손 그립 적자에서 회복하는 개인의 재활을 평가하기 위해 새로운 MRI 호환 손 유도 로봇 장치와 함께 기능MRI

요약

우리는 신경학적 적자에서 회복하는 개인의 손 운동 기능을 모니터링하기 위한 유틸리티를 평가하기 위해 새로운 MRI 호환 핸드 유도 로봇 장치를 사용하여 기능적 MRI를 수행했습니다.

초록

기능성 자기 공명 영상(fMRI)은 생체 내에서 뇌 활성화를 이미지화하는 비침습적 자기 공명 영상 기술로, 내인성 데옥시헤모글로빈을 내인성 조영제로 사용하여 혈액 수준의 변화를 감지합니다. 산소화 (굵은 효과). 우리는 fMRI를 새로운 로봇 장치 (MR 호환 손으로 유도 한 로봇 장치 [MR_CHIROD])와 결합하여 스캐너의 사람이 신경 학적 운동 질환을 연구하는 매우 중요한 손 운동인 제어 된 모터 작업, 손으로 짜내는 작업을 실행할 수 있습니다. . 우리는 병렬 이미징(부분적으로 병렬 획득을 일반화하는 일반화 된 자동 교정 [GRAPPA])을 채택하여 더 높은 공간 해상도를 허용하여 BOLD에 대한 감도를 높였습니다. fMRI와 손으로 유도된 로봇 장치의 조합은 참가자가 스캐너에 있는 동안 실행된 작업의 정밀한 제어 및 모니터링을 허용; 이것은 신경학상 적자 (예를 들면, 치기)에서 복구하는 환자에 있는 손 운동 기능의 재활에 있는 유용성의 증명할 수 있습니다. 여기서 우리는 fMRI 검사 중에 MR_CHIROD 현재 프로토타입을 사용하기 위한 프로토콜을 간략하게 설명합니다.

서문

적절한 이미징 메트릭은 임상 평가보다 개인의 치료 성공 가능성을 모니터링하고 예측하고 치료 계획을 개선하고 개별화하는 정보를 제공할 수 있습니다. 우리는 만성 뇌졸중^1,2,3,4,5,6, 7 ,^8에서회복하는 환자와 경험을 개발했습니다. 운동 훈련이 신경 활동 및/또는 운동 기능의 재구성에서 점진적 개선에 영향을 미칠 수 있는 방법에 초점을 맞춘 최적의 개별화된 전략을 개발하는 것은 여전히 어려운 일입니다. 신경 질환 후 뇌의 기능 적 회복을위한 기본 구조 리모델링 및 재구성 프로세스에 대한 통찰력은 기능적 신경 이미징 방법과 뇌 매핑을 통해 신경 활동의 분산 지형 패턴과 기능 적 회복 사이의 관계를 평가 할 수 있습니다. 성공은 자기 공명 영상 (MRI) 메트릭에 기초한 신경학적 조건으로 광범위한 인구에서 그립 강도의

프로토콜

모든 실험은 매사추세츠 종합 병원의 기관 검토 위원회에 의해 승인되었고 생물 의학 이미징을위한 아티놀라 A. Martinos 센터에서 승인된 대로 수행되었습니다.

1. 과목 준비

참고: 포함 기준은 다음과 같습니다 : (i) 오른손 지배, (ii) 서면 동의를 제공하는 능력. 배제는 다음과 같은 자기 공명 환경에서 의반대 지표에 대한 스크리닝에 기초하여 구현되었다: (a) 일상적인 MRI 배제 기준, 예컨대 심박동기 또는 뇌동맥류 클립 및 금속 임플란트 또는 금속 함량의 체내에 존재; (b) 발작의 역사 (c) 밀실 공포증; (d) 임신.

1. 정보에 입각한 동의를 얻으려면 자원봉사자에게 동의서를 읽으십시오. 자원봉사자와 조사관은 모두 동의서에 적정 위치에 로그인합니다. 서명된 동의서 사본 하나를 구도자 기록에 적합한 위치에 남겨 둡니다. 참가자의 기록에 대한 동의서의 두 번째 사본을 보관하십시오.
2. MRI (자기 공명 영상) 금기 표시에 대한 자원 봉사자를 선별합니다. MRI 금기 표시 목록을 작성하고 목록의 각 항목에 대해 문의, 적절한 상자를 선택.
3. 참가자가 외과 동맥류 클립, 심장 박동기, 보철 심장 판막, 신

결과

프로토콜에 설명된 방법론을 통해 자원 봉사자가 자석에서 실시간으로 작업을 수행하는 동안 fMRI 이미지를 수집할 수 있습니다. 실험은 3T 전신 자기 공명 스캐너를 사용하여, 생물 의학 화상 진찰을 위한 매사추세츠 종합 병원 Athinoula A. Martinos 센터의 베이 1 시설에서 수행되었습니다. 도 2 및 도 3은 테이블 상에 MR_CHIROD 배치하고 이를 작동시키고 있는 ...

토론

우리는 새로운 로봇 장치의 최신 버전을 사용하여 모터 작업의 fMRI를 제시, MR_CHIROD^1,2,8. MR_CHIROD 만성 뇌졸중 환자에 의해 수행 될 수있는 손으로 압착 그립 작업을 실행하도록 설계되었으며 이전에 연구된^1,2,3,4,

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ball bearings, plastic with glass balls (8)	McMaster-Carr	6455K97
Bi-directional logic level converter	Adafruit	395
Dual LS7366R Quadrature Encoder Buffer	SuperDroid Robots	TE-183-002
Feather M0 WiFi w/ATWINC1500	Adafruit	Adafruit 3010
Flanged nuts, fiberglass, 3/8”-16 (8)	McMaster-Carr	98945A041
Garolite rod, ¾” dia, 4’ long	McMaster-Carr	8467K84
Laptop	Various		Any laptop with USB2.0 port(s) and MATLAB
Load Cell (20kg)	Robotshop	RB-PHI-119
Load Cell Amplifier- HX711	Mouser	474-SEN-13879
MATLAB	MathWorks		2008 version or later with Psychophysics Toolbox
Magnetic resonance imaging scanner	Siemens	Skyra 3T	3T full body scanner with BOLD and GRAPPA capabilities
MR_CHIRODv3	fabricated in-house		Bespoke plastic & 3D printed structure
Op amp development board	Schmartboard	710-0011-01
Panel Mount Power Supply	Delta	PMT-D2V100W1AA
Plastic tubing & tube fittings	McMaster-Carr	various
Pyrex/graphite piston/cylinder module	Airpot	2KS240-3
Screws, ¼”-20, nylon	McMaster-Carr	various
Shaft Collars for ¾” dia shaft, nylon (2)	McMaster-Carr	9410T6	Stock metal clamping screws replaced with plastic screws
Shielded cables (2)	US Digital	CA-C5-SH-C5-25
Threaded rod, fiberglass, 3/8”-16	McMaster-Carr	91315A010
Transmissive optical encoder code strip	US Digital	LIN-2000-3.5-0.5
Transmissive Optical Encoder Module	US Digital	EM2-0-2000-I
PTFE sleeve bearings	McMaster-Carr	2639T32