バイオニック再建を受けた全身性神経叢損傷患者のリハビリテーションツールとしての表面筋電図バイオフィードバック

表面筋電図バイオフィードバックは、フレイルアームの筋肉活動が非常にかすかな腕神経叢損傷を有する患者における表面EMG信号の同定とトレーニングを大幅に簡素化する。EMGバイオフィードバックの表面を使用すると、様々なモータコマンドと電極位置をテストし、技術が侵襲的ではなく、容易に適用可能で、安価であるため、繰り返し訓練することができます。表面EMGバイオフィードバックのシステムを設定するには、静かな部屋のテーブルの上にデバイスを置き、コンピュータ画面の前に患者を配置します。

患者に手の動きを考えてもらい、同時に特定の作用を行うことを意図した筋肉を収縮させようとすると同時に、筋肉収縮のために前腕を触診しながら、機能しない手の実際の動きは生じないだろう。筋肉の収縮を感じることができる正確な皮膚位置に表面EMG電極を置き、患者はちょうど筋肉の収縮を引き出そうとしたのと同じ運動指令を繰り返させる。コンピュータ画面上のEMG信号を観察して、患者が特定の行動を行うことを意図した筋肉を収縮させようとしたときに振幅が一貫して増加しているかどうかを確認します。

振幅がバックグラウンドノイズの2~3倍未満の場合や信号に一貫性がない場合は、同じ電極位置を持つ他のモータコマンドを試して、より高い振幅を得られるかどうかを確認します。次に、電極を前腕の新しい位置に移動して、別のジェスチャのために筋肉の収縮を評価します。患者がジェスチャーを行うと考えている間、コンピュータ画面上の信号の振幅を監視します。

前腕に筋肉の活動が見つからない場合は、上腕と肩のガードルの手順を繰り返します。2つ以上のEMGシグナルが同定されたら、患者に交互にシグナルを活性化するよう促す。プロテーゼを確実に駆動するには、独立したEMG信号を干渉することなく制御する必要があります。

トレーニング中に全ての信号に対して同様の振幅閾値を達成するために、各信号の電圧ゲインを個別に調整して、患者の信号の分離と理解を容易にします。繰り返し、患者に補力の力学を説明し、わずかな筋肉収縮は、信号の共活性化を避けるために筋力よりも好まれるべきであることを説明する。コンピュータ画面上のEMG信号を観察し、特定の動きを試みるときに2つの信号が同時活性化されることを患者に説明します。

各EMG信号が特定の補間作用にリンクされているため、1つの特定のアクションの試み中に2つの信号を同時活性化してはならないこと、したがって共活性化されたシグナルが患者が望む行動をもたらさないことを患者に指示する。患者に対して、わずかに異なる動きを試み、信号分離に関してどの正確な動きパターンが最適かを観察するよう指示する。適切な信号が特定されたら、患者にこれらの運動を行う練習をトレーニングセッションあたり30分以下にするよう促す。

トレーニングの開始時に完全な信号分離はありそうもないが、繰り返しの数が多いほど改善し、わずかな収縮を行うときに信号分離が最初に容易になるかもしれないことを患者に指示する。信号の一貫性が向上するにつれて、患者に対して、筋肉とそのシグナルをさらに強化するために、より高い信号振幅を生成するように指示する。一貫したEMG信号分離と確実な制御が達成されたら、対応するEMGソフトウェアに接続された卓上の補座を取り付け、患者の腕に電極を置いてEMG活性を機械的補間機能に直接変換します。

直接制御を行う筋電補体は、1つの電極の入力を使用して一度に1つの義足の動きを制御することを患者に知らせます。移動速度の比例制御を持つ装置を使用する場合、コンピュータ画面上の信号の外観と義足運動の速度と強さとの相関関係について患者に指示する。次に、患者に共収縮を練習させ、患者がコンピュータ画面上のEMG信号を観察し、両方の信号が同時にピークに達することが重要であることを説明させる。

補生装置が動かない場合、患者は両方の信号が同時にピークに達すると共収縮を正しく行っている。患者が卓上の補間の制御を習得した場合、患者に個別に合わせられ、障害のある四肢の上または下に取り付けられるハイブリッド義肢の概念を導入する。ハイブリッド補生継ぎは、選択切断前のリハビリテーション中の追加トレーニングに使用できます。

処置を行う前に、患者に計画された切断に関する未解決の質問があるかどうかを尋ね、切断前にいつでもこの決定を取り消すことは可能であり、不可逆的で人生を変える手術をもたらすことが可能であることを明確に伝えます。次に、結果をビデオ撮影しながら機能のない手を使用して上肢機能の標準化された評価を行います。術後創傷治癒の4〜6週間後、電気配置のための最良のホットスポットを決定し、整形外科の技術者が以前に定義されたEMG電極位置を使用して最終的な義足ソケットを設計した実証したように、患者にEMG信号を練習してもらいます。

補語の準備ができたら、患者に補間装置がサポートされている方法で簡単な義足の動きを練習してもらいます。肘が交互に屈曲して伸びるなど、異なる腕の位置で単純な義足の動きに移り、小さな箱を拾い、小さなオブジェクトを操作するなどの簡単な把握タスクを続けます。最後に、患者は、むしろ単純なタスクから始まり、ゆっくりと患者が自分の特定の生活状況に関連すると考えるタスクに複雑さを追加する日常生活の活動を行う患者の練習を持っています。

補間フィッティングの3ヶ月後、義肢の手を用いて上肢機能の標準化された評価を繰り返し、結果のビデオを記録する。本研究では、表面EMGバイオフィードバックを用いた実証されたリハビリテーションプロトコルが、複数の神経根の外傷を含む重度の腕神経叢損傷を有する6人の患者に正常に実施された。各患者の治療セッション数と詳細な結果は、表で観察することができます。

この評価では、前腕のボラー面の電極は、患者が赤い波によって示されるように手を閉じようとしたときにEMG活性を感知した。この患者における信号分離は、前腕の後方面に配置された第2電極からの信号が青色波で示される閾値に達しなくて満足している。そして、患者が手を開けることを考えると、第2の信号の振幅は青い波で示される閾値を超え、第1電極からの信号は赤い波で示されるようにほとんど不活性のままでした。

重度の腕神経叢損傷を有する患者の上肢の筋肉への神経入力は非常にまばらである。そのため、さまざまなモータコマンドと電極の精度をテストする必要があります。患者のモチベーションをさらに高め、長期的なリハビリテーションプロセス中のトレーニングとの関わりを高めるために、表面EMGバイオフィードバックをゲームベースの介入に組み込むことができます。