con la resonancia magnética para presentar una tarea motora del pie personalizada que implica el seguimiento de la trayectoria a sujetos afectados por un accidente cerebrovascular con deterioro de la marcha durante la resonancia magnética funcional (fMRI). En la tarea, la flexión del pie se realiza contra fuerzas de resistencia bidireccionales, que se ajustan a la fuerza del sujeto tanto en la dirección de flexión dorsal como en la flexión plantar, mientras se sigue un metrónomo visual. La resonancia magnética funcional utiliza de forma no invasiva la desoxihemoglobina endógena como agente de contraste para detectar cambios dependientes del nivel de oxigenación de la sangre (BOLD) entre los períodos activo y de reposo durante las pruebas. Las pruebas periódicas repetidas pueden detectar cambios relacionados con la terapia en los patrones de excitación durante la realización de la tarea. El uso de esta técnica proporciona datos para identificar y medir biomarcadores que pueden indicar la probabilidad de que un individuo se beneficie de una rehabilitación más allá de la que se proporciona actualmente a los pacientes con ictus.

Introducción

El uso de métricas cuantitativas derivadas de imágenes cerebrales funcionales y estructurales puede ser más útil y efectivo para el seguimiento del progreso y la predicción de los resultados de la terapia del accidente cerebrovascular que la evaluación de las puntuaciones clínicas, y estas métricas cuantitativas podrían ser útiles para diseñar y mejorar los planes de terapia individualizados ^1,2. El desarrollo de estrategias efectivas y personalizadas que relacionen el entrenamiento motor con una reorganización medible de la actividad neuronal y/o mejoras en la función motora sigue siendo un desafío. En trabajos anteriores, se han desarrollado conocimientos sobre cómo los métodos de neuroimagen funcional y el mapeo cerebral en pacientes afectados por un accidente cerebrovascular crónico pueden mostrar dichos cambios 3,4,5,6,7,8. El examen de la función cerebral en relación con el rendimiento de la prensión manual (que es clave para la autosuficiencia y la calidad de vida del paciente) ha llevado a la expectativa de que esta técnica también podría aplicarse al control del movimiento del pie relacionado con la marcha a través de la evaluación de los patrones topográficos correspondientes de la actividad neuronal y la recuperación de la función. Se ha postulado que la incorporación de mapas funcionales de lesiones basados en resonancias magnéticas puede ayudar a caracterizar los déficits neurológicos con mayor precisión que las evaluaciones clínicas⁹ y que el uso de dispositivos robóticos es más efectivo para la recuperación cerebral que los paradigmas convencionales¹⁰. Los mapas funcionales pueden proporcionar información sobre qué partes de un sistema están funcionando, proporcionando así información que no es evidente a partir de las observaciones clínicas¹¹. El éxito en la rehabilitación del movimiento y la fuerza del pie con la resonancia magnética para pacientes con accidente cerebrovascular facilitará el desarrollo de estrategias de tratamiento personalizadas basadas en métricas de resonancia magnética para una población más amplia con otras afecciones neurológicas.

En el trabajo que se presenta aquí, se describe el uso del dispositivo robótico inducido por el pie compatible con la RM (MR_COFID o dispositivo de pie) durante la exploración de fMRI para examinar los efectos del entrenamiento de las habilidades motoras después de un accidente cerebrovascular en la función cerebral. La motivación para el desarrollo de este dispositivo de pie de resistencia controlada fue la necesidad crítica insatisfecha de rehabilitación del movimiento del pie en pacientes con accidente cerebrovascular. La construcción de un sistema adecuado tanto para la formación en el hogar como en la oficina y para el seguimiento de las respuestas a las actividades de formación basado en la RM crea un enfoque unificado que aborda las limitaciones anteriores tanto en términos de formación como de evaluación.

El MR_COFID (Figura 1A) es una adaptación del dispositivo robótico inducido a mano (MR_CHIRODv2)8,12 compatible con la resonancia magnética ^anterior8,12, que empleaba un actuador de fluido electrorreológico (ERF) para proporcionar una fuerza resistiva controlada dinámicamente en respuesta a un sujeto que agarra y aprieta su mecanismo de mango. El actuador ERF (Figura 1B) es un pistón bidireccional lleno de líquido en el que el ERF de un lado del pistón es forzado por el movimiento del pistón a fluir entre un par de electrodos en un canal, que devuelve el fluido al otro lado del pistón. Cuando se aplica un alto voltaje (HV) a los electrodos, las partículas del aceite de silicona no conductor se alinean y se unen mecánicamente entre sí, aumentando así la viscosidad del fluido y la resistencia al movimiento del dispositivo. En el dispositivo de agarre manual, el actuador se acopla directamente a las manijas de agarre, a una célula de carga para medir la fuerza aplicada y a un codificador óptico para medir el desplazamiento del mango. El nuevo dispositivo de pie transforma la acción lineal del dispositivo de agarre en el desplazamiento angular del pie en flexión dorsal y plantar mediante un mecanismo de deslizador de manivela (Figura 1C). La fuerza de resistencia del actuador ERF se convierte casi en proporción al par de resistencia alrededor de la articulación del tobillo. El movimiento de la manivela del pedal es simétrico alrededor del vector perpendicular al eje del actuador principal, aprovechando así la aproximación de que el ángulo de la manivela y su seno son casi iguales para ángulos pequeños. Como solo las fuerzas de resistencia pueden ser ejercidas por ERF, el sistema es inherentemente seguro; El actuador no puede empujar o tirar activamente del pie, y la fuerza cae a cero cuando el sujeto deja de moverse. La flexión plantar máxima del dispositivo de pie es de 35° y la dorsiflexión máxima es de 18°. Estos valores están dentro del rango de movimiento del pie durante la marcha normal y en condiciones de no soporte de peso^13,14, son casi los mismos que los valores utilizados en otras investigaciones¹⁵, y se encontró durante las pruebas preliminares que cumplen o superan los rangos de movimiento de los sujetos con accidente cerebrovascular en su lado afectado por la lesión y permiten la maximización de las fuerzas resistivas disponibles a través de el mecanismo de transmisión lineal-angular. El dispositivo de agarre original y el mecanismo de movimiento del pie adicional se construyeron con materiales no ferrosos (plástico, aluminio, latón) para la seguridad de la RM.

El actuador ERF emplea campos eléctricos variables, en lugar de magnéticos, para alterar la viscosidad del fluido y, por lo tanto, no se ve afectado por los campos magnéticos del escáner de resonancia magnética. El actuador ERF está encerrado dentro de una carcasa cilíndrica de cobre que está conectada al conductor de blindaje del cable coaxial de alta tensión; este cable está, a su vez, conectado a tierra al panel de penetración de la jaula de Faraday del escáner de resonancia magnética. Esto evita que el ruido potencial de radiofrecuencia del voltaje variable aplicado al actuador afecte al escáner y evita que los campos magnéticos variables del escáner induzcan corrientes en los cables, lo que podría cambiar la viscosidad del ERF. El cable de alta tensión continúa fuera del panel de penetración hasta el amplificador de alta tensión. Se utilizan conectores coaxiales MHV (alto voltaje en miniatura), que brindan seguridad adicional cuando se transportan voltajes de hasta 4 kV (Figura 2).

Los cables separados del codificador óptico y de la célula de carga tienen blindajes que también están conectados a tierra al panel de penetración, evitando así que sus señales (en particular las señales digitales de los canales del codificador) afecten al escáner o a la salida de la célula de carga de pequeño voltaje. Los cables blindados y conectados a tierra fuera del panel de penetración transportan señales al módulo de adquisición de datos (DAQ). La salida de la celda de carga, que utiliza un puente de Wheatstone con compensación de temperatura, es amplificada por un amplificador de instrumentación conectado a los terminales de entrada analógica del DAQ, proporcionando un factor de amplificación de 1.000x.

El módulo DAQ ejecuta el firmware utilizando el lenguaje de scripting Lua (Archivo de codificación suplementario 1). El script cargado en el módulo DAQ se ejecuta a una velocidad de bucle de 500 Hz, y el módulo lee el codificador y la señal de la celda de carga amplificada, convierte las lecturas del sensor en valores de longitud y fuerza, y las almacena en registros de memoria para el acceso y el registro mediante una interfaz de usuario de archivo m (UI; Figura 3) en el portátil host (Archivo de codificación suplementario 2). La computadora portátil host envía los valores de fuerza objetivo para la dorsiflexión y la flexión plantar, los parámetros del controlador de bucle cerrado y los comandos de restablecimiento del codificador a registros de memoria adicionales en el módulo DAQ cuando sea necesario. El script DAQ ejecuta un bucle de control que detecta la dirección del movimiento del pedal para determinar qué fuerza ejercer: dorsiflexión o flexión plantar. A continuación, calcula una tensión de salida proporcional a la diferencia entre los valores de fuerza medidos y objetivo, delimitada por 0 V y 4 V, que es el rango de entrada permitido del amplificador de alta tensión. El ERF responde a la magnitud del campo eléctrico aplicado; invertir el voltaje no reduce la viscosidad por debajo de la del fluido no energizado (sin campo eléctrico), por lo que la salida DAQ está limitada a un mínimo de 0 V. El DAQ cuantifica (resolución de 12 bits) y muestrea (500 Hz) los voltajes analógicos, lo que da como resultado una salida escalonada al amplificador de alta tensión que puede causar componentes de alta frecuencia en la salida de alta tensión debido a los cambios rápidos en cada paso. El amplificador de alta tensión tiene anchos de banda de señal pequeños y grandes de 35 kHz y 8 kHz, respectivamente, por lo que para reducir la posibilidad de que se genere ruido de RF detectable por el escáner, la salida DAQ utiliza un filtro RC de primer orden con una frecuencia de -3 dB a aproximadamente 900 Hz, por lo que las frecuencias más altas casi se eliminan. Además, el dispositivo de pie se coloca fuera del orificio del escáner cerca del pie de la cama, lo que minimiza aún más cualquier interacción entre los sensores del dispositivo, el actuador y el escáner. El amplificador, con una ganancia de 1.000 V/V y una salida máxima de 4 kV, genera campos a través del espacio ERF de hasta 4 kV/mm; aunque el proveedor no informa sobre el voltaje de ruptura del fluido ERF, la viscosidad y otros parámetros se describen hasta este nivel. El cilindro ERF puede ejercer un poco más de 200 N de fuerza cuando está completamente energizado y se mueve a la velocidad objetivo. La longitud del brazo de momento donde la biela se une al pedal es de 56 mm, lo que resulta en un par máximo de aproximadamente 11,2 Nm. Esto es más que suficiente para sujetos con paresia del pie; sin embargo, puede ser dominado por sujetos fuertes y sanos. Los componentes de hardware se enumeran en la Tabla de materiales.

El uso del dispositivo de pie se basa en los paradigmas de entrenamiento y prueba desarrollados con dispositivos de agarre manual anteriores 3,4,5,6,7,8,16 y otros trabajos 11,17,18. En el momento de la publicación, este dispositivo se utilizó con sujetos con accidente cerebrovascular crónico con déficits relacionados con el pie para estudiar los cambios neuroplásticos impulsados por la terapia a través de imágenes de resonancia magnética y evaluaciones cuantitativas del rendimiento.

Como se describe en el protocolo a continuación, los sujetos que se someten a la exploración se acuestan en posición supina en la cama del escáner y sus cabezas se inmovilizan dentro de la bobina del cabezal del escáner y se colocan en el isocentro del escáner. El dispositivo de pie se coloca y se bloquea en su lugar de manera que la pierna examinada del sujeto esté recta y su pie esté atado al pedal correspondiente del dispositivo. De esta manera, doblar el tobillo no provoca empujar o tirar contra el dispositivo, lo que podría cambiar la posición de la cabeza dentro de la bobina. Un marco de espejo se coloca frente a los ojos del sujeto, lo que le permite ver una pantalla de proyección que muestra instrucciones y señales visuales para la tarea motora.

Durante la tarea, el sujeto ve un signo "+" durante los períodos de descanso o un metrónomo visual durante la prueba, en el que un círculo se mueve hacia arriba y hacia abajo en la pantalla (objetivo) y se muestra otro círculo que se mueve bajo el control de la posición del pedal del dispositivo (cursor; Figura 4). Se pide a los sujetos que sigan de cerca el movimiento del objetivo. La velocidad objetivo se determina de modo que la fuerza de reacción viscosa no energizada del dispositivo (las fuerzas viscosas aumentan con el aumento de la velocidad) sea lo suficientemente baja como para que cualquier sujeto la supere, con fuerzas aumentadas aplicadas bajo el control de la computadora.

La robótica se despliega fácilmente, se aplica a diversas discapacidades motoras, tiene una alta fiabilidad de medición y tiene la capacidad de impartir un entrenamiento de alta intensidad¹⁰. Este dispositivo basado en ERF proporciona una fuerza de resistencia controlada digitalmente al sujeto, y este dispositivo es seguro para la RM cuando se combina con componentes no ferrosos/no magnéticos, así como compatible con la RM debido al uso de componentes electrónicos conectados a tierra y blindados¹². Tiene ventajas en relación con los dispositivos relacionados, ya que es portátil y relativamente fácil de usar, lo que significa que se puede usar tanto en entornos clínicos como en el hogar, donde se puede realizar una terapia regular sin los costos relacionados con el viaje o el centro clínico. El dispositivo puede producir resistencia variable en el tiempo controlada por computadora en flexión plantar y dorsiflexión para facilitar la creación de rutinas de rehabilitación específicas para el paciente y, por lo tanto, aborda un vacío en el campo de los dispositivos de rehabilitación disponibles comercialmente.

Existen otros dispositivos de investigación, pero no eran adecuados para la presente investigación por diversas razones. Algunos dispositivos son estáticos, midiendo fuerzas aplicadas isométricamente¹⁹ en lugar de sobre el rango de movimiento (RoM) del sujeto. Los dispositivos basados en elásticos aplican una fuerza creciente con un desplazamiento creciente, en lugar de una resistencia constante sobre el RoM, y deben ajustarse manualmente para cambiar los niveles de fuerza 20,21,22. El uso de pesos fijos y cargas gravitacionales ^15,23 no permite el control computarizado de las cargas o cargas diferentes para la flexión plantar y dorsiflexión. Los dispositivos neumáticos 24,25,26 permiten variaciones de fuerza entre pruebas y una fuerza constante a través de la RoM; sin embargo, las válvulas tendrían que colocarse a una distancia del escáner, por lo que, en general, este dispositivo no podría cambiar rápidamente entre las fuerzas de flexión plantar y dorsiflexión al cambiar la dirección del pie y no tendría las capacidades de respuesta de frecuencia de los actuadores ERF. Los motores electromagnéticos se^{pueden utilizar en} el entorno del escáner, pero sólo extendiendo el mecanismo lo suficiente como para mantener la seguridad y la compatibilidad de la RM, lo que limita la portabilidad y aumenta el riesgo de accidentes en caso de que alguno de los componentes del motor se acerque demasiado al orificio. El sistema hidráulico²⁸ puede ser bidireccional a diferentes niveles de fuerza, pero presenta desafíos similares al uso de motores electromagnéticos en el sentido de que el compresor/controlador (generalmente no compatible con MR) debe estar distante del orificio, lo que limita la portabilidad y la respuesta de frecuencia. El sistema hidráulico se ha combinado con los sistemas ERF^{29 para} que el sistema pueda accionar hacia atrás el efector final (pie o dispositivo de agarre) y proporcionar resistencia isométrica; sin embargo, esta capacidad no fue necesaria para la presente investigación y se agregó a costa del uso de motores hidráulicos no compatibles con MR.

El dispositivo para el pie proporciona una combinación de características que permiten lo siguiente: ejercicios terapéuticos precisos y consistentes de control del pie durante períodos prolongados; la medición de la capacidad de rendimiento motor actual del sujeto y el ajuste de la dificultad de la tarea a medida que avanza la rehabilitación; control en tiempo real y ajuste independiente de la fuerza aplicada tanto en flexión plantar como en dorsiflexión; control remoto y ajuste de la fuerza de resistencia sin interrupciones para el ajuste manual; y seguridad y compatibilidad de RM.

Protocolo

Todos los experimentos fueron aprobados por la Junta de Revisión Institucional del Hospital General de Massachusetts y se realizaron según lo aprobado en el Centro de Imágenes Biomédicas Athinoula A. Martinos. Se obtuvo el consentimiento del sujeto para el uso y el intercambio de datos anonimizados.

NOTA: En el presente estudio, los criterios de inclusión fueron los siguientes: (1) hemiparesia derecha o izquierda con movimiento residual de la pierna debido a un accidente cerebrovascular isquémico/MCA incurrido ≥6 meses antes; (2) una puntuación de³⁰ de 4-5 en la Categoría de Deambulación Funcional (FAC) (el sujeto deambula con un asistente para navegar por escaleras/superficies irregulares o sin la ayuda de un asistente); (3) una puntuación de 5-14 (leve/moderada) de la Escala Nacional de Accidentes Cerebrovasculares de los Institutos Nacionales de Salud (NIHSS)³¹ ; (4) la capacidad de estar de pie durante 5 minutos y caminar 10 m; (5) de 18 a 80 años. Después de las pruebas iniciales, se incluyó un criterio adicional, que consistió en verificar que los sujetos pudieran mover el pedal al menos 5° de movimiento con el pie parético. Se recopilaron datos demográficos, factores de riesgo de accidente cerebrovascular, duración de la terapia física/ocupacional, duración de la estancia hospitalaria durante la etapa aguda, uso de medicamentos, infecciones intercurrentes y complicaciones.

1. Selección y preparación de asignaturas

1. Durante el reclutamiento, reúnase con los sujetos potenciales y pruebe su capacidad para mover los pedales del dispositivo con su pie parético.
   1. Compruebe el ajuste del pie de cada sujeto en los pedales del dispositivo. Para las personas con pies más pequeños, pruebe el ajuste de sus pies cuando use zapatillas de deporte o calzado similar que sea seguro para la resonancia magnética.
   2. Los sujetos que no puedan ejercer suficiente fuerza para mover el pedal a través de un rango de movimiento de al menos 5° con el dispositivo sin energía deben ser excluidos del estudio.
2. Antes de la llegada, indique a los sujetos que traigan el calzado probado si se determinó que es necesario durante la preselección. Registrar la información del sujeto y obtener el consentimiento informado de acuerdo con el protocolo institucional.
3. En cada día de prueba, evalúe a los sujetos para detectar contraindicaciones según lo especificado por la política del centro de resonancia magnética. Obtener exenciones firmadas en casos de sujetos con tatuajes con potencial de irritación y/o sensaciones de ardor y cualquier otra exención específica de la instalación.
4. Indique al sujeto que se ponga una bata/pantalón aprobado por el establecimiento y que espere a que lo llamen a la sala de escáneres. Guarde las pertenencias del sujeto según la política de la instalación. Si se determina que es necesario, instruya al sujeto para que se ponga el calzado.

2. Configuración del dispositivo de pie de resistencia controlada

NOTA: Se recomienda que la realización de los pasos 2.1-2.3 se realice antes de la llegada del sujeto.

1. Montaje en la sala de soporte de resonancia magnética
   1. Coloque la unidad amplificadora de alta tensión con el módulo DAQ adjunto en el suelo cerca del panel de penetración. Enchufe el cable de alimentación de CA en el tomacorriente de pared, conecte el cable coaxial de alta tensión en los terminales del amplificador de alta tensión y en el enchufe coaxial de MHV en el panel de penetración, y conecte el cable del sensor en el enchufe correspondiente en el panel de penetración. Encienda el interruptor de alimentación principal del amplificador de alta tensión.
   2. Conecte el conector USB B del cable USB al módulo DAQ y el conector USB A del cable al cable repetidor USB. Coloque el cable repetidor USB desde la sala de soporte de resonancia magnética hasta la sala de control de resonancia magnética y sujete el cable al piso con cinta adhesiva según sea necesario para evitar que el personal se desplace o que el sujeto deambule por la instalación.
   3. Activar el proyector de la sala de escáner.
2. Configuración en la sala de control de resonancia magnética
   1. Coloque la computadora portátil host del dispositivo de pie junto a la interfaz del escáner de resonancia magnética, conecte la fuente de alimentación y encienda la computadora portátil. Inicie la aplicación MATLAB y cargue el programa de interfaz de usuario (UI).
   2. Conecte el cable USB de la caja de botones/señal de disparo del escáner de resonancia magnética, el cable del proyector de la sala de escáner y el cable repetidor USB a la computadora portátil.
   3. Si no lo ha configurado previamente, ajuste la configuración del monitor del portátil para que la ventana principal se extienda sobre la pantalla del proyector a la derecha de la ventana principal del portátil. Mueva el puntero del mouse fuera del lado derecho de la ventana principal de la computadora portátil y confirme que se mueve al campo de visión de la pantalla del proyector. Mueva el puntero del ratón de nuevo a la ventana principal.
      NOTA: Los formatos de la señal de disparo y del cable del proyector pueden diferir entre las instalaciones. Es posible que sean necesarios adaptadores de vídeo o unidades similares.
3. Configuración en la sala de escáneres
   1. Verifique que la mesa del escáner esté completamente fuera del orificio del escáner y que esté completamente bajada.
   2. Monte una bobina principal en su ranura correspondiente en la mesa del escáner. Retire la sección superior de la bobina y colóquela a un lado. Cubra los cojines de la mesa del escáner y la sección inferior de la bobina principal con una sábana de hospital.
   3. Monte la pantalla del proyector en el orificio en el extremo opuesto de la mesa del escáner.
   4. Inserte dos pares de tornillos de montaje de latón en las ranuras de montaje de la bobina hacia el extremo del pie de la mesa del escáner y coloque el dispositivo de pie entre los pares de tornillos. Fije sin apretar los soportes de retención de plástico a los tornillos y orificios de alineación en la placa base del dispositivo de pie (Figura 1A).
   5. Conecte el sensor y los cables de alta tensión a los enchufes del panel de penetración. Asegúrese de que los cables no estén enrollados alrededor de la mesa o corran el riesgo de pellizcarse o enredarse cuando la mesa se mueva al orificio del escáner. Asegúrese de que el sensor y los cables de alta tensión estén extendidos sin bucles entre el dispositivo de pie y el panel de penetración.
   6. Inicie el programa de interfaz de usuario en la sala de control (ejecute el script de archivo m) y verifique que se hayan establecido comunicaciones entre la computadora portátil host y el módulo DAQ observando el mensaje de confirmación en la interfaz de usuario (Figura 3).
   7. Acepte las proporciones de nivel de fuerza predeterminadas en el cuadro de diálogo inicial de la interfaz de usuario haciendo clic en el botón Aceptar . Espere a que aparezcan y se descarten los diálogos de confirmación y a que aparezca la ventana inicial del gráfico en vivo de fuerza y desplazamiento.
   8. Asegúrese de que, mientras un miembro del personal mueve el pedal del dispositivo de pie a través de su rango de movimiento y otro miembro del personal observa las trazas de fuerza y desplazamiento, la traza de desplazamiento se mueve de -35° a +18° y viceversa y que la traza de fuerza muestre fuerzas positivas para los movimientos en la dirección de la dorsiflexión, fuerzas negativas para los movimientos en la dirección de la flexión plantar, y vuelve a cero en reposo. Esto confirma la función de los sensores, el módulo DAQ, el amplificador de alta tensión y el actuador ERF (Figura 3A).
   9. Si las señales parecen normales, haga clic en Continuar en la ventana del gráfico en vivo y luego en el botón Apagar en el cuadro de diálogo de confirmación. De lo contrario, verifique las conexiones de cable y las conexiones de alimentación, y repita los pasos de configuración según sea necesario.
4. Alineación del sujeto y del dispositivo de pie
   1. Acompañe al sujeto desde la sala de espera hasta la sala de escáneres. Realice un cribado de metales según la política de la instalación para comprobar si hay objetos o implantes no declarados. Proporcione al sujeto tapones protectores para los oídos.
   2. Indique al sujeto que se siente en la mesa y luego que se acueste en posición supina con la cabeza acurrucada en la sección inferior de la bobina de la cabeza. Proporcionar asistencia según sea necesario. Coloque un acolchado entre la cabeza del sujeto y las paredes de la bobina de la cabeza para garantizar que se evite el movimiento de la cabeza durante la toma de imágenes.
   3. Indique al sujeto que estire las piernas. Mueva el dispositivo de pie hacia/lejos del sujeto hasta que sus talones (o los tacones de sus zapatos) descansen en los asientos de los pies del dispositivo de pie. Ajuste aún más para alinear el pivote principal de los pedales con los tobillos del sujeto.
   4. Fije el dispositivo de pie en su lugar con los soportes de retención de plástico y las tuercas de mariposa de plástico.
   5. Indique al sujeto que retire el pie que no se está probando de su pedal y lo apoye ligeramente proximal del dispositivo para el pie. Apoye la pierna no probada con almohadas según sea necesario. Sujete el pie probado en su pedal con correas de retención de velcro, asegurándose de que la bola del pie del sujeto (o la parte delantera del zapato del sujeto) esté en contacto con el pedal.
      NOTA: En el estudio actual, con los sujetos no controlados (accidente cerebrovascular), primero se evaluó el pie afectado por el accidente cerebrovascular. Una vez completada la prueba del pie afectado, ese pie se retiró del pedal y el pie no afectado se montó en el pedal correspondiente utilizando el mismo proceso que en el paso 2.4.5.
   6. Proporcione un dispositivo de alarma de bombilla al sujeto, indíquele que apriete la bombilla para probarla y recuérdele que, en cualquier momento, puede apretar la bombilla para comunicarse con los técnicos.
   7. Eleve la mesa de resonancia magnética a la altura completa para que el sujeto pueda ver la pantalla de proyección a través del conjunto del espejo.
   8. Instale la sección superior de la bobina principal y monte el conjunto del espejo de visualización sobre la bobina principal. Verifique que el sujeto pueda ver la pantalla del proyector claramente en el espejo.

3. Pruebas de fuerza del sujeto

1. Reinicie la interfaz de usuario. Acepte las proporciones de nivel de fuerza predeterminadas, o ajústelas si así lo requiere el protocolo de estudio, y haga clic en el botón Aceptar como se indicó anteriormente. Cuando hayan aparecido las huellas de fuerza/desplazamiento, indique al sujeto que mueva el pie probado lo más lejos posible en la dirección de dorsiflexión y vuelva a la flexión plantar completa tres veces. Verifique que las trazas de desplazamiento y fuerza parezcan normales como se indicó anteriormente. Esto establece el rango de movimiento para la prueba, que puede ser menor que el rango completo del dispositivo de pie (Figura 3A).
2. Si los resultados son aceptables, haga clic en Continuar en la ventana del gráfico en vivo y Sí - Continuar en el cuadro de diálogo de confirmación; haga clic en No-Reintento si el sujeto no siguió correctamente las instrucciones de flexión; o haga clic en Ir a apagar si hay otros problemas y solucione los problemas según sea necesario.
3. Cuando se le presente el cuadro de diálogo de confirmación de fecha/hora, haga clic en Sí - Continuar en el cuadro de diálogo, o haga clic en otras opciones si desea un nombre de archivo diferente o el apagado.
4. Indique al sujeto que mueva su pie probado a la flexión plantar completa y haga clic en OK en el cuadro de diálogo de confirmación. Aparecerá una ventana de instrucciones/metrónomo (etiquetada en la Figura 3). Con el ratón, arrastre esta ventana al campo de visión de la pantalla de proyección y haga clic en Aceptar para confirmar que se ha completado.
5. Verifique que las instrucciones para el tema se muestren en el proyector. Verifique que el pie del sujeto permanezca en flexión plantar completa y haga clic en Aceptar en el cuadro de diálogo correspondiente. El gráfico de la interfaz de usuario cambia a la pantalla del dinamómetro con indicaciones de los puntos de ajuste de la fuerza de resistencia.
6. El metrónomo visual descrito anteriormente aparece en la pantalla de proyección con un círculo sólido que se mueve hacia arriba o hacia abajo en la pantalla a una velocidad constante y un cursor circular abierto controlado por la posición del pedal del dispositivo. Indique al sujeto que mueva el pie para que el cursor siga de cerca el movimiento del objetivo. Si el sujeto puede moverse con éxito a través de su rango completo de movimiento mientras sigue al objetivo, haga clic en (Fd, Fp) + 10 en el gráfico en vivo para aumentar los puntos de ajuste de fuerza tanto para la flexión dorsal como para la flexión plantar (Figura 3B).
7. Observe si el sujeto continúa siguiendo el movimiento del metrónomo con precisión.
   1. Si es así, haga clic en (Fd, Fp) + 10 nuevamente para aumentar ambos puntos de ajuste de fuerza. Si no se puede completar la dorsiflexión pero la flexión plantar continúa siguiendo el movimiento objetivo, haga clic en (Fd, Fp) - 10 una vez y haga clic en Fp + 10 dos veces para reducir la fuerza de resistencia de la dorsiflexión en un paso y aumentar la resistencia plantar en un paso.
   2. Si se ha ajustado la fuerza de dorsiflexión pero el sujeto ya no puede seguir el metrónomo en flexión plantar, haga clic en Fp - 10 una vez y luego haga clic en Continuar en la ventana del gráfico en vivo. Los niveles de fuerza actuales son utilizados por el programa UI como puntos de referencia para las fuerzas proporcionalmente reducidas aplicadas durante la fase de prueba.
   3. Si el punto de ajuste de la fuerza de flexión plantar ha alcanzado la configuración máxima del dispositivo de pie, presione Continuar en el gráfico en vivo y continúe.
      NOTA: El paso 3.7.3 generalmente ocurre para sujetos de control con fuerza normal en las piernas y para la extremidad no afectada en sujetos con accidente cerebrovascular debido a que exceden las capacidades del dispositivo, que está diseñado para concentrarse en la fuerza en la extremidad afectada.
   4. Registre los puntos de ajuste de fuerza (que se muestran a la derecha del gráfico de traza de fuerza) para referencia futura. Haga clic en Sí - Continuar con la opción Continuar con la opción No - Volver a probar para repetir o Apagar si hay otros problemas. Indique al sujeto que mueva el pie probado a un desplazamiento plantar completo y luego que se relaje.
8. Revise el uso de la bombilla de expresión, la secuencia de escaneo y la tarea con el sujeto, y responda cualquier pregunta que el sujeto pueda tener antes del inicio de los escaneos.
9. Indique al sujeto que cierre los ojos durante este paso. Utilice la línea láser de puntos de referencia del escáner para localizar la bobina de la cabeza/posición de la cabeza del sujeto. Mueva la mesa para centrar la cabeza del sujeto dentro del orificio del escáner. Pida al personal que abandone la sala de escáneres y cierre la puerta.

4. Ejecución de la sesión de resonancia magnética y la tarea del dispositivo de pie

1. Realice el registro específico de la instalación del sujeto y cargue el protocolo de escaneo. Notifique al sujeto que comenzará la secuencia de exploración anatómica y que puede relajarse durante esta parte del protocolo, e indíquele que apriete la bombilla para verificar su comprensión. Inicie la exploración anatómica y espere a que se complete.
2. Según las indicaciones de la ventana de diálogo proporcionada por la interfaz de usuario, notifique al sujeto que comenzará la parte del estudio dedicada a la resonancia magnética funcional y el dispositivo de pie, e indíquele que debe asegurarse de que su pie sometido a la prueba esté en flexión plantar completa, que debe devolver el pie a la flexión plantar completa cuando aparezca una cruz de fijación en la pantalla, y que deben seguir el metrónomo visual cuando aparezca. Haga clic en Aceptar en el cuadro de diálogo de instrucciones.
3. Siga las instrucciones que le indican al operador que prepare la computadora de control del escáner para iniciar la parte del protocolo de resonancia magnética funcional. Haga clic en Aceptar en la ventana de diálogo de instrucciones e inicie la secuencia de resonancia magnética funcional. El programa de interfaz de usuario envía automáticamente la configuración de fuerza deseada al módulo DAQ.
   NOTA: En el estudio actual, la tarea del metrónomo visual se realizó tres veces cada una para las extremidades afectadas por un accidente cerebrovascular y no afectadas a niveles de fuerza del 60%, 40% y 20% de los niveles máximos establecidos en el paso 3.7. Los niveles de fuerza se actualizan automáticamente para cada repetición de la prueba.
4. El sujeto ve sus instrucciones que se muestran en la pantalla del proyector. Aparece un signo "+" (cruz de fijación), durante el cual, como se indicó anteriormente, el sujeto descansa.
5. El objetivo visual del metrónomo se muestra con el círculo sólido moviéndose hacia arriba y hacia abajo a velocidad constante. Como se indicó anteriormente, el sujeto mueve su pie probado en flexión dorsal y flexión plantar para hacer que el cursor circular abierto siga al objetivo.
   NOTA: En el presente estudio, las fases de reposo (cruz de fijación) y activa (metrónomo) tenían la misma duración, y el ciclo se repitió siete veces. Durante la fase del metrónomo, hubo dos ciclos de flexión dorsal y flexión plantar a través del rango de movimiento. Estos parámetros se pueden ajustar en el script de la interfaz de usuario para otros estudios. Cada fase de fMRI/metrónomo duró aproximadamente 5 min 40 s.
6. Repita los pasos 4.4 y 4.5 durante un total de siete ciclos, después de los cuales se muestra la cruz de fijación y el sujeto descansa.
7. Repita los pasos 4.2 a 4.6 durante un total de tres ciclos.
8. Ingrese a la sala del escáner de resonancia magnética y cambie el pie montado en el dispositivo de pie según el paso 2.4.5. Repita la sección 3 del protocolo para el segundo pie.
9. Repita la sección 4 del protocolo, omitiendo los pasos 4.1 y 4.8 (registro, exploración anatómica, cambio de pie).
10. Notifique al sujeto que la parte DTI de la exploración comenzará y que puede relajarse durante esta fase del estudio, e indíquele que apriete la bombilla para confirmar su comprensión. Inicie el escaneo DTI y espere a que se complete.

5. Operaciones posteriores a la prueba

1. Saque la mesa y el sujeto del orificio del escáner y baje la mesa. Retire el conjunto del espejo, la sección superior de la bobina del cabezal y el acolchado alrededor de la cabeza del sujeto. Es posible que se deseche la protección para los oídos en este momento.
2. Ayude al sujeto a sentarse y a moverse al área de cambio si es necesario. El sujeto ahora puede volver a ponerse su ropa habitual.
3. Hable con el sujeto, responda cualquier pregunta posterior a la prueba que pueda tener, organice la programación de citas futuras y complete los formularios de pago del estipendio antes de la partida del sujeto.
4. Desmonte y empaque el hardware, y desmonte el dispositivo de tobillo de la mesa del escáner. Desconecte los cables de alta tensión y del sensor del panel de penetración. Desconecte la botonera y los cables del monitor de la computadora portátil host. Empaque el dispositivo de tobillo y los accesorios de soporte en estuches de transporte.
5. Realice el saneamiento específico de la instalación de la mesa del escáner y de las superficies y equipos de trabajo relevantes.
6. Extraiga los datos de las carpetas temporales en el sistema de escáner para el análisis fuera de línea. Realizar procedimientos de cierre de sesión.

Resultados

Los resultados descritos aquí se relacionan con la compatibilidad de RM del dispositivo de pie, un análisis de los resultados típicos de la exploración funcional y notas sobre el dispositivo de pie.

El personal del Centro Athinoula A. Martinos evaluó la seguridad del dispositivo de pie para la resonancia magnética y probó la compatibilidad con la resonancia magnética en un escáner de resonancia magnética de 3 T. Para ensayos maniquí en los que se ut...

Discusión

Pasos críticos
La prueba previa de la capacidad de un sujeto para generar al menos un movimiento mínimo del pedal con su pie parético es crucial. Una puntuación FAC de 4 o 5 y la capacidad de estar de pie durante un período mínimo reflejan la capacidad combinada de un sujeto entre sus extremidades no afectadas y paréticas y no reflejan la capacidad de mover el pie parético por sí solo. En el estudio actual, un objetivo principal fue la estimulación de los ca...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
3T MRI scanner	Siemens Medical Solutions USA, Inc., Malvern, PA	Magnetom Skyra	https://www.siemens-healthineers.com/en-us/magnetic-resonance-imaging/3t-mri-scanner/magnetom-skyra
Data acquisition unit (DAQ)	LabJack Corp., Lakewood, CO	T4	https://labjack.com/news/labjack-t4
High voltage amplifier	Trek, Inc., Lockport, NY	Model 609C-6	https://www.manualsdir.com/manuals/268654/trek-609e-6-high-voltage-power-amplifier.html?page=2&original=1
Matlab	The Mathworks, Ltd., Natick, MA	n/a	https://www.mathworks.com/
USB repeater cable	Tripp Lite, Chicago, IL	U026-10M	https://assets.tripplite.com/product-pdfs/en/u02610m.pdf