Um experimento usando espectroscopia funcional no infravermelho próximo e movimentos de apontar multi-articulações assistidas por robô do membro inferior

Resumo

Estima-se que 1 em cada 6 indivíduos no mundo terá um acidente vascular cerebral ao longo da vida, causando incapacidade a longo prazo, cujos mecanismos de reabilitação ainda são pouco compreendidos. Este estudo propõe um protocolo para avaliar a ativação cerebral por espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS) durante uma sessão de terapia robótica de membros inferiores.

Resumo

O acidente vascular cerebral (AVC) afeta aproximadamente 17 milhões de indivíduos em todo o mundo a cada ano e é uma das principais causas de incapacidade a longo prazo. A terapia robótica tem se mostrado promissora em ajudar pacientes com AVC a recuperar as funções motoras perdidas. Um caminho potencial para aumentar a compreensão de como a recuperação motora ocorre é estudar a ativação cerebral durante os movimentos que são alvo da terapia em indivíduos saudáveis. A espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS) tem emergido como uma técnica promissora de neuroimagem para examinar os fundamentos neurais da função motora. O objetivo deste estudo foi investigar os correlatos neurais da fNIRS de movimentos complexos de membros inferiores em indivíduos saudáveis. Os participantes foram solicitados a realizar ciclos de repouso e movimento por 6 min usando um dispositivo robótico para reabilitação motora. A tarefa exigia movimentos coordenados das articulações do joelho e tornozelo para apontar para alvos exibidos na tela do computador. Duas condições experimentais com diferentes níveis de assistência ao movimento fornecidas pelo robô foram exploradas. Os resultados mostraram que o protocolo fNIRS detectou efetivamente regiões cerebrais associadas ao controle motor durante a tarefa. Notadamente, todos os indivíduos exibiram maior ativação na área pré-motora contralateral durante a condição sem assistência em comparação com a condição assistida. Em conclusão, a fNIRS parece ser uma abordagem valiosa para detectar alterações na concentração de oxihemoglobina associadas a movimentos de apontamento multiarticular do membro inferior. Esta pesquisa pode contribuir para a compreensão dos mecanismos de recuperação motora do AVC e pode abrir caminho para melhores tratamentos de reabilitação para pacientes com AVC. No entanto, mais pesquisas são necessárias para elucidar completamente o potencial da fNIRS no estudo da função motora e suas aplicações em ambientes clínicos.

Introdução

Dados epidemiológicos indicam que no mundo ocorrem ~17 milhões de novos casos de AVC a cada ano, com aumento da incidência em países de baixa e média^renda1. Estima-se que o número de novos casos aumente para 77 milhões até 2030². O comprometimento motor decorrente do acidente vascular encefálico (AVE) frequentemente afeta a mobilidade e a participação do paciente nas atividades de vida diária, contribuindo para uma baixa qualidade de vida. A reabilitação motora tradicional inclui a terapia manual, mas nas últimas décadas, sistemas robóticos para reabilitação foram desenvolvidos. Esses sistemas podem oferecer terapia em a....

Protocolo

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa local do UNICEP (Centro Universitário Paulista). Todos os participantes assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido, seguindo todas as diretrizes institucionais e normas federais referentes à pesquisa científica envolvendo seres humanos. Eles não receberam nenhuma compensação financeira, como exige a regulamentação federal brasileira.

1. Sistema fNIRS

1. Preparar a tampa utilizando 16 optodes: 8 fontes de luz (760 nm e 850 nm) e 8 detectores de luz (ver Figura 2; localização das fontes: FC1, FC2, C3, Cz, C4, CP1, CP2 e ....

Discussão

Neste estudo de prova de conceito, investigou-se a viabilidade de fazer inferências sobre o mapeamento da ativação cerebral usando dados do fNIRS de indivíduos saudáveis enquanto eles se exercitavam com diferentes tipos de movimentos usando um robô para reabilitação de membros inferiores. As sessões típicas de gravação de fNIRS em adultos são mais longas do que 6 min⁵⁴. No entanto, para viabilizar gravações no contexto de um ambiente de reabilitação, a duração total do experimen.......

Materiais

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.