Evaluatie van Myoelectric Implantable Recording Array (MIRA) bij deelnemers met transradiale amputatie (MIRA)

Een goed gedocumenteerde uitdaging met de huidige myo-elektrische apparaten is het algemene gebruik van slechts twee oppervlakte-EMG-elektroden om besturingssignalen op te nemen, meestal één op elk van de strekspier- en buigspiercompartimenten in het restledemaat. Met deze elektrodeconfiguratie kan op elk moment slechts één enkele beweging worden bestuurd. Om over te schakelen op nieuwe bewegingen of grijppatronen is meestal een secundaire schakelmethode vereist. Deze sequentiële controle maakt voorgeprogrammeerde functionele grepen mogelijk en kan worden geselecteerd door patronen van co-contractie van antagonistische spiergroepen. Deze benadering heeft echter beperkt succes vanwege de langzame en niet-intuïtieve aard van de vereiste spieractivaties. Samentrekking van buigspieren kan bijvoorbeeld worden gebruikt om de hand te sluiten, maar om de pols te roteren is een co-contractie van de buigspieren en strekspieren (om van besturingsmodus te wisselen) vereist, gevolgd door samentrekking van de buigspieren. Deze niet-intuïtieve benadering negeert de normale functie van de onderarmspieren en heeft als verder nadeel dat gelijktijdige controle van handopening en polsrotatie onmogelijk is. Het toevoegen van extra grijppatronen kan het probleem verergeren en vereist vaak dat de gebruiker door de verschillende voorgeprogrammeerde patronen stapt door meerdere co-contracties uit te voeren totdat de juiste beweging is geselecteerd. Op oppervlakte-elektroden gebaseerde systemen zijn ook afhankelijk van sterke spiercontracties, die inefficiënt zijn en bijdragen aan onhandige bruikbaarheid en uiteindelijke afstoting van de prothese. Andere complicaties die worden geassocieerd met oppervlakte-elektroden zijn signaalveranderingen als gevolg van omgevingsfactoren zoals zweten, dagelijkse verandering van elektrodelocaties vanwege huidgerelateerde problemen en gevoeligheid voor overspraak en bewegingsartefacten. Implanteerbare elektroden worden daarentegen beschermd tegen omgevingsfactoren, blijven op hun plaats zitten, kunnen kleine signalen van zacht samentrekkende spieren registreren en kunnen veel verschillende signalen registreren om mogelijk complexere en gelijktijdige controle van meerdere gewrichten mogelijk te maken.

Recent onderzoek met myo-elektrische besturing heeft zich gericht op het ontwikkelen van nieuwe besturingsparadigma's, zoals gelijktijdige regeling met meerdere vrijheidsgraden en proportionele snelheidsregeling. Vaak worden oppervlakte-EMG-opnamen van een antagonistisch paar spieren gebruikt om een ​​enkele vrijheidsgraad te beheersen. Implanteerbare elektroden zijn veelbelovend gebleken als alternatieve methode in voorbereidende studies met menselijke proefpersonen, en recent onderzoek heeft aangetoond dat tot drie vrijheidsgraden gelijktijdig zijn gecontroleerd in een virtuele omgeving met behulp van intramusculaire elektroden, evenals proportionele snelheidsregeling. Het implanteerbare myo-elektrische sensorsysteem (IMES®) maakt gebruik van acht geïmplanteerde elektroden (zes actief nodig voor controle, twee als back-ups) om drie vrijheidsgraden te regelen. Een ander onderzoek met dezelfde EMG-leads en elektrodeconfiguratie als MIRA, percutaan geïmplanteerd, maakte gelijktijdige controle van maximaal 6 vrijheidsgraden mogelijk (duimflexie, wijsflexie, middenflexie, duimadductie en -abductie, polsflexie en -extensie, en polspronatie en supinatie) van een geavanceerde prothese. Aangezien myo-elektrische prothesen afstand nemen van voorgeprogrammeerde bewegingen en patroonherkenning, lijken minimaal twee elektroden geïmplanteerd in afzonderlijke spierdoelen nodig te zijn om een ​​enkele vrijheidsgraad te beheersen.

De benadering van de onderzoeker is gericht op het aanpakken van de beperkingen van het beheersen van ultramoderne prothetische handen. Meerkanaals intramusculaire EMG-opnamen met behulp van het MIRA-implantaat zullen worden gebruikt om gelijktijdige hand- en polsbewegingen aan te sturen, wat een aanzienlijke verbetering van de motorische controle oplevert ten opzichte van de huidige state-of-the-art. Meer specifiek is het doel om controle te krijgen over polsrotatie en het openen/sluiten van de hand en optimaal flexie/extensie van de pols en onafhankelijke flexie/extensie van vier vingers. Mensen met transradiale amputaties zullen worden gerekruteerd voor deze studie met als doel het herstel van de hand- en polsfunctie.

De onderzoekers hebben MIRA ontworpen om percutane verbindingen te elimineren, wat het risico op infectie vermindert en de hoeveelheid zorg die de proefpersonen nodig hebben, minimaliseert. De studie is ontworpen om een ​​jaar te duren, inclusief een aanzienlijke hoeveelheid thuistesten. Telerevalidatieprincipes (bijv. bewaking op afstand, regelmatige voortgangscontroles) worden gebruikt om te zorgen voor frequente communicatie met onderzoekers en regelmatige beoordeling van de prestaties van het apparaat. Het uitvoeren van een studie van een jaar zal voldoende tijd bieden om proefpersonen hun nieuwe apparaat te laten leren gebruiken en ons ook in staat te stellen de prestaties van het apparaat op de lange termijn te documenteren. De onderzoekers verzamelen voorlopige veiligheidsgegevens en documenteren het type en de frequentie van eventuele bijwerkingen die optreden tijdens de implantatie. De kwaliteit van het EMG-signaal en de algehele prestaties van het apparaat gedurende de duur van de implantatie zullen ook worden gemeten.