Valutazione dell'array di registrazione impiantabile mioelettrico (MIRA) nei partecipanti con amputazione transradiale (MIRA)

Una sfida ben documentata con gli attuali dispositivi mioelettrici è l'uso comune di soli due elettrodi EMG di superficie per registrare i segnali di controllo, tipicamente uno su ciascuno dei compartimenti muscolari estensore e flessore dell'arto residuo. Con questa configurazione degli elettrodi, è possibile controllare un solo movimento alla volta. Il passaggio a nuovi movimenti o modelli di presa richiede in genere un metodo di commutazione secondario. Questo controllo sequenziale consente prese funzionali pre-programmate e può essere selezionato da schemi di co-contrazione di gruppi muscolari antagonisti. Tuttavia, questo approccio ha un successo limitato a causa della natura lenta e non intuitiva delle attivazioni muscolari richieste. Ad esempio, la contrazione dei muscoli flessori può essere utilizzata per chiudere la mano, ma per ruotare il polso è necessaria una co-contrazione dei flessori e degli estensori (per cambiare modalità di controllo) seguita dalla contrazione dei flessori. Questo approccio non intuitivo ignora la normale funzione dei muscoli dell'avambraccio e presenta un ulteriore svantaggio che è impossibile il controllo simultaneo dell'apertura della mano e della rotazione del polso. L'aggiunta di ulteriori schemi di presa può peggiorare il problema e spesso richiede all'utente di passare attraverso i diversi schemi pre-programmati facendo più contrazioni fino a quando non viene selezionato il movimento corretto. I sistemi basati su elettrodi di superficie si basano anche su forti contrazioni muscolari, che sono inefficienti e contribuiscono a un'usabilità scomoda e al rigetto finale della protesi. Altre complicazioni associate agli elettrodi di superficie sono i cambiamenti del segnale dovuti a condizioni ambientali come la sudorazione, il cambio quotidiano delle posizioni degli elettrodi a causa di problemi legati alla pelle e la suscettibilità alla diafonia e agli artefatti da movimento. Al contrario, gli elettrodi impiantabili sono protetti dalle condizioni ambientali, rimangono fissi in posizione, possono registrare piccoli segnali da muscoli che si contraggono dolcemente e possono registrare molti segnali diversi per consentire potenzialmente un controllo più complesso e simultaneo di più articolazioni.

La ricerca recente con il controllo mioelettrico si è concentrata sullo sviluppo di nuovi paradigmi di controllo, come il controllo simultaneo multi-grado di libertà e il controllo proporzionale della velocità. Spesso, le registrazioni EMG di superficie di una coppia di muscoli antagonisti vengono utilizzate per controllare un singolo grado di libertà. Gli elettrodi impiantabili si sono dimostrati promettenti come metodo alternativo negli studi preliminari su soggetti umani e recenti ricerche hanno dimostrato che fino a tre gradi di libertà sono stati controllati simultaneamente in un ambiente virtuale utilizzando elettrodi intramuscolari, oltre al controllo proporzionale della velocità. Il sistema del sensore mioelettrico impiantabile (IMES®) utilizza otto elettrodi impiantati (sei necessari attivamente per il controllo, due come back-up) per controllare tre gradi di libertà. Un altro studio che utilizzava le stesse derivazioni EMG e la stessa configurazione degli elettrodi di MIRA, impiantato per via percutanea, ha consentito il controllo simultaneo fino a 6 gradi di libertà (flessione del pollice, flessione dell'indice, flessione media, adduzione e abduzione del pollice, flessione ed estensione del polso e pronazione e supinazione) di una protesi avanzata. Poiché le protesi mioelettriche si allontanano dai movimenti preprogrammati e dal riconoscimento del pattern, sembra necessario un minimo di due elettrodi impiantati in bersagli muscolari separati per controllare un singolo grado di libertà.

L'approccio del ricercatore mira ad affrontare i limiti del controllo delle mani protesiche all'avanguardia. Le registrazioni EMG intramuscolari multicanale che utilizzano l'impianto MIRA verranno utilizzate per guidare i movimenti simultanei della mano e del polso fornendo un miglioramento significativo del controllo motorio rispetto all'attuale stato dell'arte. Più specificamente, l'obiettivo è ottenere il controllo della rotazione del polso e dell'apertura/chiusura della mano e, in modo ottimale, la flessione/estensione del polso e la flessione/estensione indipendente delle quattro dita. Le persone con amputazioni transradiali saranno reclutate in questo studio con l'obiettivo di ripristinare la funzione della mano e del polso.

I ricercatori hanno progettato MIRA per eliminare le connessioni percutanee, che ridurranno il rischio di infezione e ridurranno al minimo la quantità di cure richieste dai soggetti dello studio. Lo studio è progettato per durare un anno, inclusa una quantità significativa di test interni. Principi di teleriabilitazione (es. monitoraggio remoto, controlli periodici sui progressi) saranno utilizzati per garantire una comunicazione frequente con gli investigatori e una valutazione regolare delle prestazioni del dispositivo. Condurre uno studio di un anno fornirà tempo sufficiente per consentire ai soggetti di imparare a utilizzare il loro nuovo dispositivo e ci permetterà anche di documentare le prestazioni del dispositivo a lungo termine. Gli investigatori raccoglieranno dati preliminari sulla sicurezza e documenteranno il tipo e la frequenza di eventuali eventi avversi che si verificano per la durata dell'impianto. Verranno inoltre misurate la qualità del segnale EMG e le prestazioni complessive del dispositivo per tutta la durata dell'impianto.