Эта рукопись представляет собой инновационный метод разработки биологического периферического нервного интерфейса, называемого регенеративным интерфейсом периферических нервов мышечной манжеты (MC-RPNI). Эта хирургическая конструкция может усиливать связанные с ней двигательные эфферентные сигналы периферического нерва, чтобы облегчить точное обнаружение двигательного намерения и потенциальное управление устройствами экзоскелета.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Регенеративный интерфейс периферических нервов мышечной манжеты для усиления интактных сигналов периферических нервов
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Роботизированные экзоскелеты получили недавнее признание в области реабилитационной медицины как многообещающая модальность функционального восстановления для людей со слабостью конечностей. Тем не менее, их использование по-прежнему в значительной степени ограничивается научно-исследовательскими институтами, часто действующими в качестве средства статической поддержки конечностей, поскольку методы обнаружения двигателей остаются ненадежными. Периферические нервные интерфейсы возникли в качестве потенциального решения этого недостатка; однако из-за их по своей сути небольших амплитуд эти сигналы может быть трудно отличить от фонового шума, что снижает их общую точность обнаружения двигателя. Поскольку современные интерфейсы полагаются на абиотические материалы, разрушение присущего материала может происходить вместе с реакцией ткани инородного тела с течением времени, что еще больше влияет на их точность. Регенеративный интерфейс периферических нервов мышечной манжеты (MC-RPNI) был разработан для преодоления этих отмеченных осложнений. Состоящая из сегмента свободного мышечного трансплантата, закрепленного по окружности к неповрежденному периферическому нерву, конструкция регенерируется и со временем реиннервируется содержащимся нервом. У крыс эта конструкция продемонстрировала способность усиливать потенциалы двигательного эфферентного действия периферического нерва до 100 раз больше нормального значения за счет генерации сложных потенциалов мышечного действия (CMAP). Такое усиление сигнала облегчает высокоточное определение намерения двигателя, потенциально обеспечивая надежное использование экзоскелетных устройств.
Введение
Только в Соединенных Штатах около 130 миллионов человек страдают от нервно-мышечных и опорно-двигательных расстройств, что приводит к ежегодному экономическому воздействию более 800 миллиардов долларовСША 1,2. Эта группа расстройств, как правило, вторична по отношению к патологии в нервной системе, в нервно-мышечном соединении или в самой мышце3. Несмотря на разнообразие патологического происхождения, большинство разделяют некоторую степень слабости конечностей 1,3. К сожалению, эта слабость часто носит постоянный характер, учит....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Все процедуры и эксперименты на животных были проведены с одобрения Комитета по институциональному уходу и использованию животных Мичиганского университета (IACUC). Самцы и самки крыс Фишера F344 и Льюиса (~200-300 г) в возрасте 3-6 месяцев чаще всего используются в экспериментах, но теоретически может быть использован любой штамм. При использовании донорских крыс вместо аутологичных мышечных трансплантатов, донорские крысы должны быть изогенными для экспериментального штамма. Крысам предоставляется свободный доступ к пище и воде как до, так и после операции. После оценки конечных точек эвтаназия проводится под глубокой анестезией с внутрисердечной инъекцией хлорида к....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Хирургическое изготовление MC-RPNI считается периоперационным провалом, если крысы не выживают после хирургической анестезии или не развивают инфекцию в течение недели после операции. Предыдущие исследования показали, что 3-месячный период созревания приведет к надежному усилению сигнала от этой конструкции 42,45,48,49. В это время или после этого может произойти хирургическое воздействие конст.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
MC-RPNI - это новая конструкция, которая позволяет усиливать интактные эфферентные потенциалы действия периферического двигательного нерва, чтобы точно управлять устройством экзоскелета. В частности, MC-RPNI дает особую пользу тем людям со слабостью конечностей, вызванной значительным заболеванием мышц и / или отсутствием мышц, где сигналы ЭМГ не могут быть зарегистрированы. Снижение и без того нарушенной мышечной функции было бы разрушительным для этой популяции; однако MC-RPNI обладает способностью обеспечивать усилени.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы не раскрывают информацию.
Благодарности
Авторы благодарят Яну Мун за ее экспертное управление лабораторией и техническую помощь и Чарльза Хванга за его опыт в области визуализации. Эксперименты в этой статье были частично профинансированы за счет грантов Фонда пластической хирургии SS (3135146.4), а также Национального института детского здоровья и развития человека под номером 1F32HD100286-01 для SS и Национального института артрита, опорно-двигательного аппарата и кожных заболеваний Национальных институтов здравоохранения под номером награды P30 AR069620.
....Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| #15 Скальпель | Aspen Surgical, Inc | Ref 371115 | Ребра назад Хирургические лезвия из углеродистой стали (#15) |
| 2-N-тонкопленочный тензодатчик (S100) | Устройства для измерения деформации, Inc | SMD100-0002 | Измеряет силу, создаваемую прикрепленной мышцей |
| 4-0 Хромовый шов | Ethicon Артикул | # 1654G | P-3 Игла обратной резки |
| 5-0 Хромовый шов | Ethicon Артикул | # 687G | P-3 Игла обратной резки |
| 8-0 Монофиламентный шов | AROSurgical | T06A08N14-13 | Черный полиамидный монофиламентный шов на нитевой конической игле |
| Экспериментальные крысы | Envigo | F344-NH-sd | Rats is Fischer F344 |
| Strain Тонкие щипцы - зеркальная отделка | Fine Science Tools | 11413-11 | Щипцы с тонкими наконечниками и зеркальным покрытием идеально подходят для работы с деликатными структурами, такими как нервы |
| Fluriso (Isofluorane) | VetOne | 13985-528-40 | Измерение силы ингаляционного анестетика |
| Джиг | Red Rock | n/a | Специально разработанный приспособление для измерения силы, которое позволяет иммобилизовать заднюю конечность для обеспечения точной регистрации мышечной силы |
| программное обеспечение MATLAB | Mathworks, Inc | PR-MATLAB-MU-MW-707-NNU | Рассчитывает активную силу для каждой зарегистрированной траектории силы от пассивной и общей силы измерения |
| Nicolet Viasys EMG EP System | Nicolet | MFI-NCL-VIKING-SELECT-2CH-EMG | Портативная система регистрации ЭМГ и нервных сигналов, способная к одновременной 2-канальной записи от нервов и/или мышц |
| Кислород | Криогенные газы | UN1072 | Стандартные медицинские кислородные баллончики |
| Хлорид калия | APP Pharmaceuticals | 63323-965-20 | Инъекционная форма, 2 мг-экв/мл |
| Повидон Йод USP | MediChoice | 65517-0009-1 | 10% раствор для местного применения, можно использовать один флакон для нескольких хирургических приготовлений |
| Puralube Vet Opthalmic Ointment | Dechra | 17033-211-38 | Защитная мазь роговицы для использования во время процедуры |
| Rimadyl (Caprofen) | Zoetis, Inc. | NADA# 141-199 | Инъекционная форма, 50 мг/мл |
| Стереомикроскоп | Leica | Model M60 | Пользователь может регулировать увеличение по своему усмотрению |
| Хирургические инструменты | Инструменты для тонкой науки | Различные | пользователи могут выбирать инструменты в соответствии с личными предпочтениями или из того, что в настоящее время доступно в их лаборатории |
| Мазь с тройным антибиотиком | MediChoice | 39892-0830-2 | Мазь выпускается в стерильных одноразовых пакетиках |
| Пружинные ножницы Vannas - 2 мм передовая | Fine Science Tools | 15000-04 | Изогнутые ножницы для микродиссекции, используемые для выполнения эпинарийного окна |
| VaporStick 3 | Surgivet | V7015 | Анестезиологическая башня с местом для изофторана и кислородного баллончика |
| Webcol Alcohol Prep | Coviden | Ref 6818 | Спиртовые салфетки для подготовки; используйте новую салфетку для каждой подготовки |
Ссылки
- 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).
- Yelin, E. H., Weinstein, S., King, T.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
