Regenerative perifere nervegrænseflader til kontrol af proteser over knæet

Baggrund: Mens mange proteseanordninger er blevet udviklet til funktionel restaurering efter større amputation af underekstremiteterne, er der ingen stabil grænseflade til at give pålidelig, langsigtet viljekontrol af et avanceret robotlem, der er i stand til flere frihedsgrader. Desuden er der ingen eksisterende grænseflade, der giver nyttig sensorisk feedback, som igen forbedrer protesens funktionelle evner. For at imødegå disse begrænsninger foreslår efterforskerne brug af en ny biologisk grænseflade kendt som Regenerative Peripheral Nerve Interface (RPNI). En RPNI består af en perifer nerve, der er implanteret i et frit muskeltransplantat. Efterhånden som nerven vokser, reinnerverer den det frie muskeltransplantat, som gennemgår en forudsigelig sekvens af revaskularisering og regenerering. RPNI udnytter disse biologiske processer til at give personer med amputation tre væsentlige fordele: 1) intuitiv motorisk kontrol, 2) sensorisk feedback og 3) reduktion af smerte efter amputation.

Formål/hypoteser: Formålet med denne ansøgning er at (1) bestemme i hvilket omfang RPNI'erne muliggør generering af high-fidelity motorstyringssignaler til en drevet knæ-ankelprotese og (2) demonstrere, at meningsfuld sensorisk feedback kan genereres fra stimulering af RPNI'er i iskiasnerven.

Specifikke mål: De specifikke mål er at: (1) Evaluere amplituden, bevægelsesspecificiteten og stabiliteten af ​​RPNI-elektromyografi-signaler fra iskiasnerven (EMG) op til et år efter RPNI-kirurgi, (2) vurdere funktionel bevægelsesydelse ved hjælp af RPNI-signaler fra iskiasnerven til kontrol af en fysisk motoriseret benprotese med flere frihedsgrader, og (3) Bestem om stimulering af iskiasnerve RPNI'er giver meningsfuld sensorisk feedback.

Studiedesign: Dette projekt er den første kliniske undersøgelse af RPNI'er hos mennesker med amputation af underekstremiteterne. Undersøgelsen vil rekruttere 3 personer med transfemoral amputation. RPNI'er vil blive konstrueret kirurgisk på ischiasnerven, og intramuskulære elektroder vil blive implanteret i disse RPNI'er og resterende muskler. Eksperimenter vil derefter blive udført med regelmæssige intervaller op til et år efter RPNI-operation. Disse eksperimenter vil måle EMG-signalerne genereret af RPNI'er som reaktion på viljebevægelse af fantomlemmet. Disse signaler vil derefter blive brugt til at styre en toledsdrevet protese under cykliske og uforudsigelige bevægelser. Funktionel bevægelse, smerte og andre patientrapporterede resultater vil blive indsamlet til dataanalyse. Derudover vil RPNI'er blive elektrisk stimuleret for at fremkalde fornemmelse. Der vil også blive givet stimulering under udførelsen af ​​funktionelle opgaver.

Ved afslutningen af ​​dataindsamlingen vil deltagerne gennemgå elektrodeeksplantation og gennemføre et postoperativt besøg for at vurdere bedring, smerte og eventuelle tilknyttede bivirkninger.