Ocena mioelektrycznej wszczepialnej macierzy rejestrującej (MIRA) u uczestników z amputacją promieniową (MIRA)

Dobrze udokumentowanym wyzwaniem związanym z obecnymi urządzeniami mioelektrycznymi jest powszechne stosowanie tylko dwóch powierzchniowych elektrod EMG do rejestrowania sygnałów kontrolnych, zwykle po jednej na każdym z przedziałów mięśni prostowników i zginaczy kikuta. Dzięki tej konfiguracji elektrod w dowolnym momencie można kontrolować tylko jeden ruch. Zmiana na nowe ruchy lub wzorce chwytania zazwyczaj wymaga dodatkowej metody przełączania. Ta sekwencyjna kontrola umożliwia zaprogramowane chwyty funkcjonalne i może być wybrana na podstawie wzorców współskurczu antagonistycznych grup mięśniowych. Jednak to podejście ma ograniczony sukces ze względu na powolny i nieintuicyjny charakter wymaganych aktywacji mięśni. Na przykład skurcz mięśni zginaczy może być użyty do zamknięcia dłoni, ale aby obrócić nadgarstek, wymagany jest wspólny skurcz zginaczy i prostowników (w celu przełączenia trybów sterowania), po którym następuje skurcz zginaczy. To nieintuicyjne podejście ignoruje normalną funkcję mięśni przedramienia i ma dodatkową wadę polegającą na tym, że niemożliwa jest jednoczesna kontrola otwarcia dłoni i rotacji nadgarstka. Dodanie dodatkowych wzorców chwytania może pogorszyć problem i często wymaga od użytkownika przechodzenia przez różne wstępnie zaprogramowane wzorce poprzez wykonywanie wielu współskurczów, aż do wybrania prawidłowego ruchu. Systemy oparte na elektrodach powierzchniowych opierają się również na silnych skurczach mięśni, które są nieefektywne i przyczyniają się do niewygodnej użyteczności i ostatecznego odrzucenia protezy. Inne komplikacje związane z elektrodami powierzchniowymi to zmiany sygnału spowodowane warunkami środowiskowymi, takimi jak pocenie się, codzienna zmiana lokalizacji elektrod z powodu problemów skórnych oraz podatność na przesłuchy i artefakty ruchowe. W przeciwieństwie do tego, wszczepialne elektrody są chronione przed warunkami środowiskowymi, pozostają nieruchome, mogą rejestrować niewielkie sygnały z delikatnie kurczących się mięśni i mogą rejestrować wiele różnych sygnałów, co potencjalnie pozwala na bardziej złożoną i jednoczesną kontrolę wielu stawów.

Ostatnie badania nad kontrolą mioelektryczną koncentrowały się na opracowaniu nowych paradygmatów sterowania, takich jak jednoczesna kontrola wielu stopni swobody i proporcjonalna kontrola prędkości. Często zapisy powierzchniowego EMG z antagonistycznej pary mięśni są wykorzystywane do kontrolowania jednego stopnia swobody. Wszczepialne elektrody okazały się obiecującą metodą alternatywną we wstępnych badaniach na ludziach, a ostatnie badania wykazały, że do trzech stopni swobody było jednocześnie kontrolowanych w środowisku wirtualnym za pomocą elektrod domięśniowych, a także proporcjonalnej kontroli prędkości. System Implantable Myoelectric Sensor (IMES®) wykorzystuje osiem wszczepionych elektrod (sześć aktywnie potrzebnych do kontroli, dwie jako rezerwowe) do kontrolowania trzech stopni swobody. Inne badanie z wykorzystaniem tych samych odprowadzeń EMG i konfiguracji elektrod co MIRA, wszczepionych przezskórnie, umożliwiło jednoczesną kontrolę do 6 stopni swobody (zgięcie kciuka, zgięcie wskazujące, zgięcie środkowe, przywodzenie i odwodzenie kciuka, zgięcie i wyprost nadgarstka oraz pronacja i supinacja) zaawansowanej protezy. Ponieważ protezy mioelektryczne odchodzą od zaprogramowanych ruchów i rozpoznawania wzorców, wydaje się, że do kontrolowania jednego stopnia swobody konieczne są co najmniej dwie elektrody wszczepione w oddzielne cele mięśniowe.

Podejście badacza ma na celu uwzględnienie ograniczeń związanych z kontrolowaniem najnowocześniejszych protez rąk. Wielokanałowe domięśniowe zapisy EMG z wykorzystaniem implantu MIRA będą wykorzystywane do prowadzenia jednoczesnych ruchów dłoni i nadgarstka, zapewniając znaczną poprawę kontroli motorycznej w stosunku do obecnego stanu techniki. Dokładniej, celem jest uzyskanie kontroli rotacji nadgarstka i otwierania/zamykania dłoni oraz optymalnie zgięcia/wyprostu nadgarstka i niezależnego zgięcia/wyprostu czterech palców. Osoby z amputacją promieniową zostaną włączone do tego badania w celu przywrócenia funkcji ręki i nadgarstka.

Badacze zaprojektowali MIRA w celu wyeliminowania połączeń przezskórnych, co zmniejszy ryzyko infekcji i zminimalizuje ilość opieki wymaganej przez badanych. Badanie ma trwać jeden rok, w tym znaczną liczbę testów w domu. Zasady telerehabilitacji (m.in. zdalny monitoring, regularne kontrole postępów) będą wykorzystywane w celu zapewnienia częstej komunikacji z badaczami i regularnej oceny działania urządzenia. Przeprowadzenie całorocznego badania zapewni uczestnikom wystarczająco dużo czasu, aby nauczyć się korzystać z nowego urządzenia, a także pozwoli nam udokumentować długoterminowe działanie urządzenia. Badacze zbiorą wstępne dane dotyczące bezpieczeństwa i udokumentują rodzaj i częstotliwość wszelkich zdarzeń niepożądanych, które wystąpią w czasie implantacji. Zmierzona zostanie również jakość sygnału EMG i ogólna wydajność urządzenia w czasie trwania implantacji.