Evaluering av Myoelectric Implantable Recording Array (MIRA) hos deltakere med transradial amputasjon (MIRA)

En godt dokumentert utfordring med nåværende myoelektriske enheter er den vanlige bruken av bare to overflate-EMG-elektroder for å registrere kontrollsignaler, typisk en på hver av ekstensor- og flexormuskelrommene i det resterende lemmet. Med denne elektrodekonfigurasjonen kan kun en enkelt bevegelse kontrolleres til enhver tid. Bytte til nye bevegelser eller gripemønstre krever vanligvis en sekundær byttemetode. Denne sekvensielle kontrollen muliggjør forhåndsprogrammerte funksjonelle grep, og kan velges ved mønstre for samkontraksjon av antagonistmuskelgrupper. Imidlertid har denne tilnærmingen begrenset suksess på grunn av den langsomme og ikke-intuitive naturen til de nødvendige muskulære aktiveringene. For eksempel kan sammentrekning av bøyemuskulaturen brukes til å lukke hånden, men for å rotere håndleddet kreves en samkontraksjon av bøye- og ekstensorene (for å bytte kontrollmodus) etterfulgt av bøyekontraksjon. Denne ikke-intuitive tilnærmingen ignorerer den normale funksjonen til underarmsmusklene og har en ytterligere ulempe at samtidig kontroll av håndåpning og håndleddsrotasjon er umulig. Å legge til ytterligere gripemønstre kan gjøre problemet verre og krever ofte at brukeren går gjennom de forskjellige forhåndsprogrammerte mønstrene ved å gjøre flere ko-kontraksjoner til riktig bevegelse er valgt. Overflateelektrodebaserte systemer er også avhengige av sterke muskelsammentrekninger, som er ineffektive og bidrar til vanskelig brukbarhet og endelig avvisning av protesen. Andre komplikasjoner som er forbundet med overflateelektroder er signalendringer på grunn av miljøforhold som svette, daglig endring av elektrodeplasseringer på grunn av hudrelaterte problemer, og mottakelighet for krysstale og bevegelsesartefakter. I motsetning til dette er implanterbare elektroder beskyttet mot miljøforhold, forblir festet på plass, kan registrere små signaler fra forsiktig sammentrekkende muskler, og kan registrere mange forskjellige signaler for potensielt å tillate mer kompleks og samtidig kontroll av flere ledd.

Nyere forskning med myoelektrisk kontroll har fokusert på å utvikle nye kontrollparadigmer, slik som samtidig kontroll av flere grader av frihet og proporsjonal hastighetskontroll. Ofte brukes overflate-EMG-opptak fra et antagonistisk muskelpar for å kontrollere en enkelt frihetsgrad. Implanterbare elektroder har vist lovende som en alternativ metode i foreløpige studier på mennesker, og nyere forskning har vist at opptil tre frihetsgrader har blitt kontrollert samtidig i et virtuelt miljø ved bruk av intramuskulære elektroder, samt proporsjonal hastighetskontroll. Det implanterbare myoelektriske sensorsystemet (IMES®) bruker åtte implanterte elektroder (seks er nødvendige for kontroll, to som backup) for å kontrollere tre frihetsgrader. En annen studie med samme EMG-ledninger og elektrodekonfigurasjon som MIRA, implantert perkutant, muliggjorde samtidig kontroll av opptil 6 frihetsgrader (tommelfleksjon, indeksfleksjon, mellomfleksjon, tommeladduksjon og -abduksjon, håndleddsfleksjon og ekstensjon, og håndleddspronasjon og supinasjon) av en avansert protese. Ettersom myoelektriske proteser beveger seg bort fra forhåndsprogrammerte bevegelser og mønstergjenkjenning, ser det ut til at minimum to elektroder implantert i separate muskelmål er nødvendig for å kontrollere en enkelt frihetsgrad.

Etterforskerens tilnærming tar sikte på å adressere begrensningene ved å kontrollere state-of-the-art protesehender. Multikanals intramuskulære EMG-registreringer ved bruk av MIRA-implantatet vil bli brukt til å drive samtidige hånd- og håndleddsbevegelser, noe som gir en betydelig forbedring i motorisk kontroll i forhold til den nåværende state-of-the-art. Mer spesifikt er målet å oppnå kontroll over håndleddsrotasjon og åpning/lukking av hånden og optimalt, fleksjon/ekstensjon av håndleddet og uavhengig fleksjon/ekstensjon av fire fingre. Personer med transradiale amputasjoner vil bli rekruttert til denne studien med mål om å gjenopprette hånd- og håndleddsfunksjonen.

Etterforskerne har designet MIRA for å eliminere perkutane forbindelser, noe som vil redusere risikoen for infeksjon og minimere mengden omsorg som kreves av studieobjektene. Studien er designet for å vare i ett år, inkludert en betydelig mengde hjemmetesting. Telerehabiliteringsprinsipper (f.eks. fjernovervåking, regelmessige fremdriftskontroller) vil bli brukt for å sikre hyppig kommunikasjon med etterforskere og regelmessig vurdering av enhetens ytelse. Gjennomføring av en år lang studie vil gi tilstrekkelig tid til at forsøkspersoner kan lære å bruke den nye enheten sin, og også tillate oss å dokumentere langsiktig enhetsytelse. Etterforskerne vil samle inn foreløpige sikkerhetsdata og dokumentere typen og hyppigheten av eventuelle uønskede hendelser som oppstår under implantasjonens varighet. EMG-signalkvalitet og generell enhetsytelse over implantasjonens varighet vil også bli målt.