מאמר שיטה

ממשק העצבים ההיקפי הרגנרטיבי של שרוול השריר להגברה של אותות עצביים היקפיים שלמים

DOI:

10.3791/63222

⸱

13 בינואר 2022

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Surgery, Section of Plastic Surgery, The University of Michigan Health System, 2Department of Biomedical Engineering, The University of Michigan, Ann Arbor

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כתב יד זה מספק שיטה חדשנית לפיתוח ממשק עצבי היקפי ביולוגי המכונה ממשק עצבי היקפי רגנרטיבי של שרוול השרירים (MC-RPNI). מבנה כירורגי זה יכול להגביר את האותות המוטוריים של העצב ההיקפי הקשור אליו כדי להקל על זיהוי מדויק של כוונה מוטורית ושליטה פוטנציאלית במכשירי אקסוסקלטון.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אקסוסקלטון רובוטי זכה לאחרונה לשבחים בתחום הרפואה השיקומית כשיטה מבטיחה לשיקום תפקודי עבור אותם אנשים עם חולשת גפיים. עם זאת, השימוש בהם נותר מוגבל במידה רבה למוסדות מחקר, הפועלים לעתים קרובות כאמצעי לתמיכה בגפיים סטטיות מכיוון ששיטות זיהוי מוטוריות נותרות לא אמינות. ממשקי עצבים היקפיים נוצרו כפתרון פוטנציאלי לחסרון זה; עם זאת, בשל האמפליטודות הקטנות מטבען, אותות אלה יכולים להיות קשים להבחנה מרעשי רקע, מה שמוריד את דיוק זיהוי המנוע הכולל שלהם. מכיוון שהממשקים הנוכחיים מסתמכים על חומרים אביוטיים, פירוק חומרים מובנה יכול להתרחש לצד תגובת רקמות גוף זרות לאורך זמן, מה שמשפיע עוד יותר על הדיוק שלהם. ממשק העצבים ההיקפי הרגנרטיבי של שרוול השרירים (MC-RPNI) תוכנן להתגבר על סיבוכים אלה שצוינו. המבנה מורכב מקטע של השתלת שריר חופשית המובטחת באופן היקפי לעצב היקפי שלם, ומתחדש ומתחדש על ידי העצב הכלול עם הזמן. בחולדות, מבנה זה הדגים את היכולת להגביר את פוטנציאל הפעולה המוטורי של עצב היקפי עד פי 100 מהערך הרגיל באמצעות יצירת פוטנציאלים של פעולת שרירים מורכבים (CMAPs). הגברת אות זו מאפשרת זיהוי דיוק גבוה של כוונת המנוע, מה שעשוי לאפשר ניצול אמין של התקני אקסוסקלטון.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בארצות הברית לבדה, כ-130 מיליון בני אדם סובלים מהפרעות עצביות-שריריות ושלד-שריר, וכתוצאה מכך להשפעה כלכלית שנתיתשל יותר מ-800 מיליארד דולר. קבוצה זו של הפרעות היא בדרך כלל משנית לפתולוגיה בתוך מערכות העצבים, בצומת הנוירומוסקולרי, או בתוך השריר עצמו3. למרות מגוון המקורות הפתולוגיים, הרוב חולקים מידה מסוימת של חולשה קיצונית 1,3. למרבה הצער, חולשה זו היא לעתים קרובות קבועה בהתחשב במגבלות התחדשות רקמת העצבים והשריר, במיוחד במצב של טראומה קשה 4,5,6.

אלגוריתמים לטיפול בחולשת גפיים התמקדו באופן קלאסי באמצעים שיקומיים ותומכים, לעתים קרובות תוך הסתמכות על רתימת היכולות של הגפיים שנותרו שלמות (קנים, כסאות גלגלים וכו '). 7. אסטרטגיה זו נופלת, עם זאת, עבור אלה שחולשתם אינה מוגבלת לקיצוניות אחת. עם החידושים האחרונים בטכנולוגיות רובוטיות, פותחו מכשירי exoskeleton מתקדמים המשחזרים פונקציונליות גפיים לאלה החיים עם חולשת גפיים 8,9,10,11,12,13. אקסוסקלטון רובוטי זה הוא לעתים קרובות מכשירים לבישים המופעלים על ידי מכשירים לבישים שיכולים לסייע בייזום והפסקת תנועה או שמירה על מיקום הגפיים, ומספקים כמות משתנה של כוח שניתן להתאים אישית למשתמש 8,9,10,11,12,13 . התקנים אלה מסווגים כפאסיביים או אקטיביים בהתאם לאופן שבו הם מספקים סיוע מוטורי למשתמש: התקנים אקטיביים מכילים מפעילים חשמליים המגבירים את הכוח למשתמש, ואילו מכשירים פסיביים אוגרים אנרגיה מתנועות המשתמש על מנת לשחרר אותה בחזרה למשתמש בעת הצורך14. מכיוון שלמכשירים פעילים יש את היכולת להגדיל את יכולות ההספק של המשתמש, מכשירים אלה מנוצלים לעתים קרובות הרבה יותר בהגדרה של חולשת גפיים[14].

על מנת לקבוע את הכוונה המוטורית באוכלוסייה זו, אקסוסקלטון מודרני מסתמך בדרך כלל על אלגוריתמים לזיהוי תבניות שנוצרו מאלקטרומיוגרפיה (EMG) של שרירי גפיים דיסטליים 8,15,16,17 או מאלקטרואנצפלוגרפיה של פני השטח (sEEG) של המוח18,19,20 . למרות ההבטחה של שיטות זיהוי אלה, לשתי האפשרויות יש מגבלות משמעותיות המונעות שימוש נרחב במכשירים אלה. כאשר sEEG מזהה אותות ברמת מיקרו-וולט באופן טרנס-גולגולתי18,19,20, הביקורות מתמקדות לעתים קרובות בחוסר היכולת להבדיל בין אותות אלה לבין רעשי רקע21. כאשר רעשי הרקע דומים לאות ההקלטה הרצוי, הדבר מייצר יחסי אות לרעש (SNR) נמוכים, וכתוצאה מכך זיהוי מנוע לא מדויקוסיווג 22,23. זיהוי אותות מדויק מסתמך גם על מגע קרקפת יציב בעל עכבה נמוכה21, אשר יכול להיות מושפע באופן משמעותי מנוכחות של שיער גס/עבה, פעילות המשתמש ואפילוהזעה של 22,24. לעומת זאת, אותות EMG גדולים בכמה סדרי גודל באמפליטודה, מה שמאפשר דיוק זיהוי אותות מנועגדול יותר 15,18,25. עם זאת, יש לכך מחיר, שכן שרירים סמוכים יכולים לזהם את האות, מה שמקטין את דרגות החופש שניתן לשלוט בו על ידי המכשיר 16,17,25 וחוסר יכולת לזהות תנועת שרירים עמוקה25,26,27,28. והכי חשוב, EMG לא יכול לשמש כשיטת בקרה כאשר יש פגיעה משמעותית בשרירים והיעדר מוחלט של רקמה29.

על מנת לקדם את הפיתוח של אקסוסקלטון רובוטי, נדרש זיהוי עקבי ומדויק של כוונת המנוע של המשתמש המיועד. ממשקים המנצלים את מערכת העצבים ההיקפית נוצרו כטכניקת ממשק מבטיחה, בהתחשב בגישה הפשוטה יחסית שלהם ובסלקטיביות התפקודית שלהם. שיטות התממשקות העצבים ההיקפיות הנוכחיות יכולות להיות פולשניות או לא פולשניות ובדרך כלל נופלות באחת משלוש קטגוריות: אלקטרודות חוץ-עצביות 30,31,32,33, אלקטרודות תוך-גולגולתיות 34,35,36 ואלקטרודות חודרות37,38,39,40 . מכיוון שאותות עצביים היקפיים הם בדרך כלל ברמה של מיקרו-וולטים, זה יכול להיות קשה להבדיל בין אותות אלה לבין רעשי רקע משרעת דומים41,42, מה שמפחית את יכולות הדיוק הכוללות של זיהוי המנוע של הממשק. יחסי אות לרעש נמוכים אלה (SNR) מחמירים לעתים קרובות עם הזמן באופן משני להחמרה בעכבת האלקטרודה 43 הנוצרת מפירוק של המכשיר39,43, או מתגובת גוף זר מקומית המייצרת רקמת צלקת סביב המכשיר ו/או ניוון אקסונאלי מקומי 37,44. למרות שבדרך כלל ניתן לפתור חסרונות אלה באמצעות הפעלה חוזרת והשתלה של ממשק עצבי היקפי חדש, אין זה פתרון בר קיימא לטווח ארוך מכיוון שתגובות הקשורות לגוף זר ימשיכו להתרחש.

כדי להימנע מתגובות רקמות מקומיות אלה הנוצרות מאינטראקציה של עצבים היקפיים עם ממשקים אביוטיים, יש צורך בממשק המשלב מרכיב ביולוגי. כדי להתמודד עם חסרון זה, ממשק העצבים ההיקפיים הרגנרטיביים (RPNI) פותח כדי לשלב עצבים היקפיים מותמרים בגפיים השיוריות של אלה עם קטיעות עם התקנים תותבים45,46,47,48. ייצור ה- RPNI כרוך בהשתלה כירורגית של עצב היקפי מותמר לתוך מקטע של השתלת שריר חופשית אוטולוגית, עם רה-וסקולריזציה, התחדשות והתחדשות המתרחשים לאורך זמן. באמצעות יצירת פוטנציאל פעולה של שרירים מורכבים ברמת מילי-וולט (CMAPs), ה-RPNI מסוגל להגביר את אות רמת המיקרו-וולט של העצב המוכל שלו בכמה סדרי גודל, מה שמקל על זיהוי מדויק של כוונה מוטורית45,48,49. בעשור האחרון חלה התפתחות משמעותית של ה-RPNI, עם הצלחה ניכרת בהגברה והעברה של אותות עצביים מוטוריים יעילים הן בניסויים בבעלי חיים50,51 והן ב-47 ניסויים בבני אדם, מה שמקל על בקרת מכשירים תותבים ברמת דיוק גבוהה עם דרגות חופש מרובות.

אנשים עם חולשת גפיים אך עצבים היקפיים שלמים ייהנו באופן דומה מזיהוי מדויק של כוונה מוטורית דרך ממשקי עצב היקפיים על מנת לשלוט במכשירי אקסוסקלטון. מכיוון שה- RPNI פותח לשילוב עם עצבים היקפיים מועברים, כגון אצל אנשים עם קטיעות, היה צורך בשינויים כירורגיים. בהתבסס על ניסיון עם RPNI, פותח ממשק העצבים ההיקפי רגנרטיבי של שרוול השרירים (MC-RPNI). הוא מורכב מקטע דומה של השתלת שריר חופשי כמו ב-RPNI, ובמקום זאת הוא מאובטח באופן היקפי לעצב היקפי שלם (איור 1). עם הזמן, הוא מתחדש ומתחדש באמצעות הנבטה אקסונלית בטחונית, הגברה ותרגום של אותות עצביים מוטוריים אלה לאותות EMG הגדולים בכמה סדרי גודלשל 52. מכיוון שה- MC-RPNI הוא ביולוגי במקורו, הוא מונע את תגובת הגוף הזר הבלתי נמנעת המתרחשת עם ממשקי העצבים ההיקפיים הנמצאים כיום בשימוש52. יתר על כן, ה- MC-RPNI מקנה את היכולת לשלוט בדרגות חופש מרובות בו זמנית מכיוון שניתן למקם אותם על עצבים מנותקים דיסטלית לשרירים בודדים ללא דיבור צולב משמעותי, כפי שהוכח בעבר ב- RPNIs49. לבסוף, MC-RPNI יכול לפעול ללא תלות בתפקוד השרירים הדיסטליים כפי שהוא ממוקם על העצב הפרוקסימלי. בהתחשב ביתרונותיו על פני ממשקי העצבים ההיקפיים הנוכחיים, ה- MC-RPNI טומן בחובו הבטחה משמעותית לספק שיטה בטוחה, מדויקת ואמינה לבקרת אקסוסקלטון.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל ההליכים והניסויים בבעלי חיים בוצעו באישור הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת מישיגן (IACUC). זכרים ונקבות פישר F344 וחולדות לואיס (~200-300 גרם) בגיל 3-6 חודשים משמשים לעתים קרובות ביותר בניסויים, אך באופן תיאורטי ניתן להשתמש בכל זן. אם משתמשים בחולדות תורמות במקום בשתלי שריר אוטולוגיים, חולדות תורמות חייבות להיות איזוגניות לזן הניסיוני. לחולדות מותרת גישה חופשית למזון ולמים לפני ואחרי הניתוח. לאחר הערכות של נקודות קצה סופניות, המתת חסד מבוצעת בהרדמה עמוקה עם הזרקת אשלגן כלוריד תוך לבבית ואחריה שיטה משנית של פנאומוטורקס דו-צדדי.

1. הכנה ניסיונית של החולדה

  1. הרדימו את החולדה הניסיונית תוך שימוש בתמיסה של 5% איזופלורן בחמצן בטמפרטורה של 0.8-1.0 ליטר/דקה בתא אינדוקציה. לאחר שהושגה הרדמה מספקת ואושרה בהיעדר רפלקס הקרנית, הניחו את החולדה על חרוט אף עם איזופלורן שהונמך ל 1.75%-2.25% לתחזוקת הרדמה.
  2. להזריק תמיסה של 0.02-0.03 מ"ל קרפרופן (50 מ"ג/מ"ל) ב 0.2 מ"ל של מלח סטרילי עם מחט 27 גרם במישור התת עורי בין השכמות עבור משכך כאבים peri ו לאחר הניתוח.
  3. יש למרוח משחת עיניים סטרילית על שתי העיניים כדי למנוע כיבים בקרנית בזמן ההרדמה.
  4. באמצעות סכין גילוח חשמלי, לגלח את החלק הצדדי של הגפיים התחתונות הדו-צדדיות, המשתרע ממפרק הירך, מעל הירך ועד למשטח הגבי של הכפה.
  5. לעקר את האתר הכירורגי על ידי ניגוב תחילה עם כרית הכנה לאלכוהול, ולאחר מכן יישום תמיסת פובידון-יוד, המסתיים בניקוי סופי עם כרית הכנה חדשה לאלכוהול כדי להסיר את תמיסת הפובידון-יוד השיורית. חזור על תהליך ניקוי לסירוגין זה שלוש פעמים כדי לשמור על סטריליות.
    הערה: זה יכול להיות מגרה דרמטולוגית; ודא שרוב הפתרון יוסר.

2. הכנת שתל השריר

  1. הניחו את החולדה על כרית חימום מתחת למיקרוסקופ כירורגי עם בדיקת טמפרטורת גוף אינטרה-אוראלית לבחירה לניטור טמפרטורת הגוף. לשמור על איזופלוראן ב-1.75%-2.25% וחמצן ב-0.8-1.0 ליטר/דקה.
  2. בצע חתך אורכי לאורך ההיבט הקדמי של התורם הרצוי המשתרע ממש מעל הקרסול עד ממש מתחת לברך עם אזמל #15.
  3. יש לנתח את הרקמה התת-עורית שמתחתיה באמצעות מספריים חדים של הקשתית כדי לחשוף את השרירים הבסיסיים ואת הגידים הדיסטליים הסמוכים רק פרוקסימליים למפרק הקרסול. טיביאליס קדמי (TA) הוא הגדול והקדמי ביותר של השרירים; ניתן למצוא את שריר ה-extensor digitorum longus (EDL) רק עמוק ואחורי לשריר זה. לבודד את שריר ה-EDL ואת הגיד הדיסטלי שלו מהשרירים שמסביב.
  4. הקפידו על בידוד של הגיד הנכון על ידי החדרת שני השיניים של מלקחיים או מספריים קשתית מתחת לגיד הדיסטלי רק פרוקסימלי למפרק הקרסול. מפעילים לחץ כלפי מעלה על הגיד על ידי פתיחת מלקחיים או מספריים קשתית. תנועה זו אמורה לייצר הרחבה סימולטנית של כל הבהונות בו זמנית. אם מתרחשת דורסיפלקסיה מבודדת של הקרסול, נסיגת קרסול או דורסיפלקסיה של בוהן בודדת, הגיד הלא נכון בודד.
  5. לבצע טנוטומיה דיסטלית של שריר ה- EDL ברמת הקרסול עם מספריים חדים של הקשתית ולנתח את השריר ללא הרקמות הסובבות אותו הפועלות באופן פרוקסימלי לעבר מקורו הגידי.
  6. לאחר הדמיה של הגיד הפרוקסימלי, בצע טנוטומיה פרוקסימלית תוך שימוש במספריים חדים של הקשתית כדי לשחרר את השתל.
  7. חותכים את שני קצוות הגידים של שתל השריר וחותכים לאורך הרצוי עם מספריים קשתית חדה.
    הערה: שתלים בגודל 8-13 מ"מ נוצלו בהצלחה; עם זאת, האורך הנפוץ ביותר בשימוש הוא 10 מ"מ.
  8. בצד אחד של השתלת השריר, לבצע חתך אורכי לאורך כל האורך החתוך כדי להקל על מיקום העצב בתוך השתלת השריר ולספק מגע של העצב עם אנדומיסיום.
  9. מניחים את שתל השריר המוכן בתוך גזה לחה מלוחה כדי למנוע התייבשות רקמות.
  10. סגרו את העור מעל אתר התורם עם תפר כרומי 4-0 בצורה רצה.

3. בידוד והכנה של עצבים פרונאליים נפוצים

  1. מסמנים את החתך הניתוחי, שישתרע מקו ~5 מ"מ מהחריץ הסיאטי, ויתרחב עד נחות למפרק הברך. ודא שסימון זה נחות מעצם הירך שניתן למשש למטה ומתרחק ממנה.
  2. חתך דרך העור והרקמות התת עוריות לאורך קו החתך המסומן עם להב #15. בזהירות לחדור דרך biceps femoris fascia התחתון, תוך הקפדה לא להאריך דרך כל עומק השריר כמו עצב sciatic נמצא ממש מתחת.
  3. בעזרת מספריים קטנים בעלי קצוות קהים או המוסטאט, יש לנתח בזהירות דרך שריר הירך האחורי.
    הערה: העצב הסיאטי נע בחלל זה שמתחת לשרירי הזרוע, בכיוון זהה בערך לחתך המסומן על העור. ישנם שלושה ענפי עצב סיאטיים בולטים: סוראלי (האחורי ביותר והקטן ביותר מבין העצבים), טיביאלי (בדרך כלל הקדמי ביותר, אך עצב זה תמיד צולל עמוק למפרק הברך), ופרונאלי נפוץ (בדרך כלל ממוקם בין טיביאלי לסוראלי, תמיד נע מעל מפרק הברך).
  4. זהה את העצב הפרוניאלי הנפוץ (CP) ובודד אותו בזהירות מהעצבים הסובבים אותו באמצעות זוג מיקרו-מלקחיים ומיקרו-מספריים. הסר כל רקמת חיבור המקיפה את העצב מ-2 ס"מ האמצעיים של העצב. היזהרו לא לרסק את עצב ה-CP עם מלקחיים בתהליך זה, שכן פציעת ריסוק עלולה לשנות את תוצאות נקודת הקצה.
  5. מעל החלק המרכזי ביותר של עצב ה- CP המשוחרר, בצע חלון אפינוריאלי על ידי הסרת 25% מהאפינוריום לאורך העצב התואם את האורך הרצוי של השתלת השריר.
  6. כדי לבצע זאת יש להחזיק את האפינוריום הפרוקסימלי עם מיקרו-מלקחיים, לחתוך לתוך האפיניאוריום מיד מתחת עם מספריים מיקרו-דיסקציה, ולהסיר ~25% מהאפינוריום הנע באופן דיסטלי לאורך העצב. הקפד להסיר קטע זה בחתיכה אחת, כמו ניסיונות מרובים יכולים לגרום להסרה אפינוריאלית לא סדירה, להגדיל את הסיכון לפגיעה עצבית.
    הערה: רקמת העצב שמתחת לאפיניוריום תהיה בעלת מרקם דמוי גו; ציון איכות זו של עצב מבטיח שמישור הרקמה הנכון הוסר.

4. ייצור מבנה MC-RPNI

  1. הסר את השתל השריר מהגזה הלחה במלח והניח אותו מתחת לחלק המרכזי של עצב ה- CP שבו נוצר החלון האפינוריאלי. סובבו את העצב ב-180° כך שמקטע החלון האפינוריאלי יגע בשריר שלם ולא יעמוד בבסיס קו התפר הסופי.
  2. באמצעות 8-0 תפר ניילון, תפר את האפינוריום של עצב ה-CP הן באופן פרוקסימלי והן באופן דיסטלי לשתל השריר בתוך החריץ שנוצר בשלב 2.8 באמצעות תפרים פשוטים שנקטעו כדי להבטיח אפינוריום לאנדומיסיום.
    הערה: הניחו תפרים אלה, וודאו שהשריר נמצא באורך מנוחה תקין. מתיחה או דחיסה של השריר יותר מדי עלולה להשפיע על יכולות ההתחדשות והאיתות בהמשך.
  3. עוטפים את קצוות השתל השרירי המקיפים את העצב והתפר המאובטחים כעת במקומם תוך שימוש פשוט מופרע 8-0 תפרים מניילון (~ 4-6 תלוי באורך).
  4. לאחר השגת המוסטזיס, סגור את biceps femoris fascia מעל המבנה עם 5-0 תפר כרומי בצורה ריצה.
  5. סגור את העור מעל העור בצורה פועלת עם תפר כרומי 4-0.
  6. יש לנקות את אזור הניתוח עם כרית הכנה לאלכוהול ולמרוח משחה אנטיביוטית.
  7. להפסיק את ההרדמה האינהלציונית ולהניח את החולדה בכלוב נקי מבודד מחברי הכלוב ולאפשר לה להתאושש עם מזון ומים.
  8. לאחר שהחולדה התאוששה כראוי, החזירו אותה עם בני זוג לכלוב בכלוב נקי.
    הערה: מבנים אלה דורשים הבשלה של שלושה חודשים לכל הפחות כדי לייצר הגברה מספקת של אות עצבי.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ייצור כירורגי MC-RPNI נחשב לכשל פרי-ניתוחי אם חולדות אינן שורדות את הופעתן מהרדמה כירורגית או מפתחות זיהום תוך שבוע מהניתוח. מחקרים קודמים הצביעו על כך שתקופת הבשלה של 3 חודשים תביא להגברת אות אמינה ממבנים אלה42,45,48,49. באותו זמן או לאחר מכן, חשיפה כירורגית של מבנים והערכה יכולה להתרחש. אם ייצור MC-RPNI הצליח, שרירים שעברו רה-וסקולריזציה אמורים להיות גלויים בקלות באתר ההשתלה המקורי של MC-RPNI...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ה- MC-RPNI הוא מבנה חדשני המאפשר הגברה של פוטנציאל הפעולה של עצב מוטורי היקפי שלם על מנת לשלוט במדויק במכשיר אקסוסקלטון. באופן ספציפי, MC-RPNI מעניק יתרון מסוים לאותם אנשים עם חולשת גפיים הנגרמת על ידי מחלת שרירים משמעותית ו / או היעדר שריר שבו אותות EMG לא ניתן לרשום. צמצום תפקוד השרירים שכבר נפגע יהיה הרסני באוכלוסייה זו; עם זאת, ל- MC-RPNI יש את היכולת לספק את הגברת האות העצבי מבלי לפגוע בשריר52 בעל הפנימיות הדיסטלית (טבלה 1 וטבלה 2). אצל אותם אנשים עם מחלת נוי...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין גילויים.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מודים לג'אנה מון על ניהול המעבדה המומחה והסיוע הטכני שלה ולצ'ארלס הוואנג על מומחיותו בהדמיה. הניסויים במאמר זה מומנו בחלקם באמצעות מענקי הקרן לכירורגיה פלסטית ל- SS (3135146.4) כמו גם המכון הלאומי לבריאות הילד והתפתחות האדם תחת פרס מספר 1F32HD100286-01 ל- SS, והמכון הלאומי לדלקת פרקים ומחלות שלד ושריר ועור של המכונים הלאומיים לבריאות תחת פרס מספר P30 AR069620.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
#15 אזמלאספן כירורגי בע"371115להבים כירורגיים מפלדת פחמן עם גב צלעות (#15)
תא עומס סרט דק 2-N (S100)התקני מדידת מתח, IncSMD100-0002מודד כוח שנוצר על ידי השריר המחובר
4-0 תפר כרומיאתיקוןמק"ט# 1654GP-3 מחט חיתוך הפוכה
5-0 תפר כרומיאתיקוןמק"ט# 687GP-3 מחט חיתוך הפוכה
8-0 תפר מונופילמנטAROתפרT06A08N14-13על מחט מחודדת עם הברגה
חולדות ניסיוניותEnvigoF344-NH-sdחולדות הן מלקחיים עדינים של פישר F344 -
גימור מראהFine Science Tools11413-11מלקחיים בעלי קצה עדין עם גימור מראה אידיאלי לטיפול במבנים עדינים כמו עצבים
Fluriso (Isofluorane)VetOne13985-528-40
ג'יג מדידת כוחסלע אדוםn/aג'יג מדידת כוח בעיצוב מותאם אישית המאפשר קיבוע של הגפה האחורית כדי לאפשר הקלטה מדויקת של כוח השרירים
תוכנת MATLABMathworks, IncPR-MATLAB-MU-MW-707-NNUמחשבת כוח פעיל עבור כל עקבות כוח מתועדים מכוח פסיבי וכולל מדידות
Nicolet Viasys EMG EP SystemNicoletMFI-NCL-VIKING-SELECT-2CH-EMGמערכת EMG ניידת והקלטת אותות עצבים המסוגלת להקליט בו זמנית 2 ערוצים מעצבים ו/או שרירים
גזים קריוגנייםחמצןUN1072מיכלי חמצן סטנדרטיים בדרגה רפואית
אשלגן כלוריAPP Pharmaceuticals63323-965-20צורה להזרקה, 2 mEq/mL
Povidone Iodine USPMediChoice65517-0009-110% תמיסה מקומית, יכול להשתמש בבקבוק אחד להכנות כירורגיות מרובות
Puralube Vet משחה אופטלמיתDechra17033-211-38משחת מגן קרנית לשימוש במהלך ההליך
רימדיל (קפרופן)Zoetis, Inc.NADA# 141-199צורה להזרקה, מיקרוסקופ סטריאו 50 מ"ג/מ"ל
Leicaדגם M60המשתמש יכול להתאים את ההגדלה לפי העדפתו
מכשירים כירורגייםכלי מדע עדיניםמשתמשים שונים יכולים לבחור מכשירים לפי העדפה אישית או ממה שזמין כיום במעבדה שלהם
משחה אנטיביוטית משולשתMediChoice39892-0830-2המשחה מגיעה בחבילות סטריליות וחד פעמיות
Vannas Spring Scissors - 2 מ"מ חדשניFine Science Tools15000-04מספריים מיקרו-דיסקציה מעוקלים המשמשים לביצוע החלון האפינוריאלי
VaporStick 3SurgivetV7015מגדל הרדמה עם מקום לאיזופלואורן ומיכל חמצן
Webcol Alcohol PrepCovidenRef 6818מגבוני הכנה לאלכוהול; השתמש במגבון חדש לכל הכנה
מ מונופילמנט פוליאמיד שחור הרדמה בשאיפה

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Andersson, G. S. The burden of musculoskeletal diseases in the United States : prevalence, societal, and economic cost. American Academy of Orthopaedic Surgeons. , Rosemont, IL. (1942).
  2. Yelin, E. H., Weinstein, S., King, T. The burden of musculoskeletal diseases in the United States. Seminars in Arthritis and Rheumatism. 46 (3), 259-260 (2016).
  3. McDonald, C. M. Clinical Approach to the Diagnostic Evaluation of Hereditary and Acquired Neuromuscular Diseases. Physical Medicine and Rehabilitation Clinics of North America. 23 (3), 495-563 (2021).
  4. Sass, F. A., et al. Immunology Guides Skeletal Muscle Regeneration. International Journal of Molecular Sciences. 19 (3), 835(2018).
  5. Bruggeman, K. F., et al. Harnessing stem cells and biomaterials to promote neural repair. British Journal of Pharmacology. 176 (3), 355-368 (2019).
  6. Vijayavenkataraman, S. Nerve guide conduits for peripheral nerve injury repair: A review on design, materials and fabrication methods. Acta Biomaterialia. 106, 54-69 (2020).
  7. O'Dell, M. W., Lin, C. C., Harrison, V. Stroke rehabilitation: strategies to enhance motor recovery. Annual Review of Medicine. 60, 55-68 (2009).
  8. Ambrosini, E., et al. The combined action of a passive exoskeleton and an EMG-controlled neuroprosthesis for upper limb stroke rehabilitation: First results of the RETRAINER project. International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR). , 56-61 (2017).
  9. Veerbeek, J. M., et al. Effects of robot-assisted therapy for the upper limb after stroke. Neurorehabilitation & Neural Repair. 31 (2), 107-121 (2017).
  10. Heo, P., et al. Current hand exoskeleton technologies for rehabilitation and assistive engineering. Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 13 (5), 807-824 (2012).
  11. Kwakkel, G., Kollen, B. J., Krebs, H. I. Effects of robot-assisted therapy on upper limb recovery after stroke: A systematic review. Neurorehabilitation & Neural Repair. 22 (2), 111-121 (2007).
  12. Brewer, B. R., McDowell, S. K., Worthen-Chaudhari, L. C. Poststroke Upper Extremity Rehabilitation: A Review of Robotic Systems and Clinical Results. Topics in Stroke Rehabilitation. 14 (6), 22-44 (2007).
  13. Kalita, B., Narayan, J., Dwivedy, S. K. Development of active lower limb robotic-based orthosis and exoskeleton devices: A systematic review. International Journal of Social Robotics. 13, 775-793 (2021).
  14. Bosch, T., et al. The effects of a passive exoskeleton on muscle activity, discomfort and endurance time in forward bending work. Applied Ergonomics. 54, 212-217 (2016).
  15. Secciani, N., et al. A novel application of a surface ElectroMyoGraphy-based control strategy for a hand exoskeleton system: A single-case study. International Journal of Advanced Robotic Systems. 16 (1), 1729881419828197(2019).
  16. Bützer, T., et al. PEXO - A pediatric whole hand exoskeleton for grasping assistance in task-oriented training. IEEE 16th International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR). , 108-114 (2019).
  17. Meeker, C., et al. EMG pattern classification to control a hand orthosis for functional grasp assistance after stroke. IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR). , 1203-1210 (2017).
  18. Witkowski, M., et al. Enhancing brain-machine interface (BMI) control of a hand exoskeleton using electrooculography (EOG). Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 11 (1), 165(2014).
  19. Cantillo-Negrete, J., et al. Motor imagery-based brain-computer interface coupled to a robotic hand orthosis aimed for neurorehabilitation of stroke patients. Journal of Healthcare Engineering. 2018, 1624637(2018).
  20. Bhagat, N. A., et al. Design and optimization of an EEG-based brain machine interface (BMI) to an upper-limb exoskeleton for stroke survivors. Frontiers in Neuroscience. 10, 122(2016).
  21. Habibzadeh Tonekabony Shad, E., Molinas, M., Ytterdal, T. Impedance and noise of passive and active dry EEG electrodes: A review. IEEE Sensors Journal. 20 (24), 14565-14577 (2020).
  22. Tariq, M., Trivailo, P. M., Simic, M. EEG-based BCI control schemes for lower-limb assistive-robots. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 312-312 (2018).
  23. Gwin, J. T., Ferris, D. High-density EEG and independent component analysis mixture models distinguish knee contractions from ankle contractions. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2011, 4195-4198 (2011).
  24. Tariq, M., Trivailo, P. M., Simic, M. Classification of left and right foot kinaesthetic motor imagery using common spatial pattern. Biomedical Physics & Engineering Express. 6 (1), 015008(2019).
  25. Ryser, F., et al. Fully embedded myoelectric control for a wearable robotic hand orthosis. iInternational Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR). , 615-621 (2017).
  26. Reeves, J., Starbuck, C., Nester, C. EMG gait data from indwelling electrodes is attenuated over time and changes independent of any experimental effect. Journal of Electromyography and Kinesiology. 54, 102461(2020).
  27. Huang, J., et al. Control of upper-limb power-assist exoskeleton using a human-robot interface based on motion intention recognition. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering. 12 (4), 1257-1270 (2015).
  28. Rodrigues, C., et al. Comparison of intramuscular and surface electromyography recordings towards the control of wearable robots for incomplete spinal cord injury rehabilitation. 2020 8th IEEE RAS/EMBS International Conference for Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob). , 564-569 (2020).
  29. Rasool, G., et al. Spatial analysis of multichannel surface EMG in hemiplegic stroke. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering : A Publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 25 (10), 1802-1811 (2017).
  30. Stieglitz, T., et al. Non-invasive measurement of torque development in the rat foot: measurement setup and results from stimulation of the sciatic nerve with polyimide-based cuff electrodes. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 11 (4), 427-437 (2003).
  31. Polasek, K. H., et al. Human nerve stimulation thresholds and selectivity using a multi-contact nerve cuff electrode. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 15 (1), 76-82 (2007).
  32. Kenney, L., et al. An implantable two channel drop foot stimulator: initial clinical results. Artificial Organs. 26 (3), 267-270 (2002).
  33. Ortiz-Catalan, M., et al. Patterned stimulation of peripheral nerves produces natural sensations with regards to location but not quality. IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. 1 (3), 199-203 (2019).
  34. Boretius, T., et al. A transverse intrafascicular multichannel electrode (TIME) to interface with the peripheral nerve. Biosensors and Bioelectronics. 26 (1), 62-69 (2010).
  35. Petrini, F. M., et al. Six-month assessment of a hand prosthesis with intraneural tactile feedback. Annals of Neurology. 8 (1), 137-154 (2019).
  36. Jung, R., et al. Bionic intrafascicular interfaces for recording and stimulating peripheral nerve fibers. Bioelectronics in Medicine. 1 (1), 55-69 (2017).
  37. Christensen, M. B., et al. The foreign body response to the Utah Slant Electrode Array in the cat sciatic nerve. Acta Biomaterialia. 10 (11), 4650-4660 (2014).
  38. Zollo, L., et al. Restoring tactile sensations via neural interfaces for real-time force-and-slippage closed-loop control of bionic hands. Science Robotics. 4 (27), (2019).
  39. George, J. A., et al. Long-term performance of Utah slanted electrode arrays and intramuscular electromyographic leads implanted chronically in human arm nerves and muscles. Journal of Neural Engineering. 17 (5), 056042(2020).
  40. Wendelken, S., et al. Restoration of motor control and proprioceptive and cutaneous sensation in humans with prior upper-limb amputation via multiple Utah Slanted Electrode Arrays (USEAs) implanted in residual peripheral arm nerves. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 14 (1), 121(2017).
  41. Yang, Z., et al. Noise characterization, modeling, and reduction for in vivo neural recording. Proceedings of the 23rd Annual Conference on Neural Information Processing Systems (NIPS 09). , 2160-2168 (2009).
  42. Ursu, D. C., et al. In vivo characterization of regenerative peripheral nerve interface function. Journal of Neural Engineering. 13 (2), 026012(2016).
  43. Lotti, F., et al. Invasive intraneural interfaces: Foreign body reaction issues. Frontiers in Neuroscience. 11, 497-497 (2017).
  44. Stiller, A. M., et al. A meta-analysis of intracortical device stiffness and its correlation with histological outcomes. Micromachines. 9 (9), 443(2018).
  45. Kung, T. A., et al. Regenerative peripheral nerve interface viability and signal transduction with an implanted electrode. Plastic and Reconstructive Surgery. 133 (6), 1380-1394 (2014).
  46. Kubiak, C. A., Kemp, S. W. P., Cederna, P. S. Regenerative peripheral nerve interface for management of postamputation neuroma. JAMA Surgery. 153 (7), 681-682 (2018).
  47. Vu, P. P., et al. A regenerative peripheral nerve interface allows real-time control of an artificial hand in upper limb amputees. Science Translational Medicine. 12 (533), (2020).
  48. Svientek, S. R., et al. Fabrication of the composite regenerative peripheral nerve interface (C-RPNI) in the adult rat. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (156), e60841(2020).
  49. Ursu, D., et al. Adjacent regenerative peripheral nerve interfaces produce phase-antagonist signals during voluntary walking in rats. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 14 (1), 33(2017).
  50. Vu, P. P., et al. Closed-loop continuous hand control via chronic recording of regenerative peripheral nerve interfaces. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 26 (2), 515-526 (2018).
  51. Urbanchek, M. G., et al. Development of a Regenerative Peripheral Nerve Interface for Control of a Neuroprosthetic Limb. BioMed Research International. 2016, 5726730(2016).
  52. Kubiak, C. A., et al. Physiologic signaling and viability of the Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI) for intact peripheral nerves. Journal of Neural Engineering. 18 (4), (2021).
  53. Rocha, J. A., et al. Diagnostic investigation and multidisciplinary management in motor neuron disease. Journal of Neurology. 252 (12), 1435-1447 (2005).
  54. Haastert, K., et al. Nerve repair by end-to-side nerve coaptation: histologic and morphometric evaluation of axonal origin in a rat sciatic nerve model. Neurosurgery. 66 (3), 567-576 (2010).
  55. Hayashi, A., et al. Collateral sprouting occurs following end-to-side neurorrhaphy. Plastic and Reconstructive Surgery. 114 (1), 129-137 (2004).
  56. Hu, Y., et al. Regenerative peripheral nerve interface free muscle graft mass and function. Muscle & Nerve. 63 (3), 421-429 (2021).
  57. Carr, M. M., et al. Strain differences in autotomy in rats undergoing sciatic nerve transection or repair. Annals of Plastic Surgery. 28 (6), 538-544 (1992).
  58. Sporel-Özakat, R. E., et al. A simple method for reducing autotomy in rats after peripheral nerve lesions. Journal of Neuroscience Methods. 36 (2), 263-265 (1991).
  59. Lemon, R. N., Mantel, G. W. H., Rea, P. A. Recording and identification of single motor units in the free-to-move primate hand. Experimental Brain Research. 81 (1), (1990).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Muscle Cuff RPNINerve Signal AmplificationCompound Muscle Action PotentialsMotor Intent DetectionExoskeleton ControlMuscle GraftEpineurial WindowElectrophysiologic TestingNeuromuscular Junctions

מאמרים קשורים