Regeneratieve perifere zenuwinterfaces voor de controle van prothesen boven de knie

Achtergrond: Hoewel er veel prothesen zijn ontwikkeld voor functioneel herstel na een grote amputatie van de onderste ledematen, bestaat er geen stabiele interface die betrouwbare, langdurige controle biedt over een geavanceerd robotarmlid dat in staat is tot meerdere vrijheidsgraden. Bovendien bestaat er geen bestaande interface die nuttige sensorische feedback geeft die op zijn beurt de functionele mogelijkheden van de prothese verbetert. Om deze beperkingen aan te pakken, stellen de onderzoekers het gebruik voor van een nieuwe biologische interface die bekend staat als de Regenerative Peripheral Nerve Interface (RPNI). Een RPNI bestaat uit een perifere zenuw die in een vrij spiertransplantaat wordt geïmplanteerd. Naarmate de zenuw groeit, reïnnerveert deze het vrije spiertransplantaat, dat een voorspelbare opeenvolging van revascularisatie en regeneratie ondergaat. De RPNI maakt gebruik van deze biologische processen om mensen met een amputatie drie essentiële voordelen te bieden: 1) intuïtieve motorische controle, 2) sensorische feedback en 3) vermindering van pijn na een amputatie.

Doelstelling/hypothesen: Het doel van deze toepassing is (1) het bepalen van de mate waarin de RPNI's het genereren van hifi-motorische besturingssignalen voor een aangedreven knie-enkelprothese mogelijk maken en (2) aantonen dat betekenisvolle sensorische feedback kan worden gegenereerd uit stimulatie van heupzenuw RPNI's.

Specifieke doelstellingen: De specifieke doelstellingen zijn: (1) Evalueren van de amplitude, bewegingsspecificiteit en stabiliteit van heupzenuw RPNI-elektromyografie (EMG) signalen tot één jaar na RPNI-operatie, (2) Beoordelen van functionele bewegingsprestaties met behulp van heupzenuw RPNI-signalen voor controle van een fysiek gemotoriseerd beenprothese met meerdere vrijheidsgraden, en (3) bepalen of stimulatie van RPNI's van de heupzenuw zinvolle sensorische feedback oplevert.

Studieopzet: Dit project is het eerste klinische onderzoek naar RPNI's bij mensen met een amputatie van de onderste ledematen. Voor het onderzoek zullen drie personen met een transfemorale amputatie worden gerekruteerd. RPNI's zullen operatief op de heupzenuw worden geconstrueerd en intramusculaire elektroden zullen in deze RPNI's en resterende spieren worden geïmplanteerd. Experimenten zullen vervolgens met regelmatige tussenpozen worden uitgevoerd tot een jaar na de RPNI-operatie. Deze experimenten zullen de EMG-signalen meten die worden gegenereerd door RPNI's als reactie op vrijwillige beweging van het fantoomlid. Deze signalen zullen vervolgens worden gebruikt om een ​​door twee gewrichten aangedreven prothese aan te sturen tijdens cyclische en onvoorspelbare bewegingen. Functionele beweging, pijn en andere door de patiënt gerapporteerde uitkomsten zullen worden verzameld voor data-analyse. Bovendien zullen RPNI's elektrisch worden gestimuleerd om sensatie op te wekken. Ook tijdens het uitvoeren van functionele taken zal er stimulatie plaatsvinden.

Aan het einde van de gegevensverzameling ondergaan de deelnemers elektrode-explantatie en voltooien ze een postoperatief bezoek om het herstel, de pijn en eventuele daarmee samenhangende bijwerkingen te beoordelen.