機能的近赤外分光法とロボット支援下肢の多関節指差し運動を用いた実験

要約

世界では、6人に1人が一生のうちに脳卒中を発症し、長期的な障害を引き起こすと推定されていますが、そのリハビリテーションメカニズムはまだよくわかっていません。この研究では、機能的近赤外分光法(fNIRS)による脳の活性化を評価するためのプロトコルを提案します 下肢ロボット療法セッション中。

要約

脳卒中は、世界中で毎年約1,700万人が罹患しており、長期的な障害の主な原因となっています。ロボット療法は、脳卒中患者が失われた運動機能を取り戻すのを助けることが期待されています。運動回復がどのように起こるかについての理解を深めるための1つの潜在的な手段は、健康な人の治療の対象となる運動中の脳の活性化を研究することです。機能的近赤外分光法(fNIRS)は、運動機能の神経基盤を調べるための有望な神経イメージング技術として浮上しています。この研究は、健康な被験者における複雑な下肢運動のfNIRS神経相関を調査することを目的としていました。参加者は、運動リハビリテーション用のロボットデバイスを使用して、6分間の休息と運動のサイクルを実行するように求められました。このタスクでは、膝関節と足首関節を協調して動かし、コンピューター画面に表示されたターゲットを指す必要がありました。ロボットによる移動支援のレベルが異なる2つの実験条件が検討されました。その結果、fNIRSプロトコルは、タスク中の運動制御に関連する脳領域を効果的に検出することを示しました。特に、すべての被験者は、補助状態と比較して、補助なしの状態中に反対側の運動前野でより大きな活性化を示しました。結論として、fNIRSは、下肢の多関節ポインティング運動に関連するオキシヘモグロビン濃度の変化を検出するための貴重なアプローチであるように思われます。本研究は、脳卒中の運動回復機構の解明に寄与し、脳卒中患者のリハビリテーション治療の改善に道を開くことが期待されます。しかし、fNIRSの運動機能研究や臨床現場での応用の可能性を十分に解明するには、さらなる研究が必要です。

概要

疫学データによると、世界中で毎年1,700~1,700万人の脳卒中患者が新たに発生しており、低・中所得国で発生率が増加しています¹。新規感染者数は2030年までに7,700万人に増加すると推定され^ています2。脳卒中による運動障害は、患者の可動性や日常生活活動への参加に影響を与えることが多く、生活の質の低下の一因となります。従来の運動リハビリテーションには手技療法が含まれますが、過去数十年の間にリハビリテーション用のロボットシステムが開発されてきました。これらのシステムは、高強度、線量、定量化可能性、信頼性、再現性^{、柔軟性3}で治療を提供することができ、急性および慢性脳卒中患者の両方に効果的なリハビリテーション治療としての可能性を示しています^4,5,6。リハビリテーション用のロボットシステムは、治療を提供するだけでなく、患者の運動学的/運動学的データを測定できるセンサーを装備できるため、評価ツールとして使用することができます^7,8。上肢の運動リハビリテーションでは、このようなデータは、ロボット....

プロトコル

この研究は、UNICEP(Centro Universitario Paulista)の地元の倫理審査委員会によって承認されました。すべての参加者は、人間が関与する科学研究に関するすべての機関のガイドラインと連邦規範に従って、インフォームドコンセントを提供しました。彼らは、ブラジル連邦規制で義務付けられている金銭的補償を受けていませんでした。

1. fNIRSシステム

1. 8つの光源(760 nmおよび850 nm)と8つの光検出器( 図2を参照、光源の位置:FC1、FC2、C3、Cz、C4、CP1、CP2、Pz、検出器の位置(FCz、C1、C2、CPz、P1、P3)の16個のオプトードを使用してキャップを準備します。8番目の検出器を、各ソースオプトードに接続されている短距離アダプターに取り付けます。
2. fNIRS 取得ソフトウェアを開き、各オプトードの配置を含むモンタージュを読み込みます。
3. fNIRS 信号の時間サンプリング レートを 10.17 Hz に設定します。

2.参加者

1. 研究の関連性と実験プロトコルを参加者に簡単に説明します。
2. 参加者がボランティアに同意する場合は、ボランティアが....

ディスカッション

本実証研究では、健常者が下肢リハビリテーションロボットを用いて様々な動きで運動している間に、fNIRSデータを用いて脳活性化マッピングを推論する可能性を検討しました。成人の典型的なfNIRS記録セッションは、6分⁵⁴秒以上です。ただし、リハビリテーションの設定で記録を実行可能にするには、被験者の不必要な疲労と労力を避けるために、実験の全体的な期間を最.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
32 inch Smart TV	Samsung	N/A	TV connected to robot via HDMI cable
8-detector silicon photodiode (SiPD) optodes for optical detection with dual tip	NIRx Medical Technologies (Glen Head, NY, USA)	https://nirx.net/nirsport
8-source optodes bundle for optical illumination with dual tip	NIRx Medical Technologies (Glen Head, NY, USA)	https://nirx.net/nirsport
Aurora acquisition software	NIRx Medical Technologies (Glen Head, NY, USA)	https://nirx.net/nirsport
Laptop Precision XPS 13	Dell Technologies (Round Rock, TX, USA)
nirsLAB fNIRS Analysis software	NIRx Medical Technologies (Glen Head, NY, USA)	https://nirx.net/nirsport
NIRSports2 fNIRS acquisition system	NIRx Medical Technologies (Glen Head, NY, USA)	https://nirx.net/nirsport	It has two different continuous wave optics (760 and 850 nm), 8 dual-ended LED sources and 8 dual-ended active detectors.
R	R-project.org (open source software)	https://www.r-project.org/
Standard cut cap, black color for up to 128 holders.	Easycap GmbH (Wörthsee, Germany)	https://www.easycap.de/
Vivax Assistive Rehabilitation Machine (ARM)	Vivax Ltda (São Paulo, Brazil)	https://vivaxbr.com/home/	It is a portable robot designed to deliver lower limb rehabilitation. It has a 3D reachable workspace and is compact and light, weighing about 35 lb., which makes it easy to transport and to install.