選択的神経伝達を受ける上肢切断者に対する治療介入
October 29th, 2021
この研究は、選択的神経伝達手術後の補綴物機能を高めるためのプロトコルを提示する。リハビリテーション介入には、患者の情報と選択、創傷治癒のサポート、上肢の感覚運動領域の皮質再活性化、選択的筋肉活性化の訓練、日常生活における義肢の取り扱い、および定期的なフォローアップ評価が含まれる。
TMRとしても知られる選択的神経移植は、補綴機能を改善することができます。ただし、この手法を最大限に活用するには、ここで紹介する特定のリハビリテーションが必要です。このプロトコルは適切に構成されているため、経験の少ないセラピストでも簡単に使用できます。
さらに、TMRを受けている30人以上の患者でテストされています。まず、患者の病歴を収集し、補綴リハビリテーションへの期待と日常生活における補綴システムの需要について患者に尋ねます。この情報と検査に基づいて、標的を絞った筋肉の再神経支配または短いTMRが患者にとって良い選択肢であるかどうかについて話し合います。
TMR手術の実施について、チーム内および患者に同意します。TMR手術後、患者の前に鏡を設置することにより、鏡面療法を使用して皮質レベルでの再神経支配プロセスを促進します。次に、患者に鏡の後ろに残っている手足を隠すように依頼し、鏡に映るその反射を見ながら、健康な手でさまざまな動きをするように患者に指示します。
あるいは、患者に目を閉じたまま切断された手と腕のさまざまな動きを想像するように依頼することにより、再神経支配プロセスに想像された動きの方法を使用します。側方化トレーニングを使用する場合は、左または右の手と腕を示すカードを患者に提示し、側面に名前を付けるように依頼します。次に、患者に選択に関するフィードバックを提供します。
信号トレーニングについては、まず手術レポートを調べて、どの筋肉部分が神経支配され、どの神経が伝達されたかを理解します。手術の3か月後、表面筋電図またはSEMGバイオフィードバックシステムを設定して、意欲的な筋肉活動を評価します。評価の目標とシステムの機能を患者に説明する前に、患者の皮膚から余分な体毛、死んだ皮膚のフレーク、油、またはクリームを取り除き、インピーダンスを減らします。
ドナーの神経の本来の機能に応じて手と腕の動きを行い、筋肉を触診するように患者に指示します。筋肉の上の皮膚に表面EMG電極を置き、活性化中の信号振幅がリラクゼーション中の信号振幅の2〜3倍である場合は、再神経支配が成功すると考えてください。すべての神経の意欲的な活性化を測定した後、どの筋肉がどの運動コマンドで活性化できるかに注意し、患者に自宅で運動コマンドを訓練するように依頼します。
次に、SEMG電極を使用して再神経支配された筋肉の選択的活性化のトレーニングを開始し、受信者の筋肉信号を拾い上げ、以前に評価された運動パターンを患者に考えてもらいます。次に、EMGバイオフィードバックを使用して筋肉の活動を表示します。前の評価からのメモを調べた後、それがより簡単であるならば、両側で望ましい動きを実行するように患者に頼みます。
患者が筋肉を活性化できるようになったらすぐに、患者に筋肉を繰り返し活性化して完全に弛緩させるように依頼します。患者にさまざまな動きを実行し、電極をさまざまな場所に配置して、最大振幅につながる組み合わせを見つけるように指示します。見つかったら、肌にマークを付けます。
より多くの筋肉を活性化できる場合は、各筋肉の活性化と弛緩を個別にトレーニングし、単一の筋肉の合理的な制御が可能な場合は、2つの筋肉の活動を表示します。手の開閉などの拮抗的な筋肉や動きから始めて、一方の筋肉を活性化し、もう一方の筋肉をできるだけリラックスさせるように患者に指示します。そのような選択的な行動が不可能な場合は、両方の筋肉に異なる動きの手がかりを試してください。
選択性のためのトレーニングの要件を説明することによって患者を慰めます。2つの筋肉の選択的活性化が達成されたらすぐに、もう1つの筋肉を追加し、患者が各筋肉を選択的に活性化できるようになるまで手順を繰り返します。すべての信号の選択的活性化が確立されたら、卓上義手を導入します。
患者に義手を注意深く見ながら制御するように依頼し、補綴ハードウェアで許可されている場合は、低EMG振幅は遅い動きに対応し、高速の動きは高信号によって達成されることを患者に説明します。患者にさまざまな移動速度をテストさせます。次に、人工肘関節または手首を作動させ、患者に制御させ、信号レベルの良好な制御が達成されたら、すべての義関節のスイッチをオンにして、同時制御を有効にします。
患者に新しい補綴物を装着するときは、自由度、アクティブな関節の切り替えの仕組み、補綴物の防水状態、清掃方法など、補綴物の基本的な機能を患者に説明します。次に、外部物体なしで補綴物を動かすように患者を訓練し、そうするために、補綴物が異なる移動速度を許可する場合は、移動速度を変えるように患者に指示します。さらに複雑にするには、患者にプロテーゼを異なる位置で制御し、より多くの自由度を同時に組み合わせるように依頼します。
オブジェクト操作トレーニングでは、ストレスボールや木製ブロックなどのさまざまなオブジェクトを患者に提供し、オブジェクトを操作すると複雑さがさらに増えることを説明します。健康な手を使って物体を義手に置き、閉じるように患者に依頼します。次に、患者がオブジェクトを解放する前に、人工肘または手首関節を動かせるようにします。
次に、オブジェクトをテーブルまたは棚に置き、患者に義手でそれを拾い上げて別の場所に置くように依頼します。最後に、患者がリハビリテーションから解雇され、自宅でデバイスを使用する前に、日常生活の活動を訓練します。フォローアップ評価のために、リハビリテーションから退院してから3か月後に患者を学際的な医療相談に招待します。
自宅や職場でのプロテーゼの使用について、または患者が問題に直面しているかどうかを患者に尋ね、標準化されたテストを使用してプロテーゼの機能を評価します。本研究では、当初含まれていた30人の参加者のうち、13人だけが補綴リハビリテーションを受け、10人がフォローアップ評価に利用可能でした。補綴機能は、サウスハンプトンハンドアセスメント手順、アクションリサーチアームテスト、および洗濯はさみ再配置テストを使用して評価されました。
SHAPとARATでは、スコアが高いほど機能が優れていることを意味し、CPRTに必要な時間が短いことも示されました。表面EMTバイオフィードバックの使用は、リハビリテーションにおいて非常に役立つことがわかりました。それでも、筋肉の再神経支配のためにリハビリテーションの期間は比較的長いです。
私たちのチームは現在、TMRがマルチユニットの採用をどのように変えるかを調査しています。今後、この知見を活かして補綴制御の強化を図っていく予定です。
概要
この記事は、選択的神経転移術後の義肢機能を向上させるための構造化されたプロトコルを提示します。様々なトレーニング技術と評価を通じて患者の転帰を改善することを目的としたリハビリテーション介入を概説しています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- リハビリテーション
- 義肢学
背景
- 選択的神経転移は、義肢機能を大幅に向上させることができます。
- この技術の利点を最大限に引き出すには、特定のリハビリテーションプロトコルが不可欠です。
- このプロトコルは30人以上の患者でテストされています。
- 皮質再活性化と筋肉トレーニングの様々な方法が含まれています。
研究目的
- 選択的神経転移を受ける患者のための包括的なリハビリテーションプロトコルを提供すること。
- 日常生活における義肢の機能的使用を向上させること。
- セラピストが効果的なリハビリテーション戦略を実施することを支援すること。
使用した方法
- 患者の評価と病歴収集。
- 皮質再神経化のためのミラーセラピーと想像運動。
- 筋活動トレーニングのための表面筋電図（SEMG）バイオフィードバック。
- 選択的筋活動と義肢操作のトレーニング。
主要な結果
- 筋活動の信号増幅により、再神経化の成功が示されました。
- 患者は義肢の動きの制御力が向上しました。
- トレーニングにより、日常活動における義肢の機能的使用が向上しました。
- 定期的なフォローアップ評価により、義肢機能の持続的な改善が示されました。
結論
- 構造化されたリハビリテーションプロトコルは義肢機能の向上に効果的です。
- 患者の参加と個別化されたトレーニングが成功した転帰に不可欠です。
- 長期的な成功には継続的な評価とサポートが必要です。
よくある質問
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.
