שימוש במכשיר התנגדות מבוקר דיגיטלית המושרה על ידי כף הרגל להערכת הדמיית תהודה מגנטית תפקודית בחולים עם שיתוק כף הרגל

השיקום המבוטח של חולי שבץ מוחי כרוני הוא בדרך כלל מוגבל בזמן. מחקר מבוסס הדמיה של פעילות מוחית ממשימות מוטוריות הקשורות להליכה יכול להוביל לקביעת סמנים ביולוגיים למדידת תוצאות משופרות ולהצדקת הרחבת הטיפול המותאם. מוצג מכשיר תנועת כף רגל חדשני, תואם תהודה מגנטית, בעל התנגדות משתנה ופרוטוקול לשימוש במהלך הדמיית תהודה מגנטית תפקודית.

ליקויים נוירולוגיים כתוצאה משבץ מוחי עלולים לגרום לנכויות מוטוריות ארוכות טווח, כולל אלה המשפיעות על הליכה בהליכה. עם זאת, שיקום נרחב לאחר שבץ מוחי הוא בדרך כלל מוגבל בזמן. קביעת סמנים ביולוגיים מנבאים לזיהוי חולים שעשויים להפיק תועלת משמעותית מפיזיותרפיה נוספת ולהפגין שיפור חשובה לשיפור איכות החיים של המטופלים. לזיהוי שיפוץ נוירופלסטי של האזור הפגוע ושינויים בדפוסי הפעילות הנרגשים בעת ביצוע משימות מוטוריות מתאימות עשויות להיות השלכות חשובות על התאוששות משבץ מוחי כרוני. פרוטוקול זה מתאר את השימוש במכשיר רובוטי המושרה על ידי כף רגל (MR_COFID) בשליטה דיגיטלית, תואם תהודה מגנטית כדי להציג משימה מותאמת אישית של כף הרגל הכוללת מעקב אחר מסלול לנבדקים שנפגעו משבץ מוחי עם ליקוי הליכה במהלך הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI). במשימה, כיפוף כף הרגל מבוצע כנגד כוחות התנגדות דו-כיווניים, המכוונים לחוזק הנבדק הן בכיווני הכיפוף הגבי והן בכיפוף הכף, תוך מעקב אחר מטרונום חזותי. fMRI משתמש באופן לא פולשני בדאוקסיהמוגלובין אנדוגני כחומר ניגוד לאיתור שינויים תלויי רמת חמצון בדם (BOLD) בין תקופות הפעילות והמנוחה במהלך הבדיקה. בדיקות תקופתיות חוזרות יכולות לזהות שינויים הקשורים לטיפול בדפוסי העירור במהלך ביצוע המשימה. השימוש בטכניקה זו מספק נתונים לזיהוי ומדידה של סמנים ביולוגיים שעשויים להצביע על הסבירות של אדם להפיק תועלת משיקום מעבר לזה הניתן כיום לחולי שבץ מוחי.

השימוש במדדים כמותיים הנגזרים מהדמיית מוח תפקודית ומבנית עשוי להיות שימושי ויעיל יותר למעקב אחר התקדמות וחיזוי תוצאות הטיפול בשבץ מוחי מאשר הערכת ציונים קליניים, ומדדים כמותיים אלה יכולים להיות שימושיים בתכנון ושיפור תוכניות טיפול אישיות ^1,2. פיתוח אסטרטגיות יעילות ומותאמות אישית המקשרות אימון מוטורי לארגון מחדש מדיד של הפעילות העצבית ו/או שיפורים בתפקוד המוטורי נותר מאתגר. בעבודות קודמות פותחו תובנות לגבי האופן שבו שיטות הדמיה מוחית תפקודיות ומיפוי מוחי בחולים שנפגעו משבץ מוחי כרוני יכולות להראות שינויים כאלה 3,4,5,6,7,8. בחינת תפקוד המוח ביחס לביצועי אחיזת היד (שהיא המפתח לעצמאות המטופל ולאיכות החיים) הובילה לציפייה שניתן יהיה ליישם טכניקה זו גם לבקרת תנועת כף הרגל הקשורה להליכה באמצעות הערכת הדפוסים הטופוגרפיים המתאימים של הפעילות העצבית והתאוששות התפקוד. הוצע כי שילוב של מפות תפקודיות מבוססות MRI של פציעות עשוי לעזור לאפיין ליקויים נוירולוגיים בצורה מדויקת יותר מאשר הערכות קליניות⁹ וכי שימוש במכשירים רובוטיים יעיל יותר להתאוששות המוח מאשר פרדיגמות קונבנציונליות¹⁰. מפות פונקציונליות יכולות לספק תובנה לגבי אילו חלקים במערכת מתפקדים, ובכך לספק מידע שאינו ניכר מתצפיות קליניות¹¹. הצלחה בתנועת כף הרגל ושיקום כוח עם MRI לחולי שבץ מוחי תקל על פיתוח אסטרטגיות טיפול מותאמות אישית המבוססות על מדדי MRI לאוכלוסייה רחבה יותר עם מצבים נוירולוגיים אחרים.

בעבודה המוצגת כאן, מתואר השימוש במכשיר רובוטי המושרה על ידי כף רגל תואם MR (MR_COFID או מכשיר כף הרגל) במהלך סריקת fMRI כדי לבחון את ההשפעות של אימון מיומנויות מוטוריות לאחר שבץ מוחי על תפקוד המוח. המוטיבציה לפיתוח מכשיר כף הרגל בעל התנגדות מבוקרת זו הייתה הצורך הקריטי שלא נענה לשיקום תנועת כף הרגל בחולי שבץ מוחי. בניית מערכת המתאימה הן להדרכה ביתית והן למשרד ולניטור מבוסס MR של התגובות לפעילויות הדרכה יוצרת גישה אחידה המתייחסת למגבלות קודמות הן מבחינת הדרכה והן מבחינת הערכה.

ה-MR_COFID (איור 1A) הוא התאמה של המכשיר הרובוטי המושרה ביד תואם תהודה מגנטית (MR_CHIRODv2)^8,12, שהשתמש במפעיל נוזל אלקטרו-ריאולוגי (ERF) כדי לספק כוח התנגדות מבוקר דינמית בתגובה לנושא שתופס ולוחץ את מנגנון הידית שלו. מפעיל ה-ERF (איור 1B) הוא בוכנה דו-כיוונית ממולאת בנוזל שבה ה-ERF בצד אחד של הבוכנה נאלץ על ידי תנועת בוכנה לזרום בין זוג אלקטרודות בתעלה, המחזירה את הנוזל לצד השני של הבוכנה. כאשר מתח גבוה (HV) מופעל על האלקטרודות, חלקיקים בשמן הסיליקון הלא מוליך מתיישרים ונקשרים מכנית זה לזה, ובכך מגבירים את צמיגות הנוזל ואת עמידות המכשיר לתנועה. במכשיר אחיזת היד, המפעיל מחובר ישירות לידיות האחיזה, לתא עומס למדידת הכוח המופעל ולמקודד אופטי למדידת תזוזה של הידית. התקן כף הרגל החדש הופך את הפעולה הליניארית של התקן האחיזה לתזוזה הזוויתית של כף הרגל בכיפוף גבי וכיפוף פלנטרי באמצעות מנגנון מחוון ארכובה (איור 1C). כוח ההתנגדות ממפעיל ה-ERF מומר כמעט ביחס למומנט ההתנגדות סביב מפרק הקרסול. תנועת הארכובה של הדוושה היא סימטרית סביב הווקטור בניצב לציר המפעיל הראשי, ובכך מנצלת את הקירוב שזווית הארכובה והסינוס שלה כמעט שווים לזוויות קטנות. מכיוון שרק כוחות התנגדות יכולים להיות מופעלים על ידי ERF, המערכת בטוחה מטבעה; המפעיל אינו יכול לדחוף או למשוך את כף הרגל באופן פעיל, והכוח יורד לאפס כאשר הנושא מפסיק לנוע. הכיפוף המרבי של כף הרגל הוא 35 מעלות והגב המרבי הוא 18 מעלות. ערכים אלה נמצאים בטווח התנועה של כף הרגל בתנאי הליכה רגילים ותנאים שאינם נושאי משקל^13,14, כמעט זהים לערכים ששימשו במחקרים אחרים¹⁵, ונמצאו במהלך בדיקות מקדימות כעומדים או חורגים מטווחי התנועה של נבדקי השבץ בצד הפגוע שלהם ומאפשרים למקסם את כוחות ההתנגדות הזמינים באמצעות מנגנון ההולכה הליניארי-זוויתי. התקן האחיזה המקורי ומנגנון תנועת כף הרגל הנוסף נבנו מחומרים לא ברזליים (פלסטיק, אלומיניום, פליז) לבטיחות MR.

מפעיל ה-ERF משתמש בשדות חשמליים משתנים, ולא מגנטיים, כדי לשנות את צמיגות הנוזל ולכן אינו מושפע מהשדות המגנטיים של סורק ה-MR. מפעיל ה-ERF סגור בתוך מעטפת נחושת גלילית המחוברת למוליך המגן של כבל ה-HV הקואקסיאלי; כבל זה, בתורו, מקורקע ללוח החדירה של כלוב פאראדיי של סורק ה-MR. זה מונע מרעש פוטנציאלי בתדר רדיו מהמתח המשתנה המופעל על המפעיל להשפיע על הסורק ומונע מהשדות המגנטיים המשתנים של הסורק לגרום לזרמים בכבלים, מה שעלול לשנות את צמיגות ה-ERF. כבל ה-HV ממשיך מחוץ ללוח החדירה ל-HV ampחיים יותר. נעשה שימוש במחברי MHV (מתח גבוה זעירים) קואקסיאליים, המספקים בטיחות נוספת בעת נשיאת מתחים של עד 4 kV (איור 2).

לכבלים הנפרדים מהמקודד האופטי ומתא העומס יש מגנים המוארקים גם ללוח החדירה, ובכך מונעים מהאותות שלהם (במיוחד האותות הדיגיטליים מערוצי המקודד) להשפיע על הסורק או על יציאת תא עומס המתח הקטן. הכבלים הממוגנים והמוארקים מחוץ ללוח החדירה נושאים אותות למודול רכישת הנתונים (DAQ). הפלט של תא העומס, המשתמש בגשר וויטסטון מפוצה טמפרטורה, מוגבר על ידי מגבר מכשור המחובר למסופי הכניסה האנלוגיים של ה-DAQ, ומספק גורם הגברה פי 1,000.

מודול ה-DAQ מריץ קושחה באמצעות שפת הסקריפטים Lua (קידוד משלים file 1). הסקריפט שנטען על מודול ה-DAQ פועל בקצב לולאה של 500 הרץ, והמודול קורא את המקודד ואת אות תא העומס המוגבר, ממיר את קריאות החיישן לערכי אורך וכוח ומאחסן אותם באוגרי זיכרון לגישה ורישום על ידי ממשק משתמש של קובץ m (UI; איור 3) במחשב הנייד המארח (קובץ קידוד משלים 2). המחשב הנייד המארח שולח ערכי כוח יעד עבור כיפוף דורסי וכיפוף פלנטרי, פרמטרים של בקר לולאה סגורה ופקודות איפוס מקודד לאוגשי זיכרון נוספים במודול DAQ בעת הצורך. סקריפט ה-DAQ מפעיל לולאת בקרה המזהה את כיוון תנועת הדוושה כדי לקבוע איזה כוח להפעיל: כיפוף דורסי או כיפוף פלנטרי. לאחר מכן הוא מחשב מתח מוצא פרופורציונלי להפרש בין ערכי הכוח הנמדד והיעד, המוגבל על ידי 0 V ו-4 V, שהוא טווח הכניסה המותר של מגבר HV. ה-ERF מגיב לגודל השדה החשמלי המופעל; היפוך המתח אינו מפחית את הצמיגות מתחת לזו של הנוזל הלא מופעל (ללא שדה חשמלי), ולכן פלט ה-DAQ מוגבל למינימום של 0 וולט. ה-DAQ מכמת (רזולוציה של 12 סיביות) ודוגם (500 הרץ) את המתחים האנלוגיים, וכתוצאה מכך פלט מדרגות למגבר HV שיכול לגרום לרכיבים בתדר גבוה ביציאת ה-HV עקב השינויים המהירים בכל שלב. למגבר HV יש רוחבי-פס אותות קטנים וגדולים של 35 קילו-הרץ ו-8 קילו-הרץ, בהתאמה, כך שכדי להפחית את האפשרות שנוצר רעש RF הניתן לזיהוי על ידי הסורק, פלט ה-DAQ משתמש במסנן RC מסדר ראשון עם תדר -3 dB בכ-900 הרץ, כך שכמעט מתבטלים תדרים גבוהים יותר. בנוסף, מכשיר כף הרגל ממוקם מחוץ לקידוח הסורק ליד רגלי המיטה, מה שממזער עוד יותר כל אינטראקציה בין חיישני המכשיר, המפעיל והסורק. המגבר, עם הגבר של 1,000 V/V ותפוקת שיא של 4 kV, מייצר שדות על פני פער ה-ERF עד 4 kV/mm; למרות שמתח הפריצה של נוזל ERF אינו מדווח על ידי הספק, צמיגות ופרמטרים אחרים מתוארים עד לרמה זו. צילינדר ה-ERF יכול להפעיל מעט יותר מ-200 N של כוח כאשר הוא מופעל במלואו ומונע במהירות המטרה. אורך זרוע הרגע שבו מוט החיבור מצטרף לדוושה הוא 56 מ"מ, וכתוצאה מכך מומנט מרבי של כ-11.2 ננומטר. זה די והותר לנבדקים עם שיתוק כף הרגל; עם זאת, ניתן להתגבר עליו על ידי נושאים חזקים ובריאים. רכיבי החומרה מפורטים בטבלת החומרים.

השימוש במכשיר כף הרגל מתבסס על פרדיגמות האימון והבדיקה שפותחו עם מכשירי אחיזת יד קודמים 3,4,5,6,7,8,16 ועבודות אחרות 11,17,18. בזמן הפרסום, מכשיר זה שימש עם נבדקים עם שבץ מוחי כרוני עם ליקויים הקשורים לכף הרגל כדי לחקור שינויים נוירופלסטיים מונעי טיפול באמצעות הדמיית MR והערכות ביצועים כמותיות.

כפי שמתואר בפרוטוקול שלהלן, הנבדקים שעוברים סריקה שוכבים על מיטת הסורק, וראשיהם משותקים בתוך סליל ראש הסורק וממוקמים באיזוסנטר של הסורק. מכשיר כף הרגל ממוקם וננעל במקומו כך שרגלו של הנבדק ישרה, וכף רגלו קשורה לדוושה המתאימה של המכשיר. באופן זה, כיפוף בקרסול אינו גורם לדחיפה או משיכה כנגד המכשיר, מה שעלול לשנות את מיקום הראש בתוך הסליל. מסגרת מראה ממוקמת מול עיני הנושא, ומאפשרת לו לצפות במסך הקרנה המציג הוראות ורמזים חזותיים למשימה המוטורית.

במהלך המשימה, הנבדק צופה בסימן "+" בתקופות מנוחה או במטרונום חזותי במהלך הבדיקה, בו עיגול אחד נע למעלה ולמטה על המסך (מטרה), ומוצג עיגול נוסף שנע בשליטת מיקום דוושת הרגל של המכשיר (סמן; איור 4). הנבדקים מתבקשים לעקוב מקרוב אחר תנועת המטרה. מהירות היעד נקבעת כך שכוח התגובה הצמיג הלא מופעל של המכשיר (הכוחות הצמיגים גדלים עם המהירות הגוברת) נמוך מספיק כדי שכל נבדק יוכל להתגבר עליו, עם כוחות מוגברים המופעלים תחת שליטת המחשב.

רובוטיקה נפרסת בקלות, ישימה על פני ליקויים מוטוריים שונים, בעלת אמינות מדידה גבוהה ובעלת יכולת לספק אימון בעצימות גבוהה¹⁰. מכשיר מבוסס ERF זה מספק כוח התנגדות מבוקר דיגיטלית לנבדק, ומכשיר זה בטוח ל-MR בשילוב עם רכיבים לא ברזליים/לא מגנטיים, כמו גם תואם MR עקב השימוש באלקטרוניקה מוארקת ומסוככת¹². יש לו יתרונות ביחס למכשירים קשורים בכך שהוא נייד ופשוט יחסית לשימוש, כלומר ניתן להשתמש בו הן בסביבות קליניות והן בבית, שם ניתן לבצע טיפול קבוע ללא עלויות הקשורות לנסיעות או למתקן הקליני. המכשיר יכול לייצר התנגדות מבוקרת מחשב ומשתנה בזמן בכיפוף כף הרגל ובכיפוף הגב כדי להקל על יצירת שגרות שיקום ספציפיות למטופל ובכך לטפל בפער בתחום מכשירי השיקום הזמינים מסחרית.

מכשירי מחקר אחרים אכן קיימים אך לא התאימו למחקר הנוכחי מסיבות שונות. חלק מהמכשירים הם סטטיים, ומודדים כוחות המופעלים באופן איזומטרי¹⁹ ולא על טווח התנועה של הנבדק (RoM). מכשירים מבוססי אלסטי מפעילים כוח הולך וגובר עם תזוזה הולכת וגוברת, במקום התנגדות קבועה על ה-RoM, ויש לכוונן אותם ידנית כדי לשנות את רמות הכוח 20,21,22. השימוש במשקלים קבועים ועומס כבידה ^15,23 אינו מאפשר בקרה ממוחשבת של העומסים או עומסים שונים לכיפוף פלנטרי וכיפוף גבי. מכשירים פנאומטיים 24,25,26 מאפשרים שינויים בכוח בין בדיקות וכוח קבוע על פני ה-RoM; עם זאת, יהיה צורך למקם את השסתומים במרחק מהסורק, כך שבדרך כלל, מכשיר זה לא יוכל לעבור בין כוחות כיפוף פלנטרי ודורסיפלקסיה במהירות בעת שינוי כיוון כף הרגל ולא יהיו לו יכולות תגובת התדר של מפעילי ERF. ניתן להשתמש במנועים אלקטרומגנטיים²⁷ בסביבת הסורק אך רק על ידי הרחבת המנגנון מספיק כדי לשמור על בטיחות ותאימות MR, מה שמגביל את הניידות ומגביר את הסיכון לתאונות אם אחד מרכיבי המנוע יובא קרוב מדי לקידוח. הידראוליקה²⁸ יכולה להיות דו-כיוונית ברמות כוח שונות אך יש לה אתגרים דומים לשימוש במנועים אלקטרומגנטיים בכך שהמדחס/דוחף (בדרך כלל לא תואם MR) חייב להיות מרוחק מהקידוח, ובכך להגביל את הניידות ואת תגובת התדר. הידראוליקה שולבה עם מערכות ERF²⁹ כך שהמערכת יכולה להניע לאחור את אפקטור הקצה (התקן רגל או אחיזה) ולספק התנגדות איזומטרית; עם זאת, יכולת זו לא הייתה נדרשת למחקר הנוכחי ונוספה במחיר של שימוש במנועים הידראוליים שאינם תואמי MR.

מכשיר כף הרגל מספק שילוב של תכונות המאפשרות את הדברים הבאים: תרגילי שליטה טיפוליים מדויקים ועקביים בכף הרגל לתקופות ממושכות; מדידת יכולת הביצועים המוטוריים הנוכחית של הנבדק והתאמת קושי המשימה עם התקדמות השיקום; בקרה בזמן אמת והתאמה עצמאית של הכוח המופעל הן בכיפוף פלנטרי והן בכיפוף הגב; שליטה מרחוק והתאמת כוח ההתנגדות ללא הפרעות להתאמה ידנית; ובטיחות ותאימות MR.

כל הניסויים אושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית בבית החולים הכללי של מסצ'וסטס ובוצעו כפי שאושר במרכז Athinoula A. Martinos להדמיה ביו-רפואית. הושגה הסכמת הנבדק לשימוש ושיתוף של נתונים לא מזהים.

הערה: במחקר הנוכחי, קריטריוני ההכללה היו כדלקמן: (1) המיפרזיס ימני או שמאלי עם תנועת רגליים שיורית משבץ איסכמי/MCA שנגרם ≥6 חודשים קודם לכן; (2) ציון³⁰ מתוך 4-5 בקטגוריית אמבולציה פונקציונלית (FAC) (הנבדק מתנייד עם עוזר כדי לנווט במדרגות/משטחים לא ישרים או ללא עזרת עוזר); (3) סולם שבץ מוחי של המכונים הלאומיים לבריאות (NIHSS)³¹ ציון של 5-14 (קל/בינוני); (4) היכולת לעמוד 5 דקות וללכת 10 מ'; (5) בגיל 18-80. לאחר בדיקה ראשונית, נכלל קריטריון נוסף, שכלל אימות שהנבדקים יכולים להזיז את הדוושה בתנועה של לפחות 5 מעלות עם כף הרגל הפרטית. נאספו נתונים על נתונים דמוגרפיים, גורמי סיכון לשבץ מוחי, משך הפיזיותרפיה / ריפוי בעיסוק, משך האשפוז בשלב האקוטי, שימוש בתרופות, זיהומים בין-זרמיים וסיבוכים.

1. סינון והכנת נושא

1. במהלך הגיוס יש להיפגש עם הנבדקים הפוטנציאליים, ולבחון את יכולתם להזיז את דוושות המכשיר עם הרגל הפרטית.
   1. בדוק את התאמת כף הרגל של כל נושא לדוושות הרגל של המכשיר. עבור נבדקים עם רגליים קטנות יותר, בדוק את התאמת כפות הרגליים שלהם כאשר הם נועלים נעלי ספורט או הנעלה דומה הבטוחה ל-MR.
   2. יש להוציא מהמחקר נבדקים שאינם יכולים להפעיל מספיק כוח כדי להזיז את הדוושה בטווח תנועה של לפחות 5 מעלות כשהמכשיר אינו מופעל.
2. לפני ההגעה, הנחו את הנבדקים להביא את הנעליים שנבדקו אם נקבע שהדבר נחוץ במהלך הבדיקה המוקדמת. רשום את פרטי הנבדק, וקבל הסכמה מדעת בהתאם לפרוטוקול המוסדי.
3. בכל יום בדיקה, יש לסנן את הנבדקים לאיתור התוויות נגד כמפורט במדיניות מתקן ה-MR. השג כתבי ויתור חתומים במקרים של נבדקים עם קעקועים עם פוטנציאל לגירוי ו/או תחושת צריבה וכל ויתור אחר ספציפי למתקן
4. הנחו את הנבדק להחליף לחלוק/מכנסיים שאושרו על ידי המתקן ולהמתין לקריאה לחדר הסורק. אחסן את חפצי הנבדק בהתאם למדיניות המתקנים. אם נקבע שיש צורך, הורה לנבדק לנעול את ההנעלה.

2. הגדרת מכשיר כף הרגל בעל ההתנגדות המבוקרת

הערה: מומלץ להשלים את שלבים 2.1-2.3 לפני הגעת הנבדק.

1. התקנה בחדר התמיכה של MRI
   1. הנח את ה-HV ampיחידת חיים יותר עם מודול ה-DAQ המצורף על הרצפה קרוב ללוח החדירה. חבר את כבל החשמל לשקע בקיר, חבר את הכבל הקואקסיאלי HV ל-HV ampמסופי חיים יותר ולתקע הקואקסיאלי MHV בלוח החדירה, וחבר את כבל החיישן לתקע המתאים בלוח החדירה. הפעל את מתג ההפעלה הראשי של ה-HV ampחיים יותר.
   2. חבר את תקע ה-USB B של כבל ה-USB למודול ה-DAQ ואת תקע ה-USB A של הכבל לכבל משחזר ה-USB. הנח את כבל משחזר ה-USB מחדר התמיכה של ה-MRI לחדר הבקרה של ה-MRI, והדק את הכבל לרצפה באמצעות סרט דבק לפי הצורך כדי למנוע תזוזה על ידי הצוות או אמבולציה של הנבדק סביב המתקן.
   3. הפעל את מקרן חדר הסורק.
2. התקנה בחדר הבקרה של MRI
   1. הנח את המחשב הנייד המארח של התקן הרגליים בסמוך לממשק סורק ה-MRI, חבר את ספק הכוח והפעל את המחשב הנייד. הפעל את אפליקציית MATLAB וטען את תוכנית ממשק המשתמש (UI).
   2. חבר את תיבת כפתור סורק ה-MRI/כבל ה-USB של אות ההדק, כבל המקרן של חדר הסורק וכבל משחזר ה-USB למחשב הנייד.
   3. אם לא הוגדר קודם לכן, כוונן את הגדרות הצג של המחשב הנייד כך שהחלון הראשי יורחב על מסך המקרן מימין לחלון הראשי של המחשב הנייד. הזז את מצביע העכבר מהצד הימני של החלון הראשי של המחשב הנישא וודא שהוא עובר לשדה הראייה של מסך המקרן. הזז את מצביע העכבר בחזרה לחלון הראשי.
      הערה: הפורמטים של אות ההדק וכבל המקרן עשויים להיות שונים בין המתקנים. יתכן שיהיה צורך במתאמי וידאו או יחידות דומות.
3. התקנה בחדר הסורק
   1. ודא ששולחן הסורק נמצא לגמרי מחוץ לקידוח הסורק ומונמך לחלוטין.
   2. התקן סליל ראש לחריץ המתאים לו על שולחן הסורק. הסר את החלק העליון של הסליל והנח אותו בצד. כסה את כריות שולחן הסורק ואת החלק התחתון של סליל הראש בסדין מיטת בית חולים.
   3. התקן את מסך המקרן לתוך הקידוח בקצה הנגדי משולחן הסורק.
   4. הכנס שני זוגות ברגי הרכבה מפליז לתוך חריצי ההרכבה של הסליל לכיוון קצה כף הרגל של שולחן הסורק, והנח את התקן הרגל בין זוגות הברגים. חבר באופן רופף תושבות שמירה מפלסטיק לברגים ולחורי היישור בלוחית הבסיס של התקן כף הרגל (איור 1A).
   5. חבר את החיישן ואת כבלי ה-HV לתקעים בלוח החדירה. ודא שהכבלים אינם מסובבים סביב השולחן או נמצאים בסכנת צביטה או הסתבכות אחרת כאשר השולחן מועבר לתוך קדח הסורק. ודא שהחיישן וכבלי ה-HV מורחבים ללא לולאות בין מכשיר כף הרגל ללוח החדירה.
   6. הפעל את תוכנית ממשק המשתמש בחדר הבקרה (הפעל את סקריפט m-file), וודא שנוצרה תקשורת בין המחשב הנייד המארח למודול ה-DAQ על ידי התבוננות בהודעת האישור בממשק המשתמש (איור 3).
   7. קבל את פרופורציות ברירת המחדל של רמת הכוח בתיבת הדו-שיח הראשונית של ממשק המשתמש על ידי לחיצה על כפתור אישור . המתן עד שיופיעו תיבות דו-שיח לאישור ויבטלו את עצמן ועד שיופיע חלון הגרף החי הראשוני של כוח ותזוזה.
   8. ודא שבזמן שאיש צוות אחד מזיז את הדוושה של מכשיר כף הרגל דרך טווח התנועה שלו ואיש צוות אחר מתבונן בעקבות הכוח והתזוזה, עקבות התזוזה נעות מ-35° ל-+18° ובחזרה וכי עקבות הכוח מציגות כוחות חיוביים לתנועות בכיוון הגב, כוחות שליליים לתנועות בכיוון הכיפוף הכף, וחוזר לאפס במנוחה. זה מאשר את התפקוד של החיישנים, מודול DAQ, מגבר HV ומפעיל ERF (איור 3A).
   9. אם האותות נראים תקינים, לחץ על המשך בחלון הגרף החי ולאחר מכן על כפתור הכיבוי בתיבת הדו-שיח לאישור. אם לא, בדוק את חיבורי הכבלים וחיבורי החשמל ובצע שוב את שלבי ההתקנה לפי הצורך.
4. יישור הנושא ומכשיר כף הרגל
   1. לווה את הנבדק מחדר ההמתנה לחדר הסורק. בצע בדיקת מתכות בהתאם למדיניות המתקן כדי לבדוק אם יש חפצים או שתלים שלא דווחו. ספק לנבדק אטמי אוזניים מגן.
   2. הנחו את הנבדק לשבת על השולחן ואז לשכב על הקרקע כשראשו מונח בחלק התחתון של סליל הראש. לספק סיוע לפי הצורך. התקן ריפוד בין ראש הנבדק לדפנות סליל הראש כדי להבטיח שתנועת הראש תימנע במהלך ההדמיה.
   3. הורה לנבדק ליישר את רגליו. הזיזו את מכשיר כף הרגל לכיוון הנושא או הרחק ממנו עד שהעקבים שלו (או עקבי הנעליים) מונחים במושבי הרגליים של מכשיר כף הרגל. כוונן עוד יותר כדי ליישר את הציר הראשי של הדוושות עם הקרסוליים של הנושא.
   4. הדק את מכשיר כף הרגל למקומו באמצעות תושבות התמיכה מפלסטיק ואומי כנף מפלסטיק.
   5. הורה לנבדק להסיר את כף הרגל שלא נבדקה מהדוושה שלה ולהניח אותה מעט פרוקסימלית ממכשיר כף הרגל. תמכו ברגל שלא נבדקה בכריות לפי הצורך. הדק את כף הרגל שנבדקה לדוושת התקן כף הרגל שלה עם רצועות החזקה של וו ולולאה, וודא שכדור כף הרגל של הנבדק (או החלק הקדמי של הנעל של הנבדק) נמצא במגע עם הדוושה.
      הערה: במחקר הנוכחי, עם נבדקים ללא ביקורת (שבץ מוחי), כף הרגל שנפגעה משבץ נבדקה תחילה. לאחר השלמת הבדיקה של כף הרגל הפגועה, כף הרגל הוסרה מהדוושה, וכף הרגל הלא פגועה הותקנה בדוושה המתאימה באותו תהליך כמו בשלב 2.4.5.
   6. ספק לנבדק מכשיר אזעקת נורה, הורה לו לסחוט את הנורה כדי לבדוק אותה, והזכיר לנבדק שבכל עת הוא רשאי לסחוט את הנורה כדי לתקשר עם הטכנאים.
   7. הרם את שולחן ה-MR לגובה מלא כדי שהנושא יוכל לראות את מסך ההקרנה דרך מכלול המראה.
   8. התקן את החלק העליון של סליל הראש, והרכיב את viewמכלול המראה מעל סליל הראש. ודא שהנושא יכול לראות את מסך המקרן בבירור במראה.

3. בדיקת חוזק הנושא

1. הפעל מחדש את ממשק המשתמש. קבל את פרופורציות ברירת המחדל של רמת הכוח, או התאם אותן אם נדרש על ידי פרוטוקול המחקר, ולחץ על כפתור אישור כמפורט לעיל. כאשר הופיעו עקבות הכוח/תזוזה, הורה לנבדק להזיז את כף הרגל הנבדקת ככל האפשר בכיוון כיפוף הגב ולחזור לכיפוף פלנטרי מלא שלוש פעמים. ודא שעקבות התזוזה והכוח נראים תקינים כאמור לעיל. זה קובע את טווח התנועה לבדיקה, שעשוי להיות קטן מזה של הטווח המלא של התקן כף הרגל (איור 3A).
2. אם התוצאות מקובלות, לחץ על המשך בחלון הגרף החי וכן - המשך בתיבת הדו-שיח לאישור; לחץ על No-Retry אם הנבדק לא מילא את הוראות הכיפוף כהלכה; או לחץ על עבור לכיבוי אם יש בעיות אחרות, ופתור בעיות לפי הצורך.
3. כאשר מוצגת תיבת הדו-שיח לאישור תאריך/שעה, לחץ על כן - המשך בתיבת הדו-שיח, או לחץ על אפשרויות אחרות אם רוצים שם קובץ אחר או כיבוי אחר.
4. הנחו את הנבדק להזיז את כף הרגל שנבדקה לכיפוף פלנטרי מלא, ולחצו על אישור בתיבת הדו-שיח לאישור. יופיע חלון הוראות/מטרונום (מסומן באיור 3). באמצעות העכבר, גרור חלון זה לשדה הראייה של מסך ההקרנה, ולחץ על אישור כדי לאשר שזה הושלם.
5. ודא שההוראות לנושא מוצגות במקרן. ודא שכף הרגל של הנבדק נשארת בכיפוף כף הרגל המלאה, ולחץ על אישור בתיבת הדו-שיח המתאימה. גרף ממשק המשתמש משתנה לתצוגת הדינמומטר עם אינדיקציות לנקודות הגדרת כוח ההתנגדות.
6. המטרונום החזותי המתואר לעיל מופיע על מסך ההקרנה עם עיגול מטרה מוצק הנע למעלה או למטה על המסך במהירות קבועה וסמן עגול פתוח הנשלט על ידי מיקום דוושת מכשיר הרגל. הנחו את הנבדק להזיז את כף רגלו כדי לגרום לסמן לעקוב מקרוב אחר תנועת המטרה. אם הנבדק יכול לנוע בהצלחה דרך טווח התנועה המלא שלו תוך כדי מעקב אחר המטרה, לחץ על (Fd, Fp) + 10 בגרף החי כדי להגדיל את נקודות הגדרת הכוח הן עבור כיפוף הגב והן עבור כיפוף פלנטרי (איור 3B).
7. שים לב אם הנבדק ממשיך לעקוב אחר תנועת המטרונום בצורה מדויקת.
   1. אם כן, לחץ שוב על (Fd, Fp) + 10 כדי להגדיל את שתי נקודות הגדרת הכוח. אם לא ניתן להשלים את כיפוף הגב אך כיפוף פלנטרי ממשיך לעקוב אחר תנועת המטרה, לחץ על (Fd, Fp) - 10 פעם אחת ולחץ על Fp + 10 פעמיים כדי להפחית את כוח ההתנגדות של כיפוף הגב בצעד אחד ולהגדיל את ההתנגדות הפלנטרית בצעד אחד.
   2. אם כוח הכיפוף הגבי הוגדר אך הנבדק אינו יכול עוד לעקוב אחר המטרונום בכיפוף כף הרגל, לחץ על Fp - 10 פעם אחת, ולאחר מכן לחץ על המשך בחלון הגרף החי. רמות הכוח הנוכחיות משמשות את תוכנית ממשק המשתמש כנקודות ייחוס לכוחות המופחתים באופן יחסי המופעלים בשלב הבדיקה.
   3. אם נקודת ההגדרה של כוח הכיפוף הכף הגיעה להגדרה המקסימלית של מכשיר כף הרגל, לחץ על המשך בגרף החי והמשך.
      הערה: שלב 3.7.3 מתרחש בדרך כלל עבור נבדקי ביקורת עם כוח רגליים תקין ועבור הגפה הלא פגועה בנבדקי שבץ מוחי עקב חריגה מיכולות המכשיר, שנועד להתמקד בחוזק בגפה הפגועה.
   4. רשום את נקודות הגדרת הכוח (המוצגות מימין לעלילת מעקב הכוח) לעיון עתידי. לחץ על כן - המשך כדי להמשיך, לא - בדוק שוב כדי לחזור או כיבוי אם יש בעיות אחרות. הנחו את הנבדק להזיז את כף הרגל שנבדקה לתזוזה פלנטרית מלאה ולאחר מכן להירגע.
8. סקור את השימוש בנורת הלחיצה, את רצף הסריקה ואת המשימה עם הנבדק, וענה על כל שאלה שיש לנבדק לפני תחילת הסריקות.
9. הנחו את הנבדק לעצום את עיניו במהלך שלב זה. השתמש בקו הלייזר המסמן של הסורק כדי לאתר את סליל הראש/מיקום הראש של הנושא. הזז את השולחן כדי למרכז את ראש הנבדק בתוך קדח הסורק. בקש מהצוות לעזוב את חדר הסורק ולסגור את הדלת.

4. הפעלת סשן סריקת MRI ומשימת מכשיר כף הרגל

1. בצע רישום ספציפי למתקן של הנבדק, וטען את פרוטוקול הסריקה. הודע לנבדק שרצף הסריקה האנטומית יתחיל ושהוא עשוי להירגע במהלך חלק זה של הפרוטוקול, והורה לו לסחוט את הנורה כדי לוודא את הבנתו. התחל את הסריקה האנטומית והמתן לסיום.
2. בהתאם להנחיות חלון הדו-שיח המסופק על ידי ממשק המשתמש, הודע לנבדק שהחלק של ה-fMRI ומכשיר כף הרגל של המחקר יתחיל, והורה לו שעליו לוודא שכף הרגל שלו נמצאת בכיפוף פלנטרי מלא, שהוא צריך להחזיר את כף הרגל לכיפוף פלנטרי מלא כאשר מופיע צלב קיבוע על המסך, ושהם צריכים לעקוב אחר המטרונום החזותי כשהוא מופיע. לחץ על אישור בתיבת הדו-שיח של ההוראות.
3. עקוב אחר ההוראות המנחה את המפעיל להכין את מחשב הבקרה של הסורק כדי להפעיל את חלק ה-fMRI של הפרוטוקול. לחץ על אישור בחלון הדו-שיח של ההוראות, והתחל את רצף ה-fMRI. תוכנית ממשק המשתמש שולחת אוטומטית את הגדרות הכוח הרצויות למודול DAQ.
   הערה: במחקר הנוכחי, משימת המטרונום החזותי בוצעה שלוש פעמים כל אחת עבור הגפיים שנפגעו משבץ מוחי ולא נפגעו ברמות כוח של 60%, 40% ו-20% מהרמות המקסימליות שנקבעו בשלב 3.7. רמות הכוח מתעדכנות אוטומטית עבור כל חזרה על הבדיקה.
4. הנושא מציג את ההוראות שלו המוצגות על מסך המקרן. מופיע סימן "+" (צלב קיבוע), שבמהלכו, כפי שהוראה קודם לכן, הנושא נח.
5. מטרת המטרונום החזותי מוצגת כאשר העיגול המוצק נע למעלה ולמטה במהירות קבועה. כפי שהונחה קודם לכן, הנבדק מזיז את כף רגלו שנבדקה בכיפוף דורסי וכיפוף פלנטרי כדי לגרום לסמן העגול הפתוח לעקוב אחר המטרה.
   הערה: במחקר הנוכחי, השלבים המנוחה (צלב קיבוע) והפעיל (מטרונום) היו באורך שווה, והמחזור חזר על עצמו שבע פעמים. במהלך שלב המטרונום, היו שני מחזורים של כיפוף דורסי וכיפוף פלנטרי דרך טווח התנועה. פרמטרים אלה עשויים להיות מותאמים בתסריט ממשק המשתמש למחקרים אחרים. כל שלב fMRI/מטרונום נמשך כ-5 דקות ו-40 שניות.
6. חזור על שלב 4.4 ושלב 4.5 בסך הכל שבעה מחזורים, ולאחר מכן מוצג צלב הקיבוע והנושא נח.
7. חזור על שלבים 4.2-4.6 בסך הכל שלושה מחזורים.
8. היכנס לחדר סורק ה-MRI, והחלף את כף הרגל המותקנת במכשיר כף הרגל לפי שלב 2.4.5. חזור על סעיף פרוטוקול 3 עבור הרגל השנייה.
9. חזור על סעיף 4 בפרוטוקול, תוך עקיפת שלב 4.1 ושלב 4.8 (רישום, סריקה אנטומית, החלפת רגל).
10. הודע לנבדק שחלק ה-DTI של הסריקה יתחיל ושהוא עשוי להירגע בשלב זה של המחקר, והורה לו לסחוט את הנורה כדי לאשר את הבנתו. התחל את סריקת ה-DTI והמתן לסיום.

5. פעולות לאחר הבדיקה

1. העבר את הטבלה והנושא אל מחוץ לקידוח הסורק, והורד את השולחן. הסר את מכלול המראה, את חלק סליל הראש העליון ואת הריפוד סביב ראש הנבדק. ניתן להשליך את מגן האוזניים בשלב זה.
2. לסייע לנבדק לתנוחת ישיבה ולעבור לאזור ההחתלה במידת הצורך. הנושא עשוי כעת לחזור לבגדים הרגילים שלו.
3. שוחח עם הנבדק, התייחס לכל שאלה שעשויה להיות לו לאחר המבחן, ארגן קביעת פגישות עתידיות ומלא את טפסי תשלום המלגה לפני עזיבת הנבדק.
4. לפרק ולארוז את החומרה, ולהסיר את מכשיר הקרסול משולחן הסורק. נתק את כבלי ה-HV והחיישן מלוח החדירה. נתק את תיבת הלחצנים ואת כבלי הצג מהמחשב הנישא המארח. ארוז את מכשיר הקרסול והחומרה התומכת בתיקי נשיאה.
5. בצע חיטוי ספציפי למתקן של שולחן הסורק ומשטחי העבודה והציוד הרלוונטיים.
6. חלץ את הנתונים מתיקיות זמניות במערכת הסורק לניתוח לא מקוון. בצע הליכי התנתקות.

התוצאות המתוארות כאן מתייחסות לתאימות MR של מכשיר כף הרגל, ניתוח של תוצאות סריקה פונקציונליות טיפוסיות והערות על מכשיר כף הרגל.

מכשיר כף הרגל הוערך לבטיחות MR על ידי צוות מרכז Athinoula A. Martinos ונבדק לתאימות MRI בסורק MRI 3 T. לבדיקות פנטום באמצעות גליל המכיל תמיסה של 1.24 גרם NiSO_4·6H₂O ו-2.62 גרם NaCl לכל 1,000 גרם של H₂O, מכשיר כף הרגל הוצמד לשולחן הסורק ~85 ס"מ מקצה הקדח, ליד קו 500 mT, בערך במיקום הדרוש כדי שציר הדוושה יהיה מיושר עם מפרק הקרסול של הנבדק עם רגליו מורחבות. תמונות של בדיקות הפנטום צולמו באמצעות אותם רצפי סריקה ששימשו להדמיית fMRI של הנבדק (עם רכישה מקבילה חלקית של כיול אוטומטי כללי [GRAPPA] המשמשת להגברת הרזולוציה המרחבית ורגישות BOLD [תלויה ברמת החמצון בדם]). בדיקות אלו בוצעו הן כשהמכשיר במקומו אך לא פעיל והן כשהמכשיר פעיל כאשר אחד המחברים הזיז את הדוושות כדי לדמות פעילות נושא ועירור מגבר HV בשליטת מודול ה-DAQ. עשר תמונות נבחרו מהסריקות בכל תנאי.

אזורי עניין (ROI) שצוירו בקצה התמונה ובמרכז (איור 5) שימשו לחישוב רעש הרקע והאות, בהתאמה; אמצעי האות בכל מיקום היו יציבים לאורך כל הריצה, מכיוון שהם סטו ב-<0.2% מהממוצע המרכזי בכל 10 הרכישות בכל תנאי. לא היה הבדל סטטיסטי (P = 0.1215, מבחן t דו-דגימתי, 10 חזרות/מצב) ביחס בין אותות הרקע המרכזיים לבדיקת הפנטום עם מכשיר כף הרגל הלא פעיל (30.24 ± 2.31, חסר מימד; איור 5Aa) ומבחן הפנטום עם מכשיר כף הרגל הפעילה (27.94 ± 3.76; איור 5Ab). זה מצביע על כך שלא לפעילות ה-HV ולא לאותות החיישן הייתה השפעה כלשהי על תמונות ה-MR.

תמונות שנרכשו עם שישה מתנדבים ששכבו בסורק וביצעו את המטלה באופן דומה לנבדקים הראו שמכשיר כף הרגל לא השפיע על יחס האות לרעש (SNR) או על איכות התמונה (איור 5Ba,Bb, ללא ועם המכשיר פעיל, בהתאמה).

הפעלות אופייניות ב-M1 ו-SMA (אזור מוטורי משלים) עבור נבדק ביקורת הוצבו על גבי תמונות אטלס כדי להראות את הערך הסטטיסטי t הקשור לפעילות התנועה ביחס למצב המנוחה עם מכשיר הקרסול פסיבי (איור 5Bd) ואקטיבי (איור 5Be). ההבדלים בצורה ובערכי ה-t הושפעו מהבדלים בכוח המופעל במהלך פעילות תנועה, ומהשונות בפעילות הרגילה של המוח בנקודות זמן שונות. המעקב אחר תמונות כאלה לאורך זמן במהלך ואחרי האימון מספק נתונים לזיהוי שינויים במוח שנפגע משבץ.

חיישני הכוח והתזוזה גם לא היו רגישים לסטטי או לשדות המגנטיים המשתנים בזמן של הסורק. ההקלטות נאספו עם מכשיר כף הרגל במקומו על שולחן ה-MR הן עם רצף ה-fMRI פעיל והן עם מכשיר כף הרגל בסביבת מעבדה שאינה MR, ולא ניתן היה להבחין בהקלטות אלה (ערכי מקודד יציבים בשני המקרים, ≤רעש של 1 סיביות בהקלטות הכוח).

תכנון מכשיר כף הרגל בעל ההתנגדות המבוקרת
^מכשיר אחיזת היד MR_CHIROD v2 3,4,5,6,7,8 שדווח בעבר מספק את מנגנון הבסיס למכשיר כף הרגל, הממיר את תגובת האחיזה הליניארית של מכשיר אחיזת היד לתנועת הדוושה הזוויתית סביב מפרק הקרסול של הנבדק באמצעות מנגנון מחוון ארכובה. ניתן להרכיב את מכשיר כף הרגל על מסילות הרכבה בסליל של מיטת ה-MRI כדי לספק פלטפורמה מוצקה הניתנת לכוונון מיקום כך שתתאים לגובה הנבדק. לדוושות יש רצועות ריסון כדי להחזיק את כף הרגל במקומה במהלך כיפוף פלנטרי וכיפוף גב. מרווחים או נעליים מקזזים את כף הרגל של הנושא ממשטח הבסיס של הדוושה ומרסן העקב כדי להבטיח שמרכז הסיבוב של הקרסול מיושר עם ציר הדוושה. זה ממזער את תנועת הרגליים הצירית ובכך מונע את תרגום התנועה לראש הנבדק במהלך הסריקה והופעת עירור מוחי שאינו קשור לתנועת כף הרגל. הדוושות השמאלית והימנית המשולבות מאפשרות שימוש במכשיר עם חולים שנפגעו משבץ מוחי משני צידי המוח. במהלך הבדיקה, הברך בצד שלא נבדק כפופה ונתמכת על ידי רפידות כדי להרחיק את כף הרגל שלא נבדקה מהדוושה שאינה בשימוש. מכשיר אחיזת היד הקודם והרכיבים החדשים של ה-MR_COFID (מכשיר כף הרגל) מורכבים מרכיבי מתכת ופלסטיק לא ברזליות, והמכשירים משתמשים באלקטרוניקה מסוככת. המכשיר הוערך לבטיחות MR במרכז Athinoula A. Martinos ונבדק לתאימות MR, ללא בעיות שנצפו בהדמיית הפנטום. חיישני הכוח והתזוזה לא היו רגישים לשדות המגנטיים הסטטיים או המשתנים בזמן של הסורק.

איור 1: מכשיר MR-COFID. (A) 1: גליל נוזל אלקטרו-ריאולוגי (ERF), כלוב פאראדיי; 2: מקודד אופטי; 3: תא עומס; 4: דוושה וציר; 5: סוגריים תומכים. (B) פרטי צילינדר ERF: 1: בוכנה ופיר; 2: נוזל ER בלחץ; 3: פער שדה HV; 4: החזרת נוזל ER. זרימה ולחצים הפוכים עבור מהלך ההחזרה. (C) סיבוב דוושה סביב ציר הקרסול; קישור תיבת הילוכים להפיכת כוח ה-ERF הליניארי למומנט הקרסול הזוויתי. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: סכמטי של מערך התקן כף הרגל בחדרי הסורק, הבקרה והתמיכה. (1) כלוב פאראדיי סביב גליל ה-ERF, (2) כבלים מסוככים עבור הספקת-הכוח HV, ו-(3) כבלי מקודד ותא עומס עם סיכוכים מוארקים לפאנל החדירה של סורק ה-MRI. (4) פנטום גלילי בסליל הראש באיזוסנטר הסורק. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: ממשק מפעיל. (A) ממשק ראשוני לאימות פעולת ההתקן ולמדידת תחום התנועה של הנבדק. (B) ממשק שני לקביעת רמת החוזק של הנבדק בכיפוף הגב והכיפוף הכף. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: הוראות, צלב קיבוע ומטרונום חזותי המוצגים לנבדק. (A) הוראות המוצגות במהלך בדיקת טווח התנועה. (ב) הוראות לפני כל שלב של הבדיקה במהלך סריקת ה-fMRI. (ג) צלב קיבוע המוצג במהלך שלבי המנוחה. (D) מטרונום חזותי: עיגול סגור (מטרה) נע למעלה ולמטה במסגרת אליפסה בזמן שהנושא שולט במעגל פתוח (סמן) באמצעות כיפוף כף הרגל כדי לעקוב אחר המטרה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: הדמיית פנטום ונושא. (A) תוצאות הדמיית פנטום (a) ללא ו-(b) עם מכשיר כף הרגל פעיל ועם ניתוח החזר ROI בתוך הפנטום ובפריפריה של הסריקה. (ב) פעולת רובוט כף הרגל אינה משפיעה על התמונות או ההפעלות האנושיות של ה-EPI. (א) שליטה ללא רובוט כף הרגל בחדר הסורק. (ב) דריכה רציפה עם רובוט הרגל בחדר הסורק. (ג) תמונה ב-(ב) פחות התמונה ב-(א). הפעלות, כולל ב-M1 ו-SMA (חיצים) (ד) כאשר מכשיר הקרסול אינו פעיל ו-(ה) מופעל ב-60% מהכוח המרבי של הנבדק. ערכי הסטטיסטיקה של t מוצגים (סרגל צבע), המצביעים על עירור מובהק סטטיסטית של המוח במהלך תנועה לעומת עירור בעת מנוחה, על גבי תמונות אטלס. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

קובץ קידוד משלים 1: רגל עבור Jove.lua - קושחת סקריפט Lua שהועלתה למודול DAQ. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

קובץ קידוד משלים 2: FootDevice_forJove.m - קובץ Script עבור ממשק המפעיל והתצוגות עבור הנושאים. קובץ פונקציית העזר מסופק בקובץ קידוד משלים 3. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

קובץ קידוד משלים 3: ShutdownLabJackIfAbort.m - פונקציית עזר של קובץ m בשימוש אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

שלבים קריטיים
הבדיקה המוקדמת של יכולתו של הנבדק לייצר לפחות תנועה מינימלית של דוושת כף הרגל עם כף הרגל החלקית שלו היא קריטית. ציון FAC של 4 או 5 והיכולת לעמוד לפרק זמן מינימלי משקפים את היכולת המשולבת של הנבדק בין הגפיים הלא מושפעות והפרטיות שלו ואינם משקפים את היכולת להזיז את כף הרגל הפרטית לבד. במחקר הנוכחי, המטרה העיקרית הייתה גירוי שינויים נוירופלסטיים באזור הפגיעה באמצעות טיפול אינטנסיבי בכף הרגל הפגועה, כמו גם בחינת עירור במוח. נבדקים שאינם יכולים לייצר לפחות את רמת הכוח הנדרשת ולהזיז את הדוושה לא יוכלו לעקוב אחר המטרונום החזותי או להשתתף בפרדיגמת האימון הנלווית - מפגש טיפולי משחוק שבו אווטאר וידאו נע דרך מערה גלית תוך הימנעות מהתנגשויות עם הקירות.

בפרוטוקול שלב 2.4, כף הרגל של הנבדק מהודקת לתוך הדוושה, ומכשיר כף הרגל ממוקם לאחר שראשו של הנבדק כבר התייצב בתוך סליל הראש. חשוב לספק ריפוד מקזז מתחת לסוליה ומאחורי העקב של כף הרגל ו/או הנעל כך שציר תנועת הקרסול של הנבדק מיושר עם הציר הראשי של מכשיר כף הרגל. אם זה לא הושג בדיוק סביר, כאשר הנבדק מכופף את כף רגלו למעלה ולמטה, רגלו המיושרת תידחף ותימשך, מה שישדר לראשו של הנבדק, מה שעלול לגרום לתנועת הראש ולייצר חפצי תנועה בסריקות ה-fMRI.

מגבלות
כפי שצוין לעיל, אחת המגבלות של איטרציה זו של המכשיר היא שקיימת דרישת כוח התנגדות מינימלית, המונעת מנבדקים עם רמה מסוימת של שיתוק חמור להפעיל את המכשיר עם הגפה הפגועה. מחקרים וטיפולים שאין להם הגבלה של גפה אחת עשויים להשתמש בשתי הדוושות בו זמנית, כך שניתן לספק סיוע על ידי הגפה הלא פגועה. הניסיון להשקיע מאמץ עם הגפה הפגועה בשילוב עם התנועה הפיזית שמתאפשרת על ידי הגפה המסייעת עשוי להועיל, אך השפעה זו הייתה מחוץ לתחום המחקר שבמסגרתו פותח מכשיר כף הרגל בתחילה. ניתן לטפל במגבלה זו בגרסה עתידית של ההתקן, בין אם על ידי החלפת ה-ERF הנוכחי באחד בעל צמיגות נמוכה יותר ללא אנרגיה או על ידי תכנון מחדש של בוכנה וצילינדר ERF. זה יגדיל את טווח הכוח הדינמי ויאפשר לנבדקים עם מוגבלויות חמורות יותר להשתתף במחקרים ולהפיק תועלת מטיפול עם יורשי המכשיר.

בעוד שמכשיר כף הרגל שימש רק ליצירת התנגדות כוח קבועה לתנועה נתונה במחקר הנוכחי, זו אינה מגבלה של המכשיר. ניתן לתכנת מחדש את ממשק המשתמש כך שיציג משימות מעקב אחר מטרות מורכבות יותר מאשר מטרונום חזותי פשוט, ו/או ניתן לשנות את כוח ההתנגדות באופן רציף או בלתי צפוי, כלומר הנבדק יצטרך להסתגל כדי לעקוב אחר המסלול. משחק האימון שהוזכר לעיל עושה שימוש מוגבל במסלולים מורכבים יותר (תחת כוחות אחידים) ומאפשר למשתמש לבחור בין ענפים למעלה ולמטה בזמנים שונים כדי לעזור לשמור על עניין במהלך אימונים ממושכים. מחקר עתידי עשוי לקבוע כי גירויים מורכבים יותר עשויים להוליד שיפוץ עצבי מהיר יותר והתאוששות תפקודית.

חשיבות
מגוון גורמים יכולים לגרום לנכויות בקרסול ולהשפיע לרעה על חיי היומיום, כולל השמנת יתר, פעילות גופנית מוגזמת או מוגבלת, הזדקנות, פתולוגיות מולדות, פציעות וכו'. ביניהם, נכויות נוירולוגיות הנגרמות כתוצאה משבץ מוחי או פגיעות בעמוד השדרה הן בעלות השיקום הארוך והמאתגר ביותר. פרוטוקולי שיקום קונבנציונליים דורשים תוכנית אימונים אינטנסיבית באמצעות רצועות התנגדות, גלילי קצף ולוחות ספינינג. מכשירים פשוטים אלה אינם יכולים לספק את המידע הכמותי הדרוש למעקב אחר תהליך השיקום והתאמת הטיפול. בנוסף, הם אינם יכולים לספק טיפול במינון גבוה ובעצימות גבוהה באופן עקבי. רובוטים רבים לשיקום תנועת כף הרגל פותחו כדי להתגבר על מגבלות אלו עם ארכיטקטורות ותכונות עיצוב שונות, כולל אורתוזות אקטיביות, שלדים חיצוניים ורובוטים מבוססי פלטפורמה³².

מבין מכשירי תנועת הרגל הקיימים התואמים ל-MR, מעטים הם מוכווני שיקום. מכשירים מסוימים מספקים גירויים בכוח נמוך ובתדר גבוה על משטח קטן של כף הרגל כדי לעורר הפעלה מוחית במקום לתמוך בשיקום תפקודי מציאותי^33,34. אחרים מתמקדים במדידת קינמטיקה או כוח מבלי לספק התנגדות מספקת או מוגדרת מראש 19,35,36,37,38,39. כמה מערכות בעלות יכולת שיקום תואמות MRI למתן התנגדות הקשורה להליכה הן פנאומטיות^25,40 או משתמשות ברצועות אלסטיות²¹. מכשיר כף הרגל הנוכחי משתמש בסוג הפעלה מתכוונן דינמית באמצעות נוזלים אלקטרו-ריאולוגיים, שיכולים לשנות את צמיגותם בתגובה לשדות החשמליים המופעלים. כפי שמוצג עם התקן אחיזת היד המבשר, בהשוואה לטכנולוגיות ההפעלה האחרות, ERF מאפשרים התנגדות מהירה, מדויקת וחזקה בשילוב בעיצוב קומפקטי ונייד 41,42,43.

שיקום מסורתי תלוי בדרך כלל בתרגול חוזר ונשנה מוכוון משימה בעוצמה ובמשך הדרושים כדי להגיע למישור ביכולת הנרכשת מחדש. לפיכך, יכולתו של המטופל להשיג תוצאת החלמה חיובית תלויה במוטיבציה הפנימית הראשונית של המטופל או ביכולות המוטיבציה החיצוניות/פנימיות של מטפל מיומן. ניטור קליני לאחר שבץ מוחי הוא מייגע ולא מדויק. הכיסוי הביטוחי לפיזיותרפיה מוגבל ל-150 ימים רצופים לשבץ מוחי ראשון⁴⁴, וחולים שאינם מגיבים היטב לטיפולים מוקדמים בדרך כלל לא צפויים להשתפר⁴⁵. ניסיון באימון רובוטי מנוטר על ידי הדמיה באמצעות מכשיר אחיזת היד מצביע על כך שחלון הפיזיותרפיה לחולי שבץ מוחי לעולם לא ייסגר 3,5,6,8,46. מדדים הנגזרים מהדמיה עשויים להיות טובים יותר מהערכות קליניות כמנבאים הצלחה טיפולית פוטנציאלית ועשויים לספק מידע להנחיית תכנון טיפול משופר ואינדיבידואלי. הנתונים שהתקבלו מצביעים על כך ששיפורים מוטוריים שנרכשו באימון נמשכים לטווח ארוך³. לתחום עבודה זה יש פוטנציאל להביא לשינוי פרדיגמה בטיפול בשבץ מוחי ולחדש תקווה לחולי שבץ כרוני.

מכיוון שזוהתה נוירופלסטיות ממנבאים תוצאות על סמך התוצאות עם מכשיר אחיזת היד הרובוטי 3,8,46,47,48, הוצע פיתוח של מכשיר רובוטי דומה המושרה על ידי כף רגל תואם MR (MR_COFID). לאחר אחיזה, שימוש בכף הרגל הוא יעד קריטי לשיקום מכיוון שתפקוד לקוי של כף הרגל הנגרם על ידי שבץ מוחי גורם למעידות ונפילות⁴⁹. התוצרים של עבודה זו עשויים לשפר את תוצאות השבץ הכרוני, להפחית עלויות באמצעות שיקום מואץ והפחתת נטל הטיפול לאחר השיקום, ולשפר את איכות החיים של המטופלים. בחינת הפוטנציאל לספק הכשרה שיקומית ניתנת להרחבה ויעילה באמצעות גישות חדשניות תהפוך לחשובה יותר ויותר לנוכח תקציבי בריאות מתכווצים באופן צפוי ואירועים בלתי צפויים כמו המגיפה הנוכחית.

לאף אחד מהמחברים אין ניגודי אינטרסים לחשוף.

עבודה זו נתמכה על ידי מענק מהמכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ מוחי (מענק מספר 1R01NS105875-01A1) של המכונים הלאומיים לבריאות לא. עבודה זו בוצעה במרכז Athinoula A. Martinos להדמיה ביו-רפואית. ברצוננו להודות למנהל ד"ר ברוס ר. רוזן, ד"ר לרפואה ולחברי צוות מרכז מרטינוס, ולד"ר מיכאל מוסקוביץ, ד"ר, על עצתם ותמיכתם. לבסוף, אנו מודים ל-Virtumed, LLC על ייצור המכשיר.