接受选择性神经转移的上肢截肢者的治疗干预
October 29th, 2021
这项工作提出了一种在选择性神经转移手术后增强假体功能的方案。康复干预包括患者信息和选择、支持伤口愈合、上肢感觉运动区域的皮质再激活、选择性肌肉激活训练、日常生活中的假肢处理以及定期随访评估。
选择性神经转移，也称为TMR，可以改善假肢功能。但是，为了充分利用该技术，需要进行特定的康复，我们在这里介绍。该协议结构良好，对于经验不足的治疗师来说很容易使用。
此外，它已经在30多名接受TMR的患者中进行了测试。首先，收集患者的病史，并向患者询问对假肢康复的期望以及日常生活中对假肢系统的需求。根据这些信息和检查，讨论靶向肌肉神经再支配或短 TMR 是否适合患者。
在团队内部和患者就进行 TMR 手术达成一致。TMR手术后，通过在患者面前设置镜子，使用镜子疗法促进皮质水平的再神经支配过程。然后，要求患者将残肢隐藏在镜子后面，并指导患者用健康的手进行不同的动作，同时观察镜子中的反射。
或者，使用想象运动方法进行神经再支配过程，要求患者在闭上眼睛的同时想象截肢的手和手臂的不同运动。如果使用偏侧化训练，请向患者出示显示左手或右手和手臂的卡片，并要求说出一侧的名称。然后向患者反馈他们的选择。
对于信号训练，首先，研究手术报告以了解哪些肌肉部位被重新支配，哪些神经被转移。手术后三个月，通过建立表面肌电图或 SEMG 生物反馈系统来评估意志肌肉活动。在向患者解释评估目标和系统功能之前，去除患者皮肤上多余的体毛、死皮屑、油脂或乳霜以降低阻抗。
指导患者根据供体神经的原始功能进行手部和手臂运动，并尝试触诊肌肉。将表面肌电图电极放在肌肉上方的皮肤上，如果激活期间的信号幅度比松弛时高两到三倍，则考虑神经再支配是否成功。测量所有神经的意志激活后，注意哪些肌肉可以用哪个运动指令激活，并要求患者在家中训练运动指令。
接下来，开始使用SEMG电极训练神经支配肌肉的选择性激活，以拾取受体的肌肉信号，并要求患者考虑先前评估的运动模式。然后使用肌电图生物反馈显示肌肉的活动。在检查先前评估的笔记后，如果更容易，请患者进行所需的双侧运动。
一旦患者可以激活肌肉，请患者反复激活并完全放松肌肉。指导患者执行不同的运动并将电极放置在不同的位置，以找到导致最高振幅的组合。一旦找到，在皮肤上标记。
如果可以激活更多的肌肉，则单独训练每块肌肉的激活和放松，当可以合理控制单个肌肉时，显示两块肌肉的活动。从拮抗性肌肉或动作开始，例如手的张开和关闭，并指导患者激活一块肌肉，而另一块肌肉应尽可能放松。如果无法进行这种选择性动作，请尝试对两块肌肉进行不同的运动提示。
通过解释选择性的一些培训要求来安慰患者。一旦实现了两块肌肉的选择性激活，再添加一块肌肉并重复该过程，直到患者可以选择性地激活每块肌肉。一旦建立了所有信号的选择性激活，引入桌面假手。
要求患者在仔细观察假手的同时控制假手，如果假肢硬件允许，向患者解释低肌电图振幅对应于缓慢运动，而快速运动是通过高信号实现的。让患者测试不同的运动速度。接下来，激活假体肘关节或手腕，让患者控制它，一旦达到对信号电平的良好控制，打开所有假肢关节并启用同时控制。
当患者安装新的假肢时，向患者解释假体的基本功能，例如自由度、活动关节之间的切换方式、假体的防水状态以及应如何清洁。然后训练患者在没有外部物体的情况下移动假肢，并为此，如果假肢允许不同的移动速度，则指示患者改变运动速度。为了增加复杂性，请患者将假体控制在不同的位置，并同时结合更多的自由度。
对于物体操作训练，向患者提供不同的物体，如压力球或木块，并解释操纵物体会增加另一层复杂性。要求患者用健康的手将物体放入假手并关闭。然后让患者在释放物体之前移动假体肘部或腕关节。
接下来，将物体放在桌子或架子上，并要求患者用假手将其捡起并放置在其他地方。最后，在患者脱离康复并在家中使用该设备之前，训练日常生活活动。对于后续评估，邀请患者在康复出院三个月后进行多学科医疗咨询。
询问患者在家中和工作场所使用假肢的情况，或者患者是否遇到任何问题，并使用标准化测试评估假肢功能。在本研究中，在最初纳入的30名受试者中，只有13人接受了假肢康复，10人可以进行后续评估。使用南汉普顿手部评估程序、行动研究手臂测试和衣夹重新定位测试评估假肢功能。
在SHAP和ARAT中，分数越高意味着功能越好，CPRT所需的时间越少也表明了这一点。我们发现使用表面EMT生物反馈在康复中非常有帮助。尽管如此，由于肌肉的再神经支配，康复的持续时间相对较长。
我们的团队目前正在探索TMR如何改变多单位招聘。我们计划在未来利用这些知识来加强假肢控制。
概述
本文介绍了一种结构化的协议，用于增强选择性神经转移手术后的假肢功能。它概述了旨在通过各种训练技术和评估来改善患者结果的康复干预措施。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 康复
- 假肢学
背景
- 选择性神经转移可以显著改善假肢功能。
- 特定的康复协议对于最大化这种技术的益处至关重要。
- 该协议已在超过30名患者中进行测试。
- 它包括各种皮层重新激活和肌肉训练的方法。
研究目的
- 为接受选择性神经转移的患者提供全面的康复协议。
- 增强日常生活中假肢的功能性使用。
- 支持治疗师实施有效的康复策略。
使用的方法
- 患者评估和病史收集。
- 镜像疗法和想象中的动作以进行皮层再内神经化。
- 表面肌电图（SEMG）生物反馈用于肌肉激活训练。
- 选择性肌肉激活和假肢操作的训练。
主要结果
- 通过增加肌肉信号振幅表明成功的再内神经化。
- 患者展示了对假肢动作的改善控制。
- 训练导致假肢在日常活动中的功能性使用增强。
- 定期的后续评估显示假肢功能持续改善。
结论
- 结构化的康复协议对增强假肢功能有效。
- 患者参与和定制的训练对成功结果至关重要。
- 持续评估和支持对长期成功必不可少。
常见问题
Executive Industry Relevance
Targeted Muscle Reinnervation (TMR) enhances the biological control interface for myoelectric prostheses by enabling selective muscle activation through surgical nerve re-routing. This approach supports the development of high-fidelity prosthetic control systems by increasing the number of independent myoelectric signals available for device operation. Successful implementation requires a structured rehabilitation protocol to optimize cortical reinnervation and muscular control, directly impacting the translational potential of neuroprosthetic technologies in upper limb amputee populations.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of neural plasticity and cortical reorganisation following peripheral nerve transfer, supporting target validation in neuroprosthetic development.
- Operational Value: Provides a reproducible framework for assessing functional reinnervation via surface EMG biofeedback, facilitating objective measurement of neural-muscle reconnection.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Supports preparation of validated neuromuscular systems for downstream screening of prosthetic control algorithms and signal processing techniques.
- Operational Value: Standardises neuromuscular activation protocols, improving reproducibility and scalability of myoelectric signal acquisition across training sessions.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Establishes disease-relevant system continuity from surgical intervention through functional prosthetic use, enabling assessment of longitudinal rehabilitation outcomes.
- Operational Value: Informs risk-adjusted advancement decisions by linking cortical re-activation milestones to prosthetic control proficiency and activities of daily living performance.
Pipeline & Workflow Integration
The TMR rehabilitation protocol integrates into the neuroprosthetic development continuum from target validation through preclinical validation and early feasibility testing, supporting iterative refinement of control strategies.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of neural reorganisation and pathway clarification following selective nerve transfer, enabling mechanistic de-risking of neuroprosthetic approaches.
- Screening: Describes assay readiness for evaluating myoelectric signal selectivity and amplitude thresholds, critical for screening prosthetic control interfaces.
- Analytics: Highlights quantitative EMG biofeedback readouts that enable comparison of activation patterns across muscles and training progression.
- Translational Research: Connects cortical re-activation techniques to preclinical continuity by linking imagined and mirror-mediated movement training to functional prosthetic outcomes.
- Enterprise Reuse: Frames the rehabilitation protocol as a reusable capability across prosthetic platforms, standardising neuromuscular training for multi-site clinical evaluation.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in neural interface functionality, reduction of mechanistic ambiguity in motor command mapping, and validation of selective muscular control.
- Operational Value: Standardisation of cortical training methods, reproducibility of EMG-based activation assessment, and scalability across patient cohorts and therapy sites.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions in prosthetic fitting, capital efficiency through reduced device abandonment, and mitigation of late-stage biological risk in neural interface integration.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritisation of neuroprosthetic candidates based on demonstrated reinnervation success and training responsiveness.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurorehabilitation, prosthetic training, and electromyographic signal interpretation.
- Dependent on surface EMG biofeedback instrumentation and skin preparation protocols to minimise signal noise.
- Necessitates cross-disciplinary standardisation between surgical, therapeutic, and engineering teams for consistent outcome measurement.
- Adaptation considerations include variability in nerve transfer patterns, muscle availability, and patient-specific cortical reorganisation capacity.
- Practical limitations include prolonged rehabilitation duration due to biological reinnervation timelines and dependency on patient engagement for home-based motor command training.
