Оценка миоэлектрической имплантируемой записывающей матрицы (MIRA) у участников с трансрадиальной ампутацией (MIRA)

Хорошо задокументированной проблемой с современными миоэлектрическими устройствами является обычное использование только двух поверхностных ЭМГ-электродов для записи управляющих сигналов, как правило, по одному на каждом из отделов мышц-разгибателей и мышц-сгибателей культи. С такой конфигурацией электродов в любой момент времени можно контролировать только одно движение. Переход к новым движениям или схемам захвата обычно требует вторичного метода переключения. Этот последовательный контроль позволяет выполнять предварительно запрограммированные функциональные захваты и может быть выбран путем совместного сокращения групп мышц-антагонистов. Однако этот подход имеет ограниченный успех из-за медленного и неинтуитивного характера необходимой мышечной активации. Например, сокращение мышц-сгибателей может использоваться для закрытия кисти, но для вращения запястья требуется совместное сокращение мышц-сгибателей и разгибателей (для переключения режимов управления) с последующим сокращением сгибателей. Этот неинтуитивный подход игнорирует нормальную функцию мышц предплечья и имеет еще один недостаток, заключающийся в невозможности одновременного управления апертурой руки и вращением запястья. Добавление дополнительных схем хватания может усугубить проблему и часто требует от пользователя пошагового выполнения различных предварительно запрограммированных схем путем выполнения нескольких совместных сокращений, пока не будет выбрано правильное движение. Системы на основе поверхностных электродов также зависят от сильных мышечных сокращений, которые неэффективны и способствуют неудобному использованию и окончательному отторжению протеза. Другими осложнениями, связанными с поверхностными электродами, являются изменения сигнала из-за условий окружающей среды, таких как потливость, ежедневная смена местоположения электродов из-за проблем, связанных с кожей, а также восприимчивость к перекрестным помехам и артефактам движения. Напротив, имплантируемые электроды защищены от условий окружающей среды, остаются зафиксированными на месте, могут регистрировать небольшие сигналы от мягко сокращающихся мышц и могут регистрировать множество различных сигналов, потенциально обеспечивая более сложный и одновременный контроль нескольких суставов.

Недавние исследования миоэлектрического управления были сосредоточены на разработке новых парадигм управления, таких как одновременное управление с несколькими степенями свободы и пропорциональное управление скоростью. Часто записи поверхностной ЭМГ от антагонистической пары мышц используются для контроля одной степени свободы. Имплантируемые электроды показали себя многообещающе в качестве альтернативного метода в предварительных исследованиях на людях, а недавние исследования показали, что в виртуальной среде одновременно контролируются до трех степеней свободы с использованием внутримышечных электродов, а также пропорциональный контроль скорости. Система имплантируемых миоэлектрических датчиков (IMES®) использует восемь имплантированных электродов (шесть активно необходимы для контроля, два в качестве резервных) для контроля трех степеней свободы. Другое исследование с использованием тех же отведений ЭМГ и конфигурации электродов, что и MIRA, имплантированных чрескожно, позволило одновременно контролировать до 6 степеней свободы (сгибание большого пальца, сгибание указательного пальца, среднее сгибание, приведение и отведение большого пальца, сгибание и разгибание запястья, пронацию запястья и супинация) усовершенствованного протеза. По мере того, как миоэлектрические протезы отходят от предварительно запрограммированных движений и распознавания образов, по-видимому, необходимо как минимум два электрода, имплантированных в отдельные мышцы-мишени, для контроля одной степени свободы.

Подход исследователя направлен на устранение ограничений управления современными протезами рук. Многоканальные внутримышечные записи ЭМГ с использованием имплантата MIRA будут использоваться для одновременных движений кисти и запястья, обеспечивая значительное улучшение моторного контроля по сравнению с современным уровнем техники. В частности, цель состоит в том, чтобы добиться контроля вращения запястья и открытия/закрытия кисти, а также оптимального сгибания/разгибания запястья и независимого сгибания/разгибания четырех пальцев. В это исследование будут включены люди с трансрадиальной ампутацией с целью восстановления функции кисти и запястья.

Исследователи разработали MIRA для устранения чрескожных соединений, что снизит риск заражения и сведет к минимуму объем ухода, требуемый субъектами исследования. Исследование рассчитано на один год, включая значительное количество тестов на дому. Принципы телереабилитации (например, удаленный мониторинг, регулярные проверки прогресса) будут использоваться для обеспечения частого общения со следователями и регулярной оценки производительности устройства. Проведение годичного исследования предоставит достаточно времени для того, чтобы испытуемые научились использовать свое новое устройство, а также позволит нам задокументировать долгосрочную производительность устройства. Исследователи соберут предварительные данные о безопасности и задокументируют тип и частоту любых нежелательных явлений, возникающих во время имплантации. Также будут измеряться качество сигнала ЭМГ и общая производительность устройства в течение всего периода имплантации.