Utvärdering av Myoelectric Implantable Recording Array (MIRA) hos deltagare med transradiell amputation (MIRA)

En väldokumenterad utmaning med nuvarande myoelektriska enheter är den vanliga användningen av endast två yt-EMG-elektroder för att registrera kontrollsignaler, vanligtvis en på var och en av extensor- och flexormuskelfack i den kvarvarande extremiteten. Med denna elektrodkonfiguration kan bara en enda rörelse kontrolleras vid varje given tidpunkt. Att byta till nya rörelser eller greppmönster kräver vanligtvis en sekundär växlingsmetod. Denna sekventiell kontroll möjliggör förprogrammerade funktionella grepp och kan väljas genom mönster av samkontraktion av antagonistmuskelgrupper. Detta tillvägagångssätt har dock begränsad framgång på grund av den långsamma och icke-intuitiva karaktären hos de erforderliga muskulära aktiveringarna. Till exempel kan kontraktion av flexormuskler användas för att stänga handen, men för att rotera handleden krävs en samkontraktion av flexorerna och extensorerna (för att byta kontrolllägen) följt av flexorkontraktion. Detta icke-intuitiva tillvägagångssätt ignorerar den normala funktionen hos underarmsmuskler och har ytterligare en nackdel att samtidig kontroll av handöppningen och handledens rotation är omöjlig. Att lägga till ytterligare greppmönster kan göra problemet värre och kräver ofta att användaren går igenom de olika förprogrammerade mönstren genom att göra flera samkontraktioner tills rätt rörelse väljs. Ytelektrodbaserade system förlitar sig också på starka muskelsammandragningar, som är ineffektiva och bidrar till besvärlig användbarhet och slutlig avstötning av protesen. Andra komplikationer som är förknippade med ytelektroder är signalförändringar på grund av miljöförhållanden som svettning, dagligt byte av elektrodplaceringar på grund av hudrelaterade problem och känslighet för överhörning och rörelseartefakter. Däremot är implanterbara elektroder skyddade från miljöförhållanden, förblir fixerade, kan spela in små signaler från försiktigt sammandragande muskler och kan spela in många olika signaler för att potentiellt möjliggöra mer komplex och samtidig kontroll av flera leder.

Ny forskning med myoelektrisk kontroll har fokuserat på att utveckla nya kontrollparadigm, såsom samtidig kontroll av flera frihetsgrader och proportionell hastighetskontroll. Ofta används yt-EMG-inspelningar från ett antagonistiskt muskelpar för att kontrollera en enda frihetsgrad. Implanterbara elektroder har visat lovande som en alternativ metod i preliminära studier på människor, och nyare forskning har visat att upp till tre frihetsgrader har kontrollerats samtidigt i en virtuell miljö med hjälp av intramuskulära elektroder, såväl som proportionell hastighetskontroll. Det implanterbara myoelektriska sensorsystemet (IMES®) använder åtta implanterade elektroder (sex behövs aktivt för kontroll, två som backup) för att kontrollera tre frihetsgrader. En annan studie med samma EMG-avledningar och elektrodkonfiguration som MIRA, implanterade perkutant, möjliggjorde samtidig kontroll av upp till 6 frihetsgrader (tumflexion, indexflexion, mellanflexion, tumadduktion och abduktion, handledsflexion och -extension, och handledspronation och supination) av en avancerad protes. När myoelektriska proteser rör sig bort från förprogrammerade rörelser och mönsterigenkänning, verkar minst två elektroder implanterade i separata muskelmål vara nödvändiga för att kontrollera en enda frihetsgrad.

Utredarens tillvägagångssätt syftar till att ta itu med begränsningarna med att kontrollera toppmoderna protetiska händer. Multikanals intramuskulära EMG-inspelningar med hjälp av MIRA-implantatet kommer att användas för att driva simultana hand- och handledsrörelser, vilket ger en betydande förbättring av motorisk kontroll jämfört med nuvarande toppmoderna. Mer specifikt är målet att uppnå kontroll av handledens rotation och öppning/stängning av handen och optimalt, flexion/extension av handleden och oberoende flexion/extension av fyra fingrar. Personer med transradiella amputationer kommer att rekryteras till denna studie med målet att återställa hand- och handledsfunktion.

Utredarna har utformat MIRA för att eliminera perkutana anslutningar, vilket kommer att minska risken för infektion och minimera mängden vård som krävs av försökspersoner. Studien är utformad för att pågå i ett år inklusive en betydande mängd tester hemma. Telerehabiliteringsprinciper (t.ex. fjärrövervakning, regelbundna framstegskontroller) kommer att användas för att säkerställa frekvent kommunikation med utredare och regelbunden bedömning av enhetens prestanda. Att genomföra en årslång studie kommer att ge tillräckligt med tid för att ge försökspersonerna möjlighet att lära sig att använda sin nya enhet och även tillåta oss att dokumentera enhetens prestanda på lång sikt. Utredarna kommer att samla in preliminära säkerhetsdata och dokumentera typen och frekvensen av eventuella biverkningar som inträffar under implantationens varaktighet. EMG-signalkvaliteten och enhetens övergripande prestanda under implantationens varaktighet kommer också att mätas.