Surface Electromyographic biofeedback als een revalidatie-instrument voor patiënten met Global brachial plexus letsel ontvangen Bionic wederopbouw

Samenvatting

Optimale functionele uitkomsten na de Bionic-reconstructie bij patiënten met een wereldwijde brachiale plexus blessure hangt af van een gestructureerd revalidatie protocol. Oppervlakte elektromyografische geleide training kan de amplitude, scheiding en consistentie van EMG-signalen verbeteren, wat-na electieve amputatie van een is hand controle en een prothetische hand aandrijfas.

Samenvatting

Bij patiënten met wereldwijde brachiale plexus letsel en gebrek aan biologische behandelingsalternatieven, is de Bionic-reconstructie, inclusief de electieve amputatie van de is hand en de vervanging ervan met een prothese, onlangs beschreven. Optimale prothetische functie hangt af van een gestructureerd revalidatie protocol, omdat de resterende spieractiviteit in de arm van een patiënt later wordt vertaald in een prothetische functie. Het oppervlak een (SEMG) Biofeedback is gebruikt tijdens revalidatie na een beroerte, maar is tot nu toe niet gebruikt bij patiënten met complexe perifere zenuw verwondingen. Hier presenteren we ons revalidatie protocol dat is geïmplementeerd bij patiënten met wereldwijde brachiale plexus letsels die geschikt zijn voor de wederopbouw van de Bionic-chip, beginnend bij de identificatie van sEMG-signalen tot de laatste prothetische training. Dit gestructureerde revalidatie programma vergemakkelijkt het releren van de motor, wat een cognitief debiliterend proces kan zijn na complexe zenuwwortel letsels, afwijkende re-innervatie en extra-anatomische reconstructie (zoals het geval is bij zenuwoverdracht chirurgie). Het revalidatie protocol met behulp van sEMG biofeedback helpt bij de oprichting van nieuwe motorische patronen als patiënten worden bewust gemaakt van het voortschrijdende re-innervatie proces van de doel spieren. Bovendien kunnen zwakke signalen ook worden getraind en verbeterd met behulp van sEMG biofeedback, waardoor een klinisch "nutteloze" spier (het tentoonstellen van spierkracht M1 op de British Medical Research Council [BMRC] schaal) in aanmerking komt voor behendige prothetische handbediening. Bovendien, functionele uitkomst scores na succesvolle Bionic wederopbouw worden gepresenteerd in dit artikel.

Inleiding

Wereldwijde brachiale plexus letsels, waaronder de traumatische avulsie van zenuwwortels van het ruggenmerg, vormen een van de ernstigste zenuw letsels bij de mens en zijn meestal van invloed op jonge, anders gezonde patiënten in de Prime of Life^1,2 . Afhankelijk van het aantal zenuwwortels, kan volledige verlamming van de bovenste ledematen ontstaan omdat de Nerval verbinding van de hersenen naar de arm en de hand wordt verstoord. Traditioneel, de avulsion van zenuwwortels is geassocieerd met slechte resultaten³. Met microchirurgische zenuw technieken winnen terrein in de afgelopen decennia, chirurgische resultaten zijn verbeterd en nuttige motorische functie in de schouder en de elleboog zijn meestal gerestaureerd^4,5. De intrinsieke spier massa in de hand, die het meest intrinsiek ligt, ondergaat meestal vette degeneratie resulterend in onomkeerbare atrofie voordat regenererende axonen het kunnen bereiken⁶. Voor dergelijke gevallen is de Bionic-reconstructie, die de electieve amputatie van de is "plexus" hand en de vervanging ervan met een mechatronische hand omvat,^7,8beschreven. Resterende spieractiviteit in de onderarm van een patiënt, die klinisch onbeduidend kan zijn (isometrische contracties, M1 op de schaal van de British Medical Research Council [BMRC]), wordt opgehaald uit de transcutane elektroden die elektromyografische activiteit sensing, die vervolgens vertaald in verschillende bewegingen van een prothese hand⁹.

Bij de eerste consultatie kunnen voldoende oppervlakte-elektromyografische (sEMG) signalen aanwezig zijn. In sommige gevallen, echter, aanvullende signalen moeten worden vastgesteld uitvoeren van selectieve zenuw en spier overdrachten⁷. In beide gevallen is een gestructureerd revalidatie protocol nodig om de sEMG-signaal consistentie en de daaropvolgende optimale prothetische functie aan het einde van het proces te garanderen. Een grote uitdaging na zenuwwortel Avulsie en afwijkende re-innervatie evenals na zenuwoverdracht chirurgie is de oprichting van nieuwe motorische patronen om te laten volitionele controle over de doel spier. sEMG biofeedback methoden zijn op grote schaal gebruikt in de revalidatie van beroerte¹⁰. Deze methode maakt directe visualisatie van gespierde activiteit die anders onopgemerkt zou zijn als gevolg van spierzwakte en/of Co-activering van antagonisten. Het moedigt patiënten aan om hun zwakke spieren te trainen, terwijl ze nauwkeurige feedback geven over de juiste uitvoering van motor taken¹¹.

In een recente publicatie hebben we voor de eerste keer aangetoond dat sEMG biofeedback ook kan worden gebruikt bij het herstel van complexe perifere zenuw letsels¹². Wij geloven dat sEMG biofeedback een uiterst nuttige methode is om een patiënt bewust te maken van het voortschrijdend re-innervatie proces na een operatie aan de zenuwoverdracht. Ook, flauwvallen spieractiviteit, die voorheen was van geen gebruik voor de patiënt, kan worden getraind en versterkt voor latere prothetische controle met behulp van sEMG biofeedback, waarmee concrete visualisatie van anders onopgemerkt spieractiviteit aan zowel clinicus en patiënt . De voortgang van de training kan daarom goed worden begrepen en gedocumenteerd. Bovendien stelt het gebruik van directe feedback op spieractiviteit de clinicus in staat om verschillende motor commando's te correleren met de bijbehorende signaalamplitude en consistentie, waarbij de beste motorische strategieën worden vastgesteld om robuuste prothetische controle in de toekomst mogelijk te maken. Samenvattend, het doel van deze methode is om het revalidatieproces te vergemakkelijken door het begrijpen van een patiënt, bewustzijn en controle van zijn/haar sEMG signalen, die later zal rijden een prothese hand.

Protocol

De klinische uitvoering van dit revalidatie protocol is goedgekeurd door de ethische commissie van de medische universiteit van Wenen (ethisch stem nummer: 1009/2014), Oostenrijk en uitgevoerd overeenkomstig de normen die zijn vastgesteld in de verklaring van Helsinki. Alle patiënten hebben schriftelijke geïnformeerde toestemming gegeven voor deelname aan deze studie.

Opmerking: eerdere publicaties van aszmann et al.⁷ en Hruby et al.^8,13 zijn beschikbaar met een beschrijving van het concept, behandelings algoritme en psychosociale voorwaarden met betrekking tot de wederopbouw van de Bionic in grote details. Tabel met materialen verwijst naar alle materialen en apparatuur die in het voorgestelde revalidatie protocol worden gebruikt.

1. beoordeling van de patiënt bij eerste raadpleging

1. Voor alle stappen van patiënt beoordeling, revalidatie en training, vinden van een kantoor of examen kamer, waar de patiënt alleen in een rustige sfeer zonder storingen. Zorg ervoor dat u voldoende ruimte hebt om de patiënt te onderzoeken en het sEMG biofeedback systeem in te stellen.
2. Verkrijgen van een gedetailleerde case geschiedenis van de patiënt met inbegrip van letsel mechanisme en eerste zorg, rapporten over eerdere zenuw hersteloperaties, en subjectieve handicap in het dagelijks leven.
3. Overweeg alleen patiënten voor Bionic reconstructie met mislukte biologische behandeling alternatieven (dat wil zeggen, zenuw herstel, zenuw overdrachten, secundaire reconstructies resulterend in futiel bovenste ledemaat functie). Uitsluiten van patiënten met gelijktijdige schade aan het centrale zenuwstelsel, instabiele fracturen van de aangetaste ledemaat, onbehandelde en/of veerkrachtige psychische problemen, drugsverslaving, gebrek aan compliance en toewijding om zich te houden aan een langdurige revalidatie Programma.
4. Voer een gedetailleerd klinisch onderzoek uit, gericht op de huidige functie van de bovenste ledemaat. Evalueer klinisch de functie van alle belangrijke spieren in de aangetaste arm en hand met behulp van de BMRC-indelings schaal.
5. Evalueer in een multidisciplinair team bestaande uit reconstructieve chirurgen, orthopedische chirurgen, fysiatristen, psychologen en fysiotherapeuten of alternatieven voor biologische behandeling mogelijk zijn. Vertel de patiënt dat de functionaliteit van een myoelectric prothese geenszins kan vergelijken met die van een biologische hand.
6. Vraag de patiënt naar zijn/haar motieven en perspectieven op Bionic reconstructie (zie een vorige publicatie¹³ inclusief het gestructureerde interview met een psycholoog om te beoordelen of een patiënt psychosociaal fit is om het proces van Bionic te doorlopen reconstructie).
7. Beoordeel of Tinel-tekenen kunnen worden opgewekt langs de neurale as van de belangrijkste perifere zenuwen die wijzen op de aanwezigheid van levensvatbare axonen die geschikt zijn voor chirurgie van de zenuwoverdracht.
8. Afgezien van de patiënt beoordeling, schetsen ook vaag een mogelijke tijdlijn van het hele proces, die afhangt van de beschikbaarheid van detecteerbare EMG-signalen. Als andere interventies, zoals psychologische ondersteuning, houdings training en/of versterking van de overgebleven spieren worden aangegeven, start u ze zo snel mogelijk.

2. identificatie van de sEMG-signalen

1. Stel een systeem in voor sEMG biofeedback op een tafel in een rustige kamer. Dit kan een zelfstandig apparaat zijn of één aangesloten op een computer. Als een computer wordt gebruikt, sluit u het EMG-apparaat aan op de computer door alle kabels aan te sluiten en de juiste software op de computer te starten.
2. Om de impedantie te verminderen, bereidt u de huid van de patiënt voor door het betreffende lichaamsdeel zorgvuldig te scheren en/of door dode huidcellen voorzichtig te verwijderen met een peeling gel of een natte papieren handdoek.
3. Leg kort de functionaliteit van het EMG-apparaat en de bijbehorende computer software uit aan de patiënt.
4. Plaats de patiënt vóór het computerscherm.
5. Vraag de patiënt te denken aan handbewegingen en tegelijkertijd te proberen om de spieren te contracteren die bedoeld zijn om een specifieke actie uit te voeren (zoals het verlengen van de pols, het maken van een vuist, het buigen van de duim, enz.), zelfs als dit niet zal resulteren in echte beweging van zijn is Hand. Palperen zijn/haar onderarm voor (zwakke) spiercontractie.
6. Plaats een sEMG-elektrode op de exacte huid positie, waar de spiercontractie met de vinger kan worden gepalpeerd, bijvoorbeeld op het dorsale extensor compartiment 5 cm distale aan het ellebooggewricht wanneer de patiënt wordt gevraagd te denken aan het verlengen van zijn/haar pols en vingers.
   Opmerking: Hoewel sEMG-activiteit kan worden gedetecteerd met natte en droge elektroden, zijn droge elektroden voorbereid om te testen, omdat deze gemakkelijk op de huid kunnen worden verplaatst om te controleren op optimale posities.
7. Herhaal de motor opdracht die eerder werd gebruikt (d.w.z. verlenging van de pols en vingers) om de spiercontractie te wekken.
   1. Observeer het EMG-signaal op het computerscherm en kijk of de amplitude consistent toeneemt wanneer de patiënt probeert de spier te contracteren die bedoeld is om een specifieke actie uit te voeren (d.w.z. het verlengen van de pols en vingers).
   2. Als de amplitude niet hoog genoeg is (minder dan 2 − 3 keer van de achtergrondruis¹²) of het signaal inconsistent is, probeer dan andere motor commando's met dezelfde elektrodepositie en kijk of hogere amplituden kunnen worden verkregen.
8. Herhaal de procedure voor een andere spier of spiergroep. Verplaats bijvoorbeeld de sEMG-elektrode naar het volar-aspect van de onderarm, plaats deze op de pronatorteres-spier en vraag de patiënt te proberen zijn/haar onderarm te proneren. Observeer het signaal op het computerscherm en kijk of de amplitude herhaaldelijk toeneemt wanneer de patiënt van deze beweging denkt.
   Opmerking: bij sommige patiënten is geen spieractiviteit voelbaar. Hier moeten drie of meer sEMG-elektroden op het Volar-, dorsale-en radiale aspect van de onderarm worden geplaatst en moeten verschillende motor commando's worden uitgevoerd, waarbij alle signalen voor amplitude veranderingen nauwkeurig worden geobserveerd, zelfs met de geringste veranderingen in elektrode positionering ( Zie Figuur 1).

Afbeelding 1: screenshot van EMG-signalen op een computerscherm.
Om EMG activiteit te identificeren, kunnen twee of meer elektroden worden geplaatst op de onderarm van een patiënt die hem/haar vraagt om verschillende bewegingen te proberen. In dit specifieke geval, de elektrode op het volar-aspect van de onderarm zintuigen EMG activiteit zoals weerspiegeld door de eerste, rode golf weergegeven op het computerscherm, wanneer de patiënt probeert om zijn/haar hand te sluiten. Signaal scheiding in deze patiënt is bevredigend, omdat het blauwe signaal, dat overeenkomt met de tweede elektrode geplaatst op het rugdeel van de onderarm, de drempel niet bereikt. Wanneer de patiënt denkt aan het openen van de hand, overschrijdt de amplitude van het blauwe signaal de drempel, terwijl het rode signaal bijna inactief blijft. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

9. Probeer ook motor commando's en elektrode posities die afwijken van de "normale" anatomie als afwijkende re-innervatie en extra-anatomische reconstructies zoals in zenuw overdrachten hebben de neurale input veranderd naar de gedeeltelijk gedenervated spieren.
10. Als er geen spieractiviteit wordt aangetroffen in de onderarm, herhaalt u de procedure op de bovenarm en de schoudergordel.
    Opmerking: bij sommige patiënten worden geen sEMG-signalen gevonden. Hierbij moeten zenuw-en spier overdrachten worden uitgevoerd om nieuwe EMG-signaal locaties vast te stellen (het gedetailleerde chirurgische concept kan elders worden gevonden⁷), de signaal training uitstellen voor 6 − 9 maanden. Voor behendige prothetische handbediening zijn ten minste twee scheidbare EMG-signalen nodig.

3. sEMG-geleide signaal training

Opmerking: de trainingssessies voor sEMG-geleide signaal training mogen niet langer zijn dan 30 minuten, omdat dit leidt tot spiervermoeidheid, wat succesvol motor leren belemmert. De beschreven stappen moeten gedurende een langere periode worden herhaald om te zorgen voor een goede neuromusculaire coördinatie die later nodig is voor betrouwbare prothetische controle.

1. Zodra twee of meer EMG-signalen zijn geïdentificeerd, moedigt u de patiënt aan om deze afwisselend te activeren (Zie Figuur 2A). Om een prothese betrouwbaar te kunnen aandrijinen, moeten de onafhankelijke EMG-signalen zonder interferentie worden bediend.
   1. Pas de spanningsversterking van elk signaal onafhankelijk aan om een vergelijkbare amplitude drempel te bereiken voor alle signalen tijdens de training, wat de signaal scheiding en het begrip voor de patiënt gemakkelijker maakt.
   2. Herhaal en uit te leggen aan de patiënt de mechanica van een prothese hand: lichte spiercontractie zal uiteindelijk leiden tot verbeterde signaal scheiding en moet de voorkeur boven spierkracht, dat wil zeggen, de amplitude van een signaal.

Figuur 2: sEMG-geleide revalidatie voor patiënten met Bionic hand reconstructie.
(A) met directe visualisatie van spieractiviteit kunnen verschillende motorische commando's worden geprobeerd om de hoogste EMG-amplitude over een specifieke doel spier te identificeren en verschillende signaal posities kunnen worden vergeleken. B) het gebruik van een tafelblad prothese, de EMG activiteit in de arm van een patiënt wordt direct vertaald in prothetische functie. C) door de montage van een hybride prothetische hand kan de patiënt toekomstige prothetische hand gebruik visualiseren en begrijpen. (D) na de prothetische reconstructie kunnen EMG-signalen worden getraind en geoptimaliseerd, hetzij met SEMG biofeedback of met de prothetische hand zelf. Dit cijfer is gewijzigd van Sturma et al.¹² en gereproduceerd met toestemming van de grenzen in de neurowetenschappen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

2. Observeer de EMG-signalen op het computerscherm en zorg ervoor dat de patiënt weet of de twee signalen samen worden geactiveerd bij het proberen van een specifieke beweging. Leg aan de patiënt uit dat twee signalen niet gelijktijdig moeten worden geactiveerd tijdens de poging van één specifieke actie, omdat elk EMG-signaal gekoppeld is aan een specifieke prothese. Co-geactiveerde signalen zullen daarom niet resulteren in de door de patiënt gewenste actie.
3. Instrueer de patiënt om verschillende (lichte) bewegingen te proberen en te observeren welke precieze bewegingspatronen de beste zijn met betrekking tot signaal scheiding. Moedig de patiënt aan om deze bewegingen te trainen.
4. Laat de patiënt weten dat de perfecte signaal scheiding onwaarschijnlijk is aan het begin van de training, maar zal verbeteren met een groot aantal herhalingen.
   Let op: fasen van ontspanning toestaan als spierkracht sneller kan afnemen bij patiënten met complexe zenuw letsels en zwakke myoactiviteit.
5. Met verbeterde signaal consistentie, Instrueer de patiënt om een hogere signaalamplitude te genereren om de spier en het signaal verder te versterken.
6. Met consistente EMG-signaal scheiding en solide controle installeert u een tafelblad prothese die is aangesloten op de bijbehorende EMG-software en de elektroden die op de onderarm/arm van de patiënt worden geplaatst. Dit zal EMG activiteit direct vertalen in mechanische prothese functie (Zie Figuur 2B en Figuur 3).

Figuur 3: patiënt voor een tafelblad prothese en screenshot van zijn twee signalen op een computerscherm.
Op de onderarm van de patiënt, twee elektroden Sense EMG activiteit. Deze twee signalen worden weergegeven als kleurgecodeerde grafieken op het computerscherm (rood en blauw) en worden tegelijkertijd vertaald in prothetische beweging, waardoor de patiënt de relatie tussen signaalkwaliteit en prothetische controle kan begrijpen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

7. De patiënt opleiden dat myoelektrische protheses met directe controle de input van één elektrode gebruiken (d.w.z. de gespierde activiteit gedetecteerd van één elektrode) om één prothetische beweging te besturen.
8. De patiënt bewust te maken van de correlatie tussen het uiterlijk van het signaal (meestal amplitude hoogte) op het computerscherm en de snelheid/sterkte van de prothese beweging, in het geval een apparaat met proportionele controle van de bewegingssnelheid wordt gekozen.
   Opmerking: afhankelijk van het aantal beschikbare EMG-signalen en de vrijheidsgraden van het laatste prothetische apparaat kan het nodig zijn om methoden te gebruiken om tussen deze vrijheidsgraden te schakelen. Een veelgebruikte methode om te schakelen tussen vrijheidsgraden (bijv. hand open/dicht bij pronatie/supination) is via de gelijktijdige samentrekking van twee spieren, ook bekend als co-contractie¹⁴.
9. Samen contractie trainen. Laat de patiënt de EMG-signalen op het computerscherm en de prothese observeren. Als het prothetische apparaat niet beweegt, d.w.z. Open/Close tijdens co-contractie, doet de patiënt het correct.

4. hybride hand fitting en prothetische training

1. Markeer de elektrode posities op de huid van de patiënt, die zijn gedefinieerd als optimaal voor betrouwbare prothetische controle en laat een orthopedische technicus een voorlopige prothese-socket vervaardigen die is ontworpen met deze exacte elektrode posities.
2. Monteer een hybride prothetische hand met de individueel op maat gemaakte socket op of onder de is "plexus" hand (Zie Figuur 2C).
3. Voer tegelijkertijd het EMG-softwareprogramma uit om de patiënt bewust te maken van zijn/haar acties.
4. Train afwisselend verschillende prothetische bewegingen. Elektroden kunnen ook worden geplaatst op aangrenzende spieren langs de bovenarm en schoudergordel om bewusteloze co-contracties te voorkomen, die zal leiden tot vermoeidheid in de hele bovenste ledemaat met verhoogde slijtage tijden.
   1. Begin met eenvoudige prothetische bewegingen (alleen open/sluit de hand zonder enige co-contractie) met het gewicht van het prothese apparaat dat wordt ondersteund.
   2. Ga verder met eenvoudige prothetische bewegingen in verschillende armposities, zoals de elleboog die afwisselend wordt verlengd of gebogen. Zorg ervoor dat de patiënt zich bewust is van signaal verschillen bij het aanpassen van de verschillende armposities en het trainen van signaal consistentie in alle posities.
      NB: na spontane zenuw regeneratie komt onbedoelde co-activatie van verschillende spier-of spiergroepen vaak voor als gevolg van afwijkende re-innervatie, die gecoördineerde bewegingen kan belemmeren en adequate spier activiteiten kunnen uitschakelen¹⁵. Zwakke onbedoelde spiercontractie treedt vaak op bij het verplaatsen van de arm, die wordt gedetecteerd door sEMG sensoren en vertaald in prothetische beweging. Dit kan resulteren in slechte prothese controle, indien niet afdoende aangepakt tijdens revalidatie met behulp van EMG training en Spierversterking zoals hieronder beschreven.
   3. In geval van logge prothetische controle in verschillende armposities, de EMG-signalen op het computerscherm grondig observeren en naar de patiënt wijzen, in welke arm positie onbedoelde contractie van een of meer spieren leidt tot signaal excursie. Train precieze activering van EMG-signalen in posities die de patiënt nog steeds kan hanteren en verander langzaam de armpositie na verloop van tijd.
   4. Voer krachttraining voor elleboog flexoren (en schouderspieren, indien van toepassing), als co-activatie van de spieren gebruikt voor de controle van de prothese wordt waargenomen tijdens het optillen van de arm. Leg aan de patiënt uit dat een sterkere spier (d.w.z. een spier die niet werkt met zijn maximale vrijwillige kracht tijdens eenvoudige hijs taken) meestal ook bijdraagt aan een betere scheiding van de signalen. Voer ook krachttraining uit, als de spieren van de bovenste ledematen te zwak zijn om het prothetische apparaat in een driedimensionale ruimte te bewegen en/of de schouder te stabiliseren terwijl u dit doet.
   5. Ga verder met eenvoudige grijp taken, zoals het oppakken van kleine dozen en het manipuleren van kleinere objecten (Zie afbeelding 2C).
   6. Tot slot, Train eenvoudige taken van het dagelijks leven zoals het openen van een deur, het vouwen van een handdoek of het openen van een fles.
      Opmerking: veel taken kunnen worden beperkt vanwege het feit dat de verlamde hand in de weg zit, en het apparaat kan nogal zwaar aanvoelen omdat de patiënt het gewicht van zijn/haar eigen hand moet opheffen naast de hybride prothetische hand.
5. Als de signaalkwaliteit onvoldoende is, kan het nuttig zijn om terug te gaan naar signaal training op het computerscherm. In alle taken specifiek op zoek naar Co-activering van signalen op het computerscherm en verder te verbeteren signaal independency.
6. Evalueer de bovenste ledematen functie met behulp van de hybride prothetische hand en neem video op van de testresultaten. Gebruik bovendien dezelfde Beoordelingen voor de verlamde hand om het functionele voordeel te documenteren dat verwacht wordt van de prothetische vervanging van de is hand.

5. electieve amputatie en prothetische hand vervanging

1. Plan het niveau van amputatie nauwkeurig afhankelijk van de plaats van de verschillende EMG-signalen (transradiaal, transhumeral of, in zeldzame gevallen, glenohumeral) in het multidisciplinaire team bestaande uit de fysiotherapeut/EMG-trainer van de patiënt, de chirurg die verantwoordelijk is voor voor de amputatie en de psycholoog die bekend is met de verwachtingen van de patiënt.
2. Vraag de patiënt of hij/zij onopgeloste vragen heeft met betrekking tot de geplande amputatie en duidelijk kenbaar maakt dat het op elk gewenst moment voorafgaand aan amputatie mogelijk is om deze beslissing in te trekken, wat anders zal resulteren in een onomkeerbare en levensveranderende operatie.
3. De gestandaardiseerde beoordeling van de functie van de bovenste ledemaat uitvoeren met behulp van de is hand en video tape de resultaten
4. Voer de gestandaardiseerde beoordeling van de bovenste ledematen functie met behulp van de hybride prothetische hand en video-tape de resultaten om de voordelen van een toekomstige prothese fitting documenteren.
5. Voer de electieve amputatie van de functiefloze ledemaat zoals eerder beschreven^7,8.
6. Laat de postoperatieve wondgenezing toe en zorg ervoor dat de patiënt aangrenzende gewrichten kan trainen voor een betere mobiliteit van de bovenste ledematen. Train na 4 − 6 weken de EMG-signalen zoals hierboven beschreven en definieer de beste hotspots voor elektrode posities.
   Opmerking: deze elektrode posities en motor commando's kunnen enigszins afwijken van de gevonden voor amputatie.
7. Laat een orthopedisch technicus de laatste prothetische socket ontwerpen met behulp van de eerder gedefinieerde EMG-elektrode posities (Zie Figuur 4, ter illustratie van een mogelijk socketontwerp bij een van de meegeleverde patiënten).
   Opmerking: Hoewel er geen specifiek socketontwerp wordt aanbevolen, zijn de exacte positie van de elektroden en hun hechting op de huid van de stronk van het allergrootste belang, omdat patiënten met plexus brachialis een grotendeels gereduceerde neuro-gespierde interface hebben.

Figuur 4: voorbeeld van een mogelijke prothese en socketontwerp.
A) de prothese van deze patiënt bestaat uit een buitenmantel gemaakt van koolstof. (B) in plaats van een prothetische hand gebruikt de patiënt liever een haak, die opent en sluit als een grijp gereedschap. (C, D) De twee elektroden zijn geïntegreerd in de prothese. De patiënt draagt een siliconen voering met twee gaten erin, waardoor direct huidcontact met de twee elektroden (niet getoond). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

8. Start de prothese training.
   1. Nogmaals, beginnen met eenvoudige prothetische bewegingen (alleen openen/sluiten de hand zonder enige co-contractie) met het gewicht van de prothese apparaat wordt ondersteund.
   2. Ga verder met eenvoudige prothetische bewegingen in verschillende armposities, zoals de elleboog die afwisselend wordt verlengd of gebogen.
   3. Ga verder met eenvoudige grijp taken zoals het oppakken van kleine dozen en het manipuleren van kleinere objecten (Zie afbeelding 2D).
   4. Tot slot, Train activiteiten van het dagelijks leven, opnieuw beginnen met vrij eenvoudige taken (als het openen van een deur) en langzaam toe te voegen complexiteit en taken die de patiënt relevant acht voor zijn/haar specifieke levenssituatie.
9. Drie maanden na prothetische fitting, herhaal de gestandaardiseerde beoordeling van de bovenste ledemaat functie met behulp van de prothetische hand en noteer een video van de resultaten.

Resultaten

Bij zes patiënten met ernstige brachiale plexus letsels, waaronder meerdere zenuwwortel avulsies, werd het gepresenteerde revalidatie protocol met behulp van sEMG biofeedback met succes geïmplementeerd. Gedetailleerde patiënt karakteristieken zijn te vinden in tabel 1. Figuur 2 toont de verschillende fases van het gestructureerde revalidatie protocol en gedetailleerde uitleg over de uitvoering ervan.

Om verbeteringen in de handfunctie voor en na de Bionic-reconstructie aan te tonen, werd een gestandaardiseerde beoordeling die de mondiale bovenste extremiteits functie evalueerden op twee tijdstippen uitgevoerd: vóór electieve amputatie van de is "plexus" hand en Na succesvolle prothese reconstructie en revalidatie. De Action Research arm test (ARAT) werd oorspronkelijk ontwikkeld om de wereldwijde functie van de bovenste extremiteiten te beoordelen bij patiënten met cognitieve stoornissen van hand controle¹⁶. De gestandaardiseerde aanpak van Yozbatiran et al.¹⁷ werd gebruikt in onze studies. De ARAT bestaat uit vier verschillende afdelingen, waaronder taken die dicht bij het dagelijks leven vallen. De test wordt getimed door de waarnemer die ook de taakprestaties van 0 − 3, met 3 de normale functie aangeeft. Een maximum van 57 punten is haalbaar met een indicatie van een ongestoorde motorische functie¹⁶. Het aantal therapiesessies met sEMG Biofeedback en gedetailleerde resultaten voor elke patiënt kan worden gevonden in tabel 2.

Hoewel de tevredenheid van de patiënt met het aangeboden revalidatie protocol met behulp van sEMG biofeedback niet direct werd gemeten, werden alle zes patiënten gemeld om het zeer nuttig te vinden bij het begrijpen van het re-innervatie proces na een operatie aan de zenuwoverdracht en om Train de contractie van spieren met zeer zwakke activiteit die voorheen geen klinisch gebruik voor hen was.

Case nummer	Geslacht, leeftijd (jaren)	Type ongeval	Type laesie	Operaties om de biotechnologische interface te verbeteren na initiële reconstructies hebben nagelaten om de handfunctie te verbeteren
1	m, 32	Val van hoogte	Avulsie van C7 − T1; tractie letsel van de infraclaviculaire plexus	Electieve amputatie van de onderarm
2	m, 32	Motorongeluk	Ruptuur van alle 3 trunci van de BP	Gratis gracilis spier overgebracht naar onderarm extensor compartiment & neurotisatie van diepe tak van radiale zenuw tot obturator zenuw; electieve amputatie van de onderarm
3	m, 55	Motorongeluk	Avulsie van C5 − T1	Electieve amputatie van de bovenarm
4	m, 38	Motorongeluk	Uitgebreide schade aan wortels C5 − C8; Avulsie van T1	Electieve amputatie van de onderarm
5	m, 27	Motorongeluk	Avulsion C8 − T1	Electieve amputatie van de onderarm
6	m, 43	Motorongeluk	Avulsie van C6 − T1	Overdracht van triceps spier naar infraspinateuze Fossa en overdracht van biceps spier naar supraclaviculaire Fossa om prothetische fitting te verbeteren; Electieve amputatie van de arm (schouder exarticulatie)

Tabel 1: kenmerken van de patiënt. Bij alle patiënten werd de Bionic-reconstructie geïnitieerd vanwege de onhaalbaarheid van alternatieven voor biologische behandeling. Operaties voor het instellen van EMG-signalen in de voor-en bovenarm kunnen selectieve zenuw-en spier overdrachten omvatten, die vervolgens een myoelektrische prothetische hand zullen aandrijft. Electieve amputatie wordt ofwel uitgevoerd op een transradiaal of transhumeraal niveau, afhankelijk van de resterende spieractiviteit. Alle selectieve zenuw overdrachten die in deze patiëntengroep werden uitgevoerd, waren succesvol. Deze tabel is gewijzigd van Sturma et al.¹² en gereproduceerd met toestemming van de grenzen in de neurowetenschappen.

Case nummer	ARAT bij Baseline	ARAT bij follow-up	Start van sEMG training		Aantal therapiesessies in totaal (30 min elk)
1	7	35	Onmiddellijk na de eerste consultatie		24
2	0	15	Training met één signaal onmiddellijk na eerste consultatie; tweede signaal was beschikbaar 9 maanden na gratis gracillis overdracht + zenuwoverdracht		30
3	0	19	Onmiddellijk na de eerste consultatie		16
4	1	22	Onmiddellijk na de eerste consultatie		20
5	9	42	Onmiddellijk na de beslissing om te streven naar een Bionic-reconstructie als biologische reconstructie mislukt		20
6	0	17	Onmiddellijk na de eerste consultatie		22
Gemiddelde (± SD)	2,83 ± 4,07	25,00 ± 10,94			22 ± 4,32

Tabel 2: ARAT scores en aantal therapiesessies. In de actie onderzoek arm test (ARAT) vertoonden patiënten aanvankelijk een verwaarloosbare bovenste ledemaat (gemiddelde 2,83, met een maximum van 57 punten haalbaar). Nuttige functie werd hersteld na Bionic reconstructie (gemiddelde 25,00, van 57). Deze tabel is gewijzigd van Sturma et al.¹² en gereproduceerd met toestemming van de grenzen in de neurowetenschappen.

Discussie

Biofeedback benaderingen zijn veel gebruikt in de revalidatie van verschillende neuromusculaire aandoeningen, variërend van (hemi)-plegische aandoeningen als gevolg van centrale pathologieën zoals hersenbloeding en beroerte^18,19 naar verschillende musculoskeletale degeneratie of letsel en hun chirurgische therapie^20,21,22. Interessant is dat het concept van gestructureerde biofeedback niet is geïmplementeerd in de klinische praktijk voor verwondingen van de perifere zenuwen. Echter, juist in het herstel van complexe zenuw letsels, praktijk, herhaling, en gestructureerde trainingsprogramma's met passende biofeedback zijn nodig om de juiste motorische patronen vast te stellen²³.

Hier, en in een eerdere studie¹², presenteerden we een gestructureerd revalidatie protocol met behulp van SEMG biofeedback voor patiënten met een gebrek aan biologische behandelingsalternatieven die in aanmerking komen voor prothetische hand vervanging, een concept dat vandaag bekend staat als Bionic Wederopbouw. Het meest schijnbare voordeel van het gebruik van een sEMG biofeedback set-up in het kader van de Bionic wederopbouw vloeit voort uit de exacte definitie van sEMG hotspots, dat wil zeggen, huid locaties, waar een relatief hoge amplitude van EMG activiteit kan worden gemeten transcutel. Verschillende motor commando's kunnen afwisselend worden geprobeerd, omdat de sensoren gemakkelijk langs de gehele onderarm kunnen worden bewogen, en-in geval van ontbrekende detecteerbare spierfunctie in de onderarm-ook in de bovenarm en schoudergordel. Wanneer een patiënt wordt gevraagd om de spieren te contracteren die bedoeld zijn om een specifieke actie uit te voeren (zoals het verlengen van de pols), kan een elektrode worden geplaatst, waar (zwakke) spiercontractie wordt gepalpeerd door de examinator. Observeren van het EMG-signaal op het computerscherm, kan men gemakkelijk bepalen of de amplitude van het signaal consequent toeneemt, wanneer de patiënt probeert deze spier te contracteren. Als de amplitude niet hoog genoeg is of het signaal inconsistent is, kunnen andere motor commando's met dezelfde elektrodepositie worden geprobeerd. Als tegen naald EMG, deze procedure is niet-invasief, niet pijnlijk en kan worden herhaald voor alle spieren/spiergroepen in de arm. Het testen van verschillende motor commando's op verschillende spier locaties maakt het mogelijk om de EMG hotspots te identificeren, met de hoogste amplitude en reproduceerbare activiteit die gepaard gaat met een specifieke motorische actie. Na identificatie van de sterkste EMG-signalen kunnen deze worden getraind met behulp van sEMG biofeedback met betrekking tot signaal scheiding (co-activatie van twee of meer EMG-signalen mag niet op het computerscherm voorkomen), signaalsterkte (gereflecteerd door het EMG-signaal amplitude op het computerscherm) en signaal reproduceerbaarheid (elke poging om de spier te contracteren moet leiden tot een excursie van het respectieve EMG-signaal). In een later stadium van de training, EMG activiteit wordt direct vertaald in prothese functie, eerst met behulp van een tafelblad prothese (Zie Figuur 3), die geeft extra feedback aan de patiënt waardoor fijnafstelling van de gripsterkte, en dan het dragen van de fysieke prothese.

In conventionele Amputees, een enorme hoeveelheid literatuur heeft aangetoond dat gerichte-spier-reinnervatie (TMR), d.w.z., de chirurgische overdracht van resterende arm zenuwen naar alternatieve spier gebieden in de borst en de bovenarm, verbetert de prothetische functie, aangezien deze Re-innervated spieren dienen als biologische versterkers van intuïtieve motor commando's en bieden fysiologisch passende EMG signalen voor prothetische hand, pols en elleboog controle^24,25,26,27 . Met behulp van patroonherkenning besturingssystemen, EMG gegevens geëxtraheerd uit talrijke sEMG signalen geplaatst over de huid van deze re-innervated spieren kunnen worden gedecodeerd en vertaald naar specifieke, reproduceerbare motor uitgangen, die zorgt voor betrouwbaarder myoelectric prothese controle^28,29,30. Omdat het aantal EMG-signaal plaatsen en de myoelektrische activiteit van de spieren bij patiënten met plexus-avulsie van brachialis zeer beperkt zijn, kunnen patroon herkennings algoritmen niet worden gebruikt zoals gedaan voor conventionele geamputeerden⁸. Nog steeds, met verder onderzoek en verbeterde technologie, kunnen deze systemen in staat zijn om meer informatie over de bestaande zwakke spier signalen te extraheren en daarom prothetische functie ook in deze bijzondere patiëntengroep te verbeteren.

Hoewel het gepresenteerde protocol als richtsnoer wordt beschouwd, moeten de details worden aangepast afhankelijk van de patiënt en de beschikbare apparatuur. Als gevolg van afwijkende re-innervatie die zich voordoet na dergelijke zenuw letsel, motor commando's niet noodzakelijkerwijs resulteren in de activering van anatomisch "juiste" spieren¹². De auteurs observeerde bijvoorbeeld EMG-activiteit bij het onderarm flexor-compartiment, terwijl patiënten probeerden hun hand te openen. Daarom moeten verschillende motor commando's worden getest om EMG-signalen te identificeren. Bovendien kan de resterende spierfunctie (hoewel in alle gevallen te zwak om nuttige handbewegingen te genereren) grotendeels variëren tussen patiënten en variaties in de vereiste trainingstijd veroorzaken, zoals weergegeven in tabel 2. Verder, de keuze van de prothese apparaat en het aantal elektroden gebruikt voor de controle wijzigen van de eisen voor de precisie van de signaal scheiding, de amplitude van het signaal en de noodzaak van co-contractie. Dit alles moet rekening worden gehouden tijdens signaal training, hybride prothese training en werkelijke prothetische training, omdat het ook wordt aanbevolen in standaard prothetische training van geamputeerden³¹. Met betrekking tot de apparaten die worden gebruikt voor sEMG biofeedback training, de auteurs beschouwen apparaten geschikt als ze gelijktijdig kunnen het aantal signalen dat nodig is voor de controle van de prothese weergeven, geven real-time feedback, en kan worden aangesloten op een computer of beeldscherm de signalen op een scherm zelf. Apparaten waarmee de signaalversterking tijdens de training kan worden aangepast, hebben de voorkeur.

Na revalidatie konden alle patiënten hun prothese gebruiken tijdens de dagelijkse activiteiten van het leven en waren ze tevreden met de beslissing om hun is hand te vervangen door een prothetische inrichting¹². Deze functionele verbetering werd weerspiegeld door significante stijgingen van de gemiddelde ARAT-scores van 2,83 ± 4,07 tot 25,00 ± 10,94 (p = 0,028).

Vanuit ons perspectief, sEMG biofeedback set-ups presenteren waardevolle instrumenten om het cognitief veeleisende proces van motor herstel in verband met zenuw letsel en Bionic wederopbouw te vergemakkelijken. De identificatie van optimale EMG elektrode positionering en het testen van verschillende motor commando's met directe visualisatie van spieractiviteit is sterk vereenvoudigd met behulp van sEMG biofeedback in een klinische opstelling. Hoewel SEMG biofeedback ook kan worden gebruikt bij het herstel van de biologische bovenste ledemaat^10,12, de toepassing ervan in het proces van Bionic wederopbouw wordt beschouwd als bijzonder effectief. Belangrijker nog, de sEMG signalen geactiveerd tijdens de training weerspiegelen de elektrode posities binnen de prothese socket, die individueel wordt aangepast voor elke patiënt. Daarom, herhaalde activering van deze signalen tijdens de training waarschijnlijk verhoogt toekomstige prosthetische behandeling en handmatige capaciteit. Directe visualisatie van deze spieractiviteit stelt een patiënt ook in staat om het concept van myoelectric hand controle te begrijpen en hij/zij kan de trainingsvoortgang bewuster volgen.

In de toekomst kan ons gepresenteerde revalidatie protocol worden uitgebreid met geavanceerdere hulpmiddelen om de functionele uitkomsten te verbeteren. Dit kunnen bijvoorbeeld hoge dichtheid SEMG-opnames zijn om het proces van elektrode plaatsing te vergemakkelijken via activatie Heatmaps³², verdere virtuele oplossingen om EMG-activiteit^30,33en serieuze games te evalueren om de training te verbeteren motivatie³⁴. Bovendien, nieuwe technologieën voor prothetische controle, zoals patroonherkenning algoritmen kunnen ook worden gebruikt^28,30,35. Echter, als gevolg van de verminderde neuro-gespierde interface, het is niet duidelijk of momenteel commercieel verkrijgbare systemen ontworpen voor anders gezonde geamputeerden zou de prothese functie in deze specifieke patiëntengroep aanzienlijk verbeteren. Toekomstige studies moeten de toepasbaarheid en voordelen van de vermelde nieuwe technologieën evalueren voor de revalidatie van patiënten met ernstige plexus letsels van brachialis. Bovendien zullen gecontroleerde onderzoeken met hogere patiëntenaantallen ook toelaten om de positieve effecten van het huidige protocol te demonstreren met behulp van sEMG biofeedback met een hoger niveau van bewijs.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
dry EMG electrodes	Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany	13E202 = 50	De EMG-elektroden die in dit onderzoek werden gebruikt, waren bipolair en bevatten een aarding. Ze kunnen zowel worden gebruikt voor EMG-training met de Myoboy als voor de besturing van een prothetisch apparaat.
Myoboy	Otto bock Healthcare, Duderstadt, Germany	Myoboy	Dit apparaat kan als stand-alone apparaat of met een computer worden gebruikt. Het maakt het mogelijk om EMG-activiteit weer te geven tijdens het gebruik van de droge EMG-elektroden die ook in de prothetische sok kunnen worden gestopt.
SensorHand Speed	Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany		Alle patiënten gebruikten deze commercieel verkrijgbare myo-elektrische prothese als hun standaard prothetisch apparaat en tijdens functionele tests. De fitting van patiënten die deze procedure ondergaan, is echter niet beperkt tot dit apparaat.
Standaard laptop met Microsoft-besturingssysteem			Gewoonlijk hebben apparaten voor EMG-biofeedback die op een computer zijn aangesloten niet veel rekenkracht nodig en werken dus op elke reguliere laptop
TeleMyo 2400T G2	Noraxon, VS		Een oppervlakte-EMG-biofeedback-setup die in ons protocol wordt gebruikt, aangesloten op TeleMyo-software, die de opgenomen EMG-activiteit weergeeft als kleurcoderingsgrafieken op het computerscherm
natte EMG-elektroden	Ambu	Ambu Blue Sensor VL Adhesive Electrodes	Deze zelfklevende elektroden kunnen in combinatie met veel verschillende EMG-biofeedback-apparaten worden gebruikt, inclusief de TeleMyo 2400T. Hoewel ze niet gemakkelijk kunnen worden verplaatst, laten de natte contacten meestal toe om zeer zwakke EMG-signalen te detecteren.