Neurale Stimulation für den Handgriff bei Menschen mit Tetraplegie (AGILIS)

Die Elektrostimulation der Muskulatur wird seit Jahrzehnten in Rehabilitationseinrichtungen eingesetzt, die auf die Behandlung von Rückenmarksverletzungen spezialisiert sind. Es hat sich als wirksam beim Muskelaufbau und der Vorbeugung von Muskelatrophie nach einer Rückenmarksverletzung (SCI) oder einem Schlaganfall erwiesen. Es kann auch zur Verringerung der Spastik und vor allem zur Förderung einer funktionell sinnvollen Motorik eingesetzt werden. Es handelt sich dann um eine funktionelle Elektrostimulation (FES). Bei Querschnittsgelähmten, die durch eine schwere motorische Beeinträchtigung der oberen Extremitäten gekennzeichnet sind, ist die FES heute die einzige Technik, die es ermöglicht, eine funktionelle Greifbewegung wiederherzustellen, wenn die aktiven Muskelressourcen unterhalb der Ellbogen fehlen oder zu schwach sind, um eine Sehnentransferoperation zu ermöglichen.

Wie „Freehand“ stimulieren alle Geräte mit FES direkt die Muskulatur (Oberflächen-, intramuskuläre oder epimysiale Elektroden) und benötigen daher eine hohe Anzahl interner Komponenten mit einem theoretischen Infektionsrisiko und einer größeren Abstoßung. da jeder Muskel über eine Elektrode (bis zu 12 bei „FreeHand“) aktiviert werden muss. Die Forscher schlagen stattdessen eine selektive neurale Stimulation vor, da sie es ermöglicht, mehrere Muskeln über eine einzige Elektrode zu stimulieren. Die neurale Stimulation erfordert weniger Energie für die Muskelaktivierung. Bei unserem Vorgehen werden drei Elektroden oberhalb des Ellbogens am N. medianus, ulnaris und radialis implantiert. Dadurch wird die Anzahl der implantierten Elemente erheblich reduziert und damit i) das Infektionsrisiko, ii) das Misserfolgsrisiko, iii) das Operationsrisiko dank minimal-invasiver Chirurgie. Das Verfahren bestand darin, eine Manschettenelektrode mit mehreren Kontakten um die radialen, ulnaren oder medianen Nerven zu platzieren und die Auswirkungen der elektrischen neuralen Stimulation in Bezug auf Muskelselektivität, erzeugte Kraft und induzierte Bewegung zu beobachten. In einer früheren Studie haben die Forscher bereits durch akute intraoperative Tests (mit Genehmigung der Ethikkommission, #NCT03721861) nachgewiesen, dass:

Es wurde kein Ausfall der Elektroden oder des Stimulators festgestellt. Bei allen 8 Probanden war es möglich, Muskelgruppen selektiv zu stimulieren, um das Öffnen von Daumen und Fingern oder das Beugen von Daumen und Fingern zu erreichen und einen möglicherweise funktionellen Griff wie die Pinzette mit Opposition des Daumens oder des palmaren Griffs zu erhalten.

Eine zweite Machbarkeitsstudie (Ethikkommission Registrierung Nr. 2016-A00711-50) mit 17 Tetraplegikern bewertete die Fähigkeit des Probanden, freiwillige Kontraktionen der sus läsionalen Muskeln (EMG-Aufzeichnungen bei 8 Probanden) oder willkürliche Bewegungen der Schultern (Trägheitsaufzeichnungen bei 9 Probanden) zu verwenden. B. die Bewegungen einer Roboterhand oder das Auslösen einer elektrischen Oberflächenstimulation der Unterarmmuskulatur zu steuern. Alle Patienten konnten die vorgeschlagene Schnittstelle nach kurzer Eingewöhnungszeit beherrschen.

Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser beiden Studien möchten die Forscher einen weiteren Schritt in der Entwicklung eines Greifhilfegeräts für Patienten mit Querschnittslähmung gehen, indem sie die Implantation von drei Cuff-Elektroden mit perkutanem Anschluss am Arm von Personen vorschlagen Tetraplegie. Die Elektroden werden für einen Zeitraum von 1 Monat an Ort und Stelle belassen, bevor sie endgültig explantiert werden. Ein implantiertes Kabel verbindet die Elektroden mit einem externen Anschluss. Eine vorläufige Studie, die auf der Implantation von nur 2 Elektroden (auf dem N. medianus und dem N. radialis) basierte, wurde 2020 bei 2 Patienten durchgeführt. vKeiner der 2 Teilnehmer zeigte eine allgemeine und lokale Komorbidität. Die Akzeptanz war optimal. Keine der Stimulationskonfigurationen erzeugte widersprüchliche Bewegungen. Die Erfolgsrate bei der Aufgabenausführung durch die elektrostimulierte Hand übertraf den Zielwert von 50 % (54 % bzw. 51 % für Patient 1 und 2). Die Compliance-Rate der Kontrollbefehle bei beiden Patienten betrug > 90 % bei Verwendung der Bewegungs-IMU-basierten Erkennung und 100 % bei Verwendung der EMG-basierten Erkennung bei Patient 1. Diese Ergebnisse unterstützen die Relevanz der neuralen Stimulation der tetraplegischen oberen Extremität mit einem selektiveren Ansatz unter Verwendung von Multikontakt-Epineuralelektroden mit 9 bzw. 6 Kontaktpunkten für den N. medianus bzw. radialis.