Name: functional mri in conjunction with a novel mri-compatible hand-induced robotic device to evaluate rehabilitation of individuals recovering from hand grip deficits
Uploaded: 2019-11-23T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Functional MRI in Conjunction with a Novel MRI-compatible Hand-induced Robotic Device to Evaluate Rehabilitation of Individuals Recovering from Hand Grip Defi

Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium des National Institute of Neurological Disorders and Stroke (Grant-Nummer 1R01NS105875-01A1) der National Institutes of Health an A. Aria Tzika unterstützt. Diese Arbeit wurde am Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging durchgeführt.  Wir danken Direktor Dr. Bruce R. Rosen, M.D., Ph.D. und Mitarbeitern des Martinos Centers für ihre Unterstützung.  Ferner möchten wir Herrn Christian Pusatere und Herrn Michael Armanini für ihre Unterstützung bei der Durchführung von Experimenten danken.  Abschließend danken wir Dr. Michael A. Moskowitz und Dr. Rosen für ihre Anleitung bei der Konzeption und Entwicklung der MR_CHIROD Geräteserie und der damit verbundenen Schlaganfallstudien.

Alle Experimente wurden vom Institutional Review Board am Massachusetts General Hospital genehmigt und am Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging genehmigt.
1. Themenvorbereitung
HINWEIS: Aufnahmekriterien sind: (i) Rechtsbeherrschung, (ii) Die Fähigkeit, schriftlich einzuräumen, ist schriftlich einzuräumen. Der Ausschluss wurde auf der Grundlage eines Screenings auf Kontraindikatoren in der Magnetresonanzumgebung wie die folgenden umge...

<ol>
	<li>Mintzopoulos, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+MRI+of+Rehabilitation+in+Chronic+Stroke+Patients+Using+Novel+MR-Compatible+Hand+Robots.">Functional MRI of Rehabilitation in Chronic Stroke Patients Using Novel MR-Compatible Hand Robots.</a> The Open Neuroimaging Journal. 2, 94-101 (2008).</li><li>Khanicheh, A., Mintzopoulos, D., Weinberg, B., Tzika, A. A., Mavroidis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MR_CHIROD+v.2:+Magnetic+resonance+compatible+smart+hand+rehabilitation+device+for+brain+imaging.">MR_CHIROD v.2: Magnetic resonance compatible smart hand rehabilitation device for brain imaging.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 16 (1), 91-98 (2008).</li><li>Astrakas, L. G., Nagyi, S. H., Kateb, B., Tzika, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+MRI+using+robotic+MRI+compatible+devices+for+monitoring+rehabilitation+from+chronic+stroke+in+the+molecular+medicine+era+(Review).">Functional MRI using robotic MRI compatible devices for monitoring rehabilitation from chronic stroke in the molecular medicine era (Review).</a> IEEE International Journal of Molecular Medicine. 29 (6), 963-973 (2012).</li><li>Lazaridou, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fMRI+as+a+molecular+imaging+procedure+for+the+functional+reorganization+of+motor+systems+in+chronic+stroke.">fMRI as a molecular imaging procedure for the functional reorganization of motor systems in chronic stroke.</a> Molecular Medicine Reports. 8 (3), 775-779 (2013).</li><li>Lazaridou, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+tensor+and+volumetric+magnetic+resonance+imaging+using+an+MR-compatible+hand-induced+robotic+device+suggests+training-induced+neuroplasticity+in+patients+with+chronic+stroke.">Diffusion tensor and volumetric magnetic resonance imaging using an MR-compatible hand-induced robotic device suggests training-induced neuroplasticity in patients with chronic stroke.</a> International Journal of Molecular Medicine. 32 (5), 995-1000 (2013).</li><li>Mintzopoulos, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Connectivity+alterations+assessed+by+combining+fMRI+and+MR-compatible+hand+robots+in+chronic+stroke.">Connectivity alterations assessed by combining fMRI and MR-compatible hand robots in chronic stroke.</a> NeuroImage. 47, T90-T97 (2009).</li><li>Mintzopoulos, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fMRI+Using+GRAPPA+EPI+with+High+Spatial+Resolution+Improves+BOLD+Signal+Detection+at+3T.">fMRI Using GRAPPA EPI with High Spatial Resolution Improves BOLD Signal Detection at 3T.</a> The Open Magnetic Resonance Journal. 2, 57-70 (2009).</li><li>Khanicheh, A., Mintzopoulos, D., Weinberg, B., Tzika, A. A., Mavroidis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+Electrorheological+Fluid+Dampers+for+Applications+at+3-Tesla+MRI+Environment.">Evaluation of Electrorheological Fluid Dampers for Applications at 3-Tesla MRI Environment.</a> IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 13 (3), 286-294 (2008).</li><li>Babaiasl, M., Mahdioun, S. H., Jaryani, P., Yazdani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+technological+and+clinical+aspects+of+robot-aided+rehabilitation+of+upper-extremity+after+stroke.">A review of technological and clinical aspects of robot-aided rehabilitation of upper-extremity after stroke.</a> Disability and Rehabilitation Assistive Technology. 11 (4), 263-280 (2016).</li><li>Huang, V. S., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+neurorehabilitation:+a+computational+motor+learning+perspective.">Robotic neurorehabilitation: a computational motor learning perspective.</a> Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 6, 5 (2009).</li><li>Tsekos, N., Khanicheh, A., Christoforou, E., Mavroidis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+Resonance-Compatible+Robotic+and+Mechatronics+Systems+for+Image-Guided+Interventions+and+Rehabilitation:+A+Review+Study.">Magnetic Resonance-Compatible Robotic and Mechatronics Systems for Image-Guided Interventions and Rehabilitation: A Review Study.</a> Annual Review of Biomedical Engineering. 9, 351-387 (2007).</li><li>Sivak, M., Unluhisarcikli, O., Weinberg, B., Mirelman-Harari, A., Bonato, P., Mavroidis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Haptic+system+for+hand+rehabilitation+integrating+an+interactive+game+with+an+advanced+robotic+device.">Haptic system for hand rehabilitation integrating an interactive game with an advanced robotic device.</a> Proceedings of IEEE Haptics Symposium. , (2010).</li><li>Colombo, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+strategies+to+improve+patient+motivation+during+robot-aided+rehabilitation.">Design strategies to improve patient motivation during robot-aided rehabilitation.</a> Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 4 (1), 3 (2007).</li><li>Unluhisarcikli, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Robotic+Hand+Rehabilitation+System+with+Interactive+Gaming+Using+Novel+Electro-Rheological+Fluid+Based+Actuators.">A Robotic Hand Rehabilitation System with Interactive Gaming Using Novel Electro-Rheological Fluid Based Actuators.</a> Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation. , (2010).</li></ol>

Wir präsentieren fMRI einer Motoraufgabe mit der neuesten Version eines neuartigen Robotergeräts, dem MR_CHIROD1,2,8. Die MR_CHIROD wurde entwickelt, um eine handdrückende Griffaufgabe auszuführen, die von chronischen Schlaganfallpatienten durchgeführt werden kann und wurde zuvor1,2,3,4,</sup...

Geeignete bildgebende Metriken können die Wahrscheinlichkeit eines Therapieerfolgs bei Personen besser überwachen und vorhersagen als klinische Bewertungen und Informationen liefern, um die Therapieplanung zu verbessern und zu individualisieren. Wir haben Erfahrungen mit Patienten entwickelt, die sich von chronischem Schlaganfallerholen 1,2,3,4,5,6,7,8. Die Entwicklung optimaler individualisierter Strategien, die sich darauf konzentrieren, wie motorische Training die inkrementelle Verbesserung beeinflussen kann, entweder bei der Reorganisation der neuronalen Aktivität und/oder der motorischen Funktion, ist immer noch eine Herausforderung. Einblicke in die zugrunde liegenden strukturellen Umbau- und Reorganisationsprozesse für die funktionelle Erholung im Gehirn nach neurologischen Erkrankungen können es uns ermöglichen, die Beziehung zwischen verteilten topografischen Mustern neuronaler Aktivität und funktioneller Erholung über funktionelle Neuroimaging-Methoden und Gehirnkartierung zu bewerten. Der Erfolg wird die Entwicklung personalisierter Behandlungsstrategien erleichtern, die optimiert sind, um Verbesserungen der Grifffestigkeit in einer breiten Bevölkerung mit neurologischen Bedingungen basierend auf Magnetresonanztomographie-Metriken (MRT) zu erzielen9.
Hier stellen wir ein Protokoll vor, das ein neu gestaltetes Roboterhandgerät verwendet, das eine steuerbare Widerstandskraft bietet, gegen die ein Subjekt einen Griff und einen Griff synchron mit einem oszillierenden visuellen Stimulus löst. Die MR_CHIROD v3 (MR-kompatibles Hand-Induced RObotic Device) ist ein System zur Darstellung einstellbarer Kräfte, gegen die Greif- und Löstbewegungen durchgeführt werden, während die Messung und Aufzeichnung der angewendeten Kraft, Griffverschiebung und Zeitstempel für jeden Datenpunkt (Abbildung 1) durchgeführt werden. Das Gerät wurde entwickelt, um zuverlässige Bewertungen von Gehirnaktivierungsbildern während der fMRI (funktionelle Magnetresonanztomographie) zu liefern, die verwendet werden kann, um blutsauerstoffabhängige (BOLD) Veränderungen in den Hirnreaktionen von Patienten zu bewerten, die sich von neurologischen Störungen erholen. Die MR-Kompatibilität wird durch den Einsatz von vollständig nichteisen-nichtmagnetischen Komponenten für die Struktur- und pneumatischen Aktuatorelemente sowie abgeschirmte Sensor-/Elektronikkomponenten erreicht, die auf dem Scannerbett positioniert sind. Abbildung 2 zeigt das Gerät, das an einem MR-Scannerbett befestigt ist und mit einem Motiv in der Magnetbohrung den Griff des MR_CHIROD v3 greift (Abbildung 3). Schnittstellen- und Steuerungskomponenten befinden sich außerhalb des MR-Scannerraums (Abbildung 4).
Das Gerät wird gleichzeitig mit Bildgebungsmethoden des Gehirns verwendet, um relevante Gehirnaktivierungen zu bewerten. Die primäre Verwendung des Systems ist es, eine motorische Aufgabe bereitzustellen, die Aktivierungen der Motorbereiche des Gehirns erzeugt, die mit fMRI erkannt werden. Die Aktivierung des Gehirns während der Verwendung der MR_CHIROD während der Bildgebung kann die Neuroplastizität bei neurologischen Erkrankungen beurteilen. Durch die Verfolgung von Veränderungen der Aktivierungen im Laufe und nach dem motorischen Training mit dem MR_CHIROD können Fortschritte bei der motorischen Rehabilitation nach neurologischen Erkrankungen beobachtet werden, die zu motorischen Defiziten (z. B. Schlaganfall) führen.
Die MR_CHIROD v3 kann auch tischmontiert werden, für den Einsatz in Intra-Scan-Trainingsübungen, bei denen das Subjekt in Reaktion auf geeignete sehische Reize für Zeiträume von 45 min, dreimal pro Woche während des Studiums greift und freisetzt. Unsere Erfahrungen mit robotisch geliefertem Training, das mit Bildgebung überwacht wird, legen nahe, dass das Erholungsfenster für Schlaganfallpatienten beispielsweise nie schließen kann1.
Unsere Begründung für den Bau und Einsatz eines MR-kompatiblen Handgriffroboters ist, dass die Roboter-Recovery das Potenzial hat, aufgrund seiner einfachen Bereitstellung, Anwendbarkeit über verschiedene Motorbeeinträchtigungen, hohe Messzuverlässigkeit und die Fähigkeit, hochintensive Trainingsprotokolle zu liefern, einen großen Einfluss auf Beeinträchtigungen zu erzeugen10. Unser MR-kompatibler Roboter kann: (a) auf fachspezifische Bewegungsbereiche eingestellt und programmgesteuert an die Anwendung fachspezifischer Kraftstufen angepasst werden; b) Kontroll-, Mess- und Aufzeichnungskraft- und Verschiebungsparameter über einen Hostcomputer; c) die Steuerungsparameter aus der Ferne anzupassen, ohne dass das Scannen unterbrochen werden muss, um zugang zum MR-Scannerraum zu erhalten oder das Motiv neu zu positionieren; und (d) über Trainingsübungen präzise und konsequent über längere Zeiträume zu therapeutischen.
Uns ist kein kommerziell erhältliches Wiederherstellungsrobotergerät bekannt, das mit einem MR-Scanner verwendet werden kann, um die Handgriffkraft und -verschiebung des Motivs zu messen und dabei computergesteuerte zeitabhängige Kraft anzuwenden. Tsekos et al.11 haben eine Vielzahl von forschungsbasierten, MR-kompatiblen Roboter- und Rehabilitationsgeräten überprüft, einschließlich früherer Iterationen der MR_CHIROD Geräteserie. Andere Geräte wurden für die Untersuchung von Handgelenkbewegung, Fingerbewegung, isometrischer Grifffestigkeit und Mehrgelenkbewegungen entwickelt. Für Geräte, die aktiv Widerstands- oder andere Kräfte bereitstellen, wurden eine Vielzahl von MR-kompatiblen Technologien eingesetzt, darunter Hydraulik, Pneumatik, mechanische Verbindungen und elektrorheologische Flüssigkeitsdämpfer. Einige Geräte enthalten mehrere Freiheitsgrade, einschließlich einer weiteren Erweiterung der früheren MR_CHIROD Versionen einen Rotationsgrad der Freiheit und hydraulische KraftAnwendung hinzugefügt, aber es wurde nicht für MR-Kompatibilität12angepasst.
Unser handgriffspezifisches Gerät hat die Vorteile der Portabilität (es wird regelmäßig zwischen der MR-Einrichtung und bürobasierten Trainingsstandorten transportiert) und der Fähigkeit, große, computergesteuerte, zeitverändernde Widerstandskräfte zu erzeugen. Der aktuelle Einsatz der pneumatischen Technologie in der MR_CHIROD vermeidet die Notwendigkeit von Hochspannungsquellen, die für elektrorheologische Flüssigkeitssysteme erforderlich sind, das Potenzial für Leckagen von Hydraulikflüssigkeit und komplexe Kabel/Verbindungen, die den Schnittstellenmechanismus mit externen Strom- und Steuerkomponenten verbinden.
Die MR_CHIROD war das erste Gerät, das in Verbindung mit fMRI für die Gehirnkartierung beiSchlaganfallpatienten1 funktionierte. Wichtig ist, dass die MR_CHIROD v3 besonders für home- oder office-basierte Schulungen nützlich ist, da das System und seine Software für den Einsatz ohne fachkundige klinische Unterstützung und mit motivierenden Elementen ("Gamification") konzipiert wurden. Im Vergleich zum Physiotherapeuten-erleichterten Training in einem Krankenhaus ist büro- oder häusliches Training kostengünstiger und bequemer, was es den Patienten erleichtert, sich an die tägliche Therapie zu halten. Das Gerät, das im Vergleich zu einigen anderen forschungsbasierten Geräten bereits relativ kostengünstig ist, kann überarbeitet werden, um das Kosten-Nutzen-Verhältnis zu verbessern. Virtuelle Realität und Gamification von Schulungen, die beide mit dem MR_CHIROD v3 kompatibel sind, können Patienten ansprechen, ihre Aufmerksamkeit während der Aufgabe erhöhen und die Motivation verbessern, wodurch die Wirksamkeit der Genesung erhöht wird13.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ball bearings, plastic with glass balls (8)</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>6455K97</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bi-directional logic level converter</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>395</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dual LS7366R Quadrature Encoder Buffer</td>
			<td>SuperDroid Robots</td>
			<td>TE-183-002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Feather M0 WiFi w/ATWINC1500</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>Adafruit 3010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flanged nuts, fiberglass, 3/8&#8221;-16 (8)</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>98945A041</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Garolite rod, &#190;&#8221; dia, 4&#8217; long</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8467K84</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laptop</td>
			<td>Various</td>
			<td></td>
			<td>Any laptop with USB2.0 port(s) and MATLAB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Load Cell (20kg)</td>
			<td>Robotshop</td>
			<td>RB-PHI-119</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Load Cell Amplifier- HX711</td>
			<td>Mouser</td>
			<td>474-SEN-13879</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td>2008 version or later with Psychophysics Toolbox</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic resonance imaging scanner</td>
			<td>Siemens</td>
			<td>Skyra 3T</td>
			<td>3T full body scanner with BOLD and GRAPPA capabilities</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR_CHIRODv3</td>
			<td>fabricated in-house</td>
			<td></td>
			<td>Bespoke plastic &#38; 3D printed structure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Op amp development board</td>
			<td>Schmartboard</td>
			<td>710-0011-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Panel Mount Power Supply</td>
			<td>Delta</td>
			<td>PMT-D2V100W1AA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic tubing &#38; tube fittings</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>various</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyrex/graphite piston/cylinder module</td>
			<td>Airpot</td>
			<td>2KS240-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screws, &#188;&#8221;-20, nylon</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>various</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaft Collars for &#190;&#8221; dia shaft, nylon (2)</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>9410T6</td>
			<td>Stock metal clamping screws replaced with plastic screws</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shielded cables (2)</td>
			<td>US Digital</td>
			<td>CA-C5-SH-C5-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Threaded rod, fiberglass, 3/8&#8221;-16</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>91315A010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmissive optical encoder code strip</td>
			<td>US Digital</td>
			<td>LIN-2000-3.5-0.5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmissive Optical Encoder Module</td>
			<td>US Digital</td>
			<td>EM2-0-2000-I</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE sleeve bearings</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>2639T32</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

functional mri in conjunction with a novel mri-compatible hand-induced robotic device to evaluate rehabilitation of individuals recovering from hand grip deficits

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) ist eine nicht-invasive Magnetresonanztomographie-Technik, die die Aktivierung des Gehirns in vivo abbildt und endogenes Desoxyhämoglobin als endogenes Kontrastmittel verwendet, um Veränderungen in blutniveauabhängigen Sauerstoffversorgung (BOLD-Effekt). Wir kombinierten fMRI mit einem neuartigen Robotergerät (MR-kompatibles handinduziertes Robotergerät [MR_CHIROD]), so dass eine Person im Scanner eine kontrollierte Motoraufgabe ausführen kann, das Handdrücken, eine sehr wichtige Handbewegung, um bei neurologischen motorischen Erkrankungen zu studieren. . Wir verwendeten parallele Bildgebung (generalisierte automatische Kalibrierung teilweise parallele Erfassungen [GRAPPA]), die eine höhere räumliche Auflösung ermöglichten, was zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber BOLD führte. Die Kombination von fMRI mit dem handinduzierten Robotergerät ermöglichte eine präzise Steuerung und Überwachung der Aufgabe, die ausgeführt wurde, während sich ein Teilnehmer im Scanner befand; Dies kann sich bei der Rehabilitation der handmotorischen Funktion bei Patienten, die sich von neurologischen Defiziten (z. B. Schlaganfall) erholen, als nützlich erweisen. Hier beschreiben wir das Protokoll zur Verwendung des aktuellen Prototyps der MR_CHIROD während eines fMRI-Scans.

Die im Protokoll beschriebene Methodik ermöglicht die Sammlung von fMRI-Bildern, während der Freiwillige die Aufgabe in Echtzeit im Magneten ausführt. Die Experimente wurden in der Bay 1-Anlage des Massachusetts General Hospital Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging mit einem 3T-Vollkörper-Magnetresonanzscanner durchgeführt. Abbildung 2 und Abbildung 3 zeigen die Platzierung der MR_CHIROD auf dem Tisch und des Patienten an Ort und Stelle, der ...

Watch this Scientific Journal Video about Functional MRI in Conjunction with a Novel MRI-compatible Hand-induced Robotic Device to Evaluate Rehabilitation of Individuals Recovering from Hand Grip Defi

Functional MRI in Conjunction with a Novel MRI-compatible Hand-induced Robotic Device to Evaluate Rehabilitation of Individuals Recovering from Hand Grip Deficits

Wir führten funktionelle MRT mit einem neuartigen MRT-kompatiblen handinduzierten Robotergerät durch, um seinen Nutzen für die Überwachung der Handmotorfunktion bei Personen zu bewerten, die sich von neurologischen Defiziten erholen.

Funktionelle MRT in Verbindung mit einem neuartigen MRT-kompatiblen handinduzierten Robotergerät zur Bewertung der Rehabilitation von Personen, die sich von Handgriff-Defiziten erholen

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a non-invasive magnetic resonance imaging technique that images brain activation in vivo, using endogenous ...

Dieses Protokoll wird verwendet, um die Rehabilitation von Patienten mit Handgriffdefiziten zu überwachen. Chronische Schlaganfallpatienten und Patienten mit anderen neurologischen Erkrankungen mit motorischen Defiziten können von dieser Technik profitieren. Magnetresonanztomographie ermöglicht die Überwachung der Anpassungsfähigkeit des Gehirns.Mit anderen Worten, Neuroplastizität als Reaktion auf die Rehabilitation der Griffleistung. Mit geeigneter Modifikation des Kraftreizgeräts kann diese Methode zur Rehabilitation von Behinderungen angewendet werden, die andere Regionen des Körpers betreffen. Dieses Gerät und alle Änderungen müssen die MR-Kompatibilität beibehalten.Es ist wichtig sicherzustellen, dass die MRT-Stäbe ordnungsgemäß angeschlossen und ihre Funktionen überprüft wurden, bevor sie ein Thema in den MR-Raum bringen. Vor Beginn dieses Experiments erhalten Sie zunächst die informierte Zustimmung des Faches und prüfen sie gründlich auf MRT-Sicherheit. Fahren Sie nicht mit dem Scan fort, wenn der Teilnehmer mögliche MRT-Kontraindikationen hat.Um mit dem Setup zu beginnen, bringen Sie zuerst das magnetresonanzkompatible handinduzierte Robotergerät in den MRT-Raum und platzieren Sie es in der Nähe des Penetrationspanels. Stecken Sie dann das 3/8 Zoll pneumatische Rohr in das Durchgangsrohr in der Platte, in den angrenzenden MRT-Unterstützungsraum. Schließen Sie dann die Stützraum-Vorse- und Encoderkabel an den D-Sub-Stecker an der Außenseite des Penetrationspanels an, wie hier gezeigt.Schließen Sie die 3/8 Zoll pneumatische Rohrbefestigung, die aus der Penetrationsplatte herauskommt, an den Ausgang des Druckreglerauslasses der Schnittstelle an. Schließen Sie dann das vier Millimeter pneumatische Rohr an den Ausgang des Kompressors im Einlass des Luftfilters am Schnittstellen-Leistungsregler an. Nach dem Aus- und Absenken des Scannerbettes befestigen Sie die untere Hälfte der Kopfspule und lassen Sie den Freiwilligen sich hinlegen, um sicherzustellen, dass sie bequem mit ausgestreckten Armen ruhen und kleine Schaumstoffpads verwenden, um den Kopf des Teilnehmers zu immobilisieren.Befestigen Sie den Kommunikationsball auf der Brust des Freiwilligen und geben Sie Anweisungen zur Verwendung. Befestigen Sie auch die Oberseite der Kopfspule. Installieren Sie nun das Robotergerät mit dem entsprechenden Bettschlitz locker auf der Seite des Patienten gegenüber seiner Hirnläsion.Dann, mit dem Ellenbogen des Freiwilligen auf dem Tisch ruhen, um ihren Arm zu unterstützen, bewegen Sie das Gerät Griff auf das Gurtband zwischen Daumen und Zeigefinger und helfen ihnen, die Griffe zu greifen. Befindet sich das Gerät auf der gegenüberliegenden Seite des Tisches von der Penetrationsplatte aus, positionieren Sie die Kabel im pneumatischen Rohr so, dass sie unter dem Tisch und nicht über den Patienten verlaufen. Als nächstes weisen Sie den Freiwilligen an, das Gerät zu drücken und zu drücken oder zu ziehen, bis sie die bequemste Position zum Quetschen haben.Dann festanbringen Sie das Gerät fest, indem Sie die Kunststoffmuttern mit einem MR-kompatiblen Schraubenschlüssel anziehen. Führen Sie nun das benutzerdefinierte Benutzeroberflächen-Stimulusprogramm aus. Stellen Sie den Druck auf die minimale Einstellungsstufe ein, um den Griff automatisch auf den Endstopp zu drücken und die Anzeige von Bewegungs- und Kraftwellenformen zu überprüfen.Als nächstes stellen Sie die Kraftebene ein und weisen Sie den Freiwilligen an, zwei- bis dreimal für etwa zwei Sekunden vollständig zu quetschen. Beobachten Sie, ob der Freiwillige eine Squeeze auf dieser Kraftebene abschließen kann. Erhöhen Sie schrittweise das Kraftniveau und wiederholen Sie Dies, bis sie einen Squeeze nicht abschließen können.Diese Messung dient der maximalen Grifffestigkeit des Freiwilligen. Das Programm berechnet automatisch 60%40% und 20% des maximalen Kraftniveaus für den Einsatz während des Tests. Bestätigen Sie anschließend, ob der Kommunikationsball funktioniert, und positionieren Sie ihn dann mit der Laserausrichtung, bevor Sie den Tisch und den Teilnehmer in das Iso-Center des Scanners verschieben.Generieren Sie nun über die Benutzeroberfläche die Anweisungs- und Stimulusbilder und stellen Sie das System so ein, dass es die erste Kraftebene anwendet und auf ein Triggersignal des MRT-Scanners wartet. Das Programm zeigt eine Reihe von Anweisungen an, um den Freiwilligen daran zu erinnern, wie er auf den visuellen Reiz reagiert. Das Programm wartet, bis der Scanner ein Triggersignal liefert, dann die Anweisungen entfernt und ein Fixierungskreuz zeigt, auf das sich der Freiwillige konzentrieren sollte.Wenn die fMRI-Scan-Erfassung beginnt, wird ein visuelles Metronom in Form eines wachsenden und schrumpfenden Kreises angezeigt. Der Freiwillige sollte den Griff vollständig zusammendrücken und synchron mit dem Stimulus lösen. Ruhezeiten trennen Stimulusperioden, in denen das Fixierungskreuz wieder angezeigt wird.Beobachten Sie die Live-Plots von Kraft und Verschiebung, um die Kraftausgabe und die Leistung der Teilnehmeraufgabe zu überwachen. Sobald das Experiment abgeschlossen ist, lassen Sie den Teilnehmer wissen, dass er sich entspannen und den Griff loslassen kann. Schließlich sammeln Sie eine Reihe von anatomischen Scans.Diese Abbildung zeigt typische Motoraufgabenergebnisse. Hier sehen wir fMRI-Aktivierungen, die auf einer Gehirnumrisslinie und als Pseudofarbe auf einer dreidimensionalen, querschnittsübergreifenden Ansicht des anatomischen Bildes des Freiwilligen überlagert sind. M1 zeigt den primären Motorkortex und SMA den zusätzlichen Motorbereich an.Dieses Bild zeigt Pseudofarbenaktivierungen, die in einer Gehirnvorlage gerendert werden. Dieses Diagramm zeigt die tatsächliche Kraftleistung, gemessen in Krafteinheiten als Funktion der Zeit. Die Ausgabe wurde in Echtzeit aufgezeichnet.Der weiße Balken entspricht der 60-Sekunden-Stimulus- und Ruhezeit. Hier wird ein einziger Voxalzeitverlauf der Aktivierung gezeigt, ausgewählt aus einem Voxal am somatosensorischen Bereich an der Stelle der Fadenkreuze in diesem Bild. Alle Probanden müssen in der Durchführung der Metronom-Tracking-Griffbewegungen im Voraus gut geschult sein.Darüber hinaus ist die Synchronisation zwischen dem visuellen Stimulus und der MRT-Sequenz entscheidend. Zusätzliche bildgebende Modalitäten können in diesem Protokoll verwendet werden, einschließlich Diffusion Tensor Imaging, um die Ausrichtung und das Wachstum von Weißstofffasern zu erkennen, was sich auch mit der Rehabilitation ändern soll. Die Durchführung eines MR-Experiments ist aufgrund des starken Magnetfeldes, das vom Scanner erzeugt wird, gefährlich.Daher müssen alle Probanden und Experimentatoren die MR-Sicherheitsrichtlinien einschließlich des Screenings auf Kontraindikationen befolgen. Die Entwicklung dieses Prozesses wird es ermöglichen, zu zeigen, dass die Schlaganfall-Erholung über sechs Monate nach der Verletzung hinaus andauert, was darauf hindeutet, dass die Therapie und die damit verbundene Versicherungserstattung über diese Zeit hinaus fortgesetzt werden sollten.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Anatomy and Physiology

Neuroscience

Unit 1

Diagnostic Imaging Techniques

SCIENTISTS IN ACTION

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Funktionelle Bildgebung mit Ultraschall-Blut-Hirnschranke Störung und Mangan-MRT

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Forschung

Neurowissenschaften

Transplantation of Olfactory Ensheathing Cells to Evaluate Functional Recovery after Peripheral Nerve Injury

Transplantation von olfaktorischen Zellen ensheathing zu Funktionswiederherstellung nach peripheren Nervenschäden Bewerten

Olfactory ensheathing cells (OECs) are neural crest cells which allow growth and regrowth of the primary olfactory neurons. Indeed, the primary olfactory ...

Optogenetic Functional MRI

Optogenetische Functional MRI

The investigation of the functional connectivity of precise neural circuits across the entire intact brain can be achieved through optogenetic functional ...

The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb

Der kombinierte Einsatz von Transcranial Direct aktuelle Stimulation und Roboter-Therapie für die obere Extremität

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of ...

Real-time Video Projection in an MRI for Characterization of Neural Correlates Associated with Mirror Therapy for Phantom Limb Pain

Echtzeit-Video-Projektion in einem MRI zur Charakterisierung der neuronalen Korrelate im Zusammenhang mit Spiegel-Therapie für Phantomschmerzen

Mirror therapy (MT) has been proposed as an effective rehabilitative strategy to alleviate pain symptoms in amputees with phantom limb pain (PLP). ...

Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

Hyperscanning Experimente mit funktionalen Nah-Infrarot-Spektroskopie

Concurrent brain recordings of two or more interacting persons, an approach termed hyperscanning, are gaining increasing importance for our understanding ...

Comprehensive Autopsy Program for Individuals with Multiple Sclerosis

Umfassendes Autopsieprogramm für Personen mit Multipler Sklerose

We describe a rapid tissue donation program for individuals with multiple sclerosis (MS) that requires scientists and technicians to be on-call 24/7, 365 ...

Preparation of Peripheral Nerve Stimulation Electrodes for Chronic Implantation in Rats

Vorbereitung von peripheren Nervenstimulationselektroden für die chronische Implantation bei Ratten

Peripheral nerve cuff electrodes have long been used in the neurosciences and related fields for stimulation of, for example, vagus or sciatic nerves. ...

Evaluating Postural Control and Lower-extremity Muscle Activation in Individuals with Chronic Ankle Instability

Bewertung der Posturalen Kontrolle und der Muskelaktivierung unterextremer Art bei Personen mit chronischer Knöchelinstabilität

Computerized dynamic posturography (CDP) is an objective technique for the evaluation of postural stability under static and dynamic conditions and ...

Role of Diffusion MRI Tractography in Endoscopic Endonasal Skull Base Surgery

Rolle der Diffusions-MRT-Traktographie in der endoskopischen endonasalen Schädelbasischirurgie

Endoscopic endonasal surgery has gained a prominent role in the management of complex skull base tumors. It allows the resection of a large group of ...