Les résultats fonctionnels optimaux après reconstruction bionique dans les patients présentant des dommages brachial globaux de plexus dépendent d’un protocole structuré de réadaptation. La formation guidée électromyographique de surface peut améliorer l’amplitude, la séparation et la cohérence des signaux EMG, qui – après l’amputation élective d’une main sans fonction – contrôlent et conduisent une main prothétique.
Dans les patients présentant des dommages brachial globaux de plexus et l’absence des alternatives biologiques de traitement, la reconstruction bionique, y compris l’amputation élective de la main sans fonction et son remplacement avec une prothèse, a été récemment décrite. La fonction prothétique optimale dépend d’un protocole de réadaptation structuré, car l’activité musculaire résiduelle dans le bras d’un patient est plus tard traduite en fonction prothétique. Le biofeedback électromyographique de surface (sEMG) a été employé pendant la réadaptation après course, mais n’a pas été jusqu’ici employé dans les patients présentant des dommages périphériques complexes de nerf. Ici, nous présentons notre protocole de réadaptation mis en œuvre dans les patients présentant des dommages brachial globaux de plexus appropriés pour la reconstruction bionique, commençant de l’identification des signaux de sEMG à la formation prothétique finale. Ce programme structuré de réadaptation facilite le réapprentissage moteur, qui peut être un processus cognitivement débilitant après des dommages complexes d’avulsion de racine de nerf, la re-innervation aberrante et la reconstruction extra-anatomique (comme c’est le cas avec le transfert de nerf chirurgie). Le protocole de réadaptation utilisant des aides de biofeedback de sEMG dans l’établissement de nouveaux modèles moteurs pendant que les patients sont mis au courant du processus avancé de re-innervation des muscles cibles. En outre, les signaux faibles peuvent également être formés et améliorés à l’aide du biofeedback sEMG, rendant un muscle cliniquement « inutile » (présentant la force musculaire M1 sur l’échelle du British Medical Research Council [BMRC]) admissible au contrôle de la main prothétique. En outre, les scores fonctionnels de résultats après reconstruction bionique réussie sont présentés dans cet article.
Les dommages brachial de plexus globaux comprenant l’avulsion traumatique des racines de nerf de la moelle épinière représentent l’une des dommages nerveuses les plus graves chez l’homme et affectent habituellement de jeunes patients autrement en bonne santé dans la fleur de la vie1,2 . Selon le nombre de racines nerveuses avulsed, la paralysie complète de membre supérieur peut s’ensuivre puisque la connexion nerval du cerveau au bras et à la main est perturbée. Traditionnellement, l’avulsion des racines nerveuses a été associée à de mauvais résultats3. Avec les techniques microchirurgicales de nerf gagnant le terrain dans les dernières décennies, les résultats chirurgicaux ont été améliorés et la fonction motrice utile dans l’épaule et le coude sont habituellement restaurées4,5. La musculature intrinsèque dans la main, qui se trouve le plus distally, subit typiquement la dégénérescence grasse ayant pour résultat l’atrophie irréversible avant que les axones régénérants puissent l’atteindre6. Pour de tels cas la reconstruction bionique, qui inclut l’amputation élective de la main sans fonction de « plexus » et son remplacement avec une main méchatronique, a été décrite7,8. L’activité musculaire résiduelle dans l’avant-bras d’un patient, qui peut être cliniquement insignifiante (contractions isométriques, M1 sur l’échelle du British Medical Research Council [BMRC]), est prélevée à partir d’électrodes transcutanées sensifiant l’activité électromyographique, qui est puis traduit en divers mouvements d’une main prothétique9.
Assez de signaux électromyographiques de surface (SEMG) peuvent être présents lors de la consultation initiale. Dans certains cas, cependant, des signaux supplémentaires doivent être établis effectuer des transferts sélectifs de nerf et de muscle7. Dans les deux cas, un protocole de réadaptation structuré est nécessaire pour assurer la cohérence du signal sEMG et la fonction prothétique optimale ultérieure à la fin du processus. Un défi majeur suivant l’avulsion de racine de nerf et la re-innervation aberrante aussi bien qu’après chirurgie de transfert de nerf est l’établissement de nouveaux modèles moteurs pour permettre le contrôle volontaire au-dessus du muscle cible. les méthodes de biofeedback de sEMG ont été employées couramment dans la réadaptation de course10. Cette méthode permet une visualisation directe de l’activité musculaire qui serait autrement passée inaperçue en raison d’une faiblesse musculaire et/ou d’une co-activation d’antagonistes. Il encourage ainsi les patients à former leurs muscles faibles, tout en fournissant une rétroaction précise sur l’exécution correcte des tâches motrices11.
Dans une publication récente, nous avons montré pour la première fois que le biofeedback sEMG peut également être utilisé dans la réhabilitation des lésions nerveuses périphériques complexes12. Nous croyons que le biofeedback de sEMG est une méthode extrêmement utile pour rendre un patient conscient du processus de re-innervation d’avancement après chirurgie de transfert de nerf. En outre, l’activité musculaire faible, qui était autrefois d’aucune utilité pour le patient, peut être formé et renforcé pour le contrôle prothétique plus tard utilisant le biofeedback de sEMG, qui permet la visualisation concrète de l’activité musculaire autrement inaperçue au clinicien et au patient . Les progrès de la formation peuvent donc être bien compris et documentés. En outre, l’utilisation de la rétroaction directe sur l’activité musculaire permet au clinicien de corréler diverses commandes motrices avec l’amplitude et la consistance du signal associé, établissant les meilleures stratégies motrices pour permettre un contrôle prothétique robuste à l’avenir. En résumé, l’objectif de cette méthode est de faciliter le processus de réadaptation en augmentant la compréhension, la conscience et le contrôle d’un patient de ses signaux sEMG, qui conduira plus tard une main prothétique.
Les approches de biofeedback ont été largement utilisées dans la réadaptation de plusieurs désordres neuromusculaires, s’étendant des conditions (hemi)-plégiques résultant des pathologies centrales telles que l’hémorragie cérébrale et la course18,19 à diverses dégénérescence smusculo-squelettique ou des blessures et leur thérapie chirurgicale20,21,22. Fait intéressant, le concept de biofeedback structuré n’a pas été mis en œuvre dans la pratique clinique pour les lésions nerveuses périphériques. Cependant, précisément dans la réadaptation des dommages nerveux complexes, la pratique, la répétition, et les programmes structurés de formation avec le biofeedback approprié sont nécessaires pour établir des modèles moteurs corrects23.
Ici, et dans une étude précédente12,nous avons présenté un protocole structuré de réadaptation utilisant le biofeedback de sEMG pour des patients présentant l’absence des alternatives biologiques de traitement éligibles pour le remplacement prosthétique de main, un concept aujourd’hui connu sous le nom bionique reconstruction. L’avantage le plus apparent de l’utilisation d’une configuration de biofeedback sEMG dans le contexte de la reconstruction bionique provient de la définition exacte des points chauds de sEMG, c’est-à-dire des emplacements de peau, où une amplitude relativement élevée de l’activité d’EMG peut être mesurée transcutanéement. Diverses commandes motrices peuvent être tentées en alternance, car les capteurs peuvent facilement être déplacés le long de l’avant-bras entier, et – en cas de manque de fonction musculaire détectable dans l’avant-bras – aussi dans le bras supérieur et la ceinture de l’épaule. Lorsqu’un patient est invité à tenter de contracter les muscles destinés à effectuer une action spécifique (comme l’extension du poignet), une électrode peut être placée, où la contraction musculaire (faible) est palpée par l’examinateur. En observant le signal EMG sur l’écran de l’ordinateur, on peut facilement déterminer si l’amplitude du signal augmente constamment, lorsque le patient tente de contracter ce muscle. Si l’amplitude n’est pas assez élevée ou si le signal est incohérent, d’autres commandes motrices avec la même position d’électrode peuvent être tentées. Comme s’opposer à l’aiguille EMG, cette procédure est non-invasive, pas douloureux et peut être répété pour tous les muscles / groupes musculaires dans le bras. L’essai de différentes commandes motrices à différents emplacements musculaires permet d’identifier les points chauds EMG, avec la plus grande amplitude et l’activité reproductible associée à une action motrice spécifique. Après identification des signaux EMG les plus forts, ceux-ci peuvent être formés à l’aide du biofeedback sEMG en ce qui concerne la séparation du signal (co-activation de deux signaux EMG ou plus ne doit pas se produire sur l’écran de l’ordinateur), la force du signal (reflétée par le signal EMG l’amplitude sur l’écran de l’ordinateur) et la reproductibilité du signal (chaque tentative de contracter le muscle doit conduire à une excursion du signal EMG respectif). À un stade ultérieur de la formation, l’activité EMG est directement traduite en fonction prothétique, d’abord à l’aide d’une prothèse de table (voir Figure 3), qui donne une rétroaction supplémentaire au patient permettant de peaufiner la force d’adhérence, puis le port de la prothèse physique.
Chez les amputés conventionnels, une grande quantité de littérature a montré que la réinnervation ciblée de muscle (TMR), c.-à-d., le transfert chirurgical des nerfs résiduels de bras aux emplacements alternatifs de muscle dans la poitrine et le bras supérieur, améliore la fonction prosthétique, puisque ces les muscles réinnervated servent d’amplificateurs biologiques des commandes motrices intuitives et fournissent des signaux EMG physiologiquement appropriés pour le contrôle de main, de poignet et de coude24,25,26,27 . À l’aide de systèmes de contrôle de reconnaissance des motifs, les données EMG extraites de nombreux signaux sEMG placés sur la peau de ces muscles réinnervated peuvent être décodées et traduites en sorties motrices spécifiques et reproductibles, qui fournissent des produits myoélectriques plus fiables. contrôle de prothèse28,29,30. Puisque le nombre de sites de signal d’EMG et l’activité myoélectrique des muscles dans les patients présentant des dommages brachial d’avulsion de plexus sont très limités, les algorithmes de reconnaissance de modèle peuvent ne pas être employés comme c’est fait pour les amputés conventionnels8. Pourtant, avec d’autres recherches et une technologie améliorée, ces systèmes peuvent être en mesure d’extraire plus d’informations sur les signaux musculaires faibles existants et donc améliorer la fonction prothétique aussi dans ce groupe de patients particulier.
Bien que le protocole présenté soit considéré comme une ligne directrice, les détails doivent être adaptés en fonction du patient et de l’équipement disponible. En raison de la ré-innervation aberrante se produisant après de telles dommages de nerf, les commandes de moteur n’ont pas nécessairement comme conséquence l’activation des muscles anatomiquement « corrects »12. Par exemple, les auteurs ont observé l’activité d’EMG au compartiment de fléchisseur d’avant-bras, tandis que les patients essayaient d’ouvrir leur main. Par conséquent, diverses commandes motrices doivent être testées afin d’identifier les signaux EMG. En outre, la fonction musculaire résiduelle (bien que dans tous les cas trop faible pour générer des mouvements utiles de la main) peut varier considérablement d’un patient à l’autre et entraîner des variations dans le temps d’entraînement requis, comme le montre le tableau 2. En outre, le choix de la prothèse et le nombre d’électrodes utilisées pour le contrôle modifient les exigences relatives à la précision de la séparation du signal, à l’amplitude du signal et au besoin de co-contraction. Tout cela doit être pris en compte lors de la formation au signal, de la formation aux prothèses hybrides et de la formation prothétique réelle, comme il est également recommandé dans la formation prothétique standard des amputés31. En ce qui concerne les dispositifs utilisés pour la formation de biofeedback sEMG, les auteurs considèrent que les dispositifs conviennent s’ils peuvent afficher simultanément le nombre de signaux nécessaires pour le contrôle des prothèses, donner une rétroaction en temps réel, et peuvent être connectés à un ordinateur ou à l’affichage les signaux sur un écran eux-mêmes. Les appareils qui permettent d’ajuster le gain de signal pendant l’entraînement sont préférés.
Après la réadaptation, tous les patients ont pu utiliser leur prothèse pendant les activités de la vie quotidienne et ont été satisfaits de la décision de faire remplacer leur main sans fonction par un dispositif prothétique12. Cette amélioration fonctionnelle s’est traduite par des augmentations significatives des scores aRAT moyens de 2,83 à 4,07 à 25,00 et 10,94 (p à 0,028).
De notre point de vue, les configurations de biofeedback de sEMG présentent des outils valables pour faciliter le processus cognitivement exigeant de récupération de moteur lié aux dommages de nerf et à la reconstruction bionique. L’identification du positionnement optimal des électrodes EMG et l’essai de diverses commandes motrices avec visualisation directe de l’activité musculaire sont grandement simplifiés à l’aide du biofeedback sEMG dans une configuration clinique. Bien que le biofeedback de sEMG puisse également être employé dans la réadaptation de la fonction biologique supérieure de membre10,12,son application dans le processus de reconstruction bionique est considérée particulièrement efficace. Plus important encore, les signaux sEMG activés pendant la formation reflètent plus tard les positions d’électrode dans la prise prothétique, qui est personnalisée individuellement pour chaque patient. Par conséquent, l’activation répétitive de ces signaux pendant l’entraînement augmente très probablement la manipulation future des prothèses et la capacité manuelle. La visualisation directe de cette activité musculaire permet également à un patient de comprendre le concept de contrôle de la main myoélectrique et il / elle peut suivre les progrès de la formation plus consciemment.
À l’avenir, notre protocole de réadaptation présenté pourrait être étendu avec des outils plus avancés pour améliorer les résultats fonctionnels. Cela pourrait inclure des enregistrements sEMG à haute densité pour faciliter le processus de placement d’électrodes via des cartes thermiques d’activation32, d’autres solutions virtuelles pour évaluer l’activité EMG30,33, et des jeux sérieux pour améliorer la formation motivation34. En outre, de nouvelles technologies pour le contrôle des prothèses, telles que les algorithmes de reconnaissance de modèles pourraient également être utilisés28,30,35. Cependant, en raison de l’interface neuromusculaire réduite, il n’est pas clair si les systèmes actuellement disponibles dans le commerce conçus pour les amputés autrement en bonne santé amélioreraient de manière significative la fonction prothétique dans ce groupe spécifique de patients. Les études futures devraient évaluer l’applicabilité et les avantages des nouvelles technologies énumérées pour la réadaptation des patients présentant des dommages brachial graves de plexus. En outre, les essais contrôlés avec un nombre plus élevé de patients permettront également de démontrer les effets positifs du protocole actuel en utilisant le biofeedback sEMG avec un niveau plus élevé de preuves.
The authors have nothing to disclose.
Cette étude a été financée par la Christian Doppler Research Foundation du Conseil autrichien pour la recherche et le développement technologique et le Ministère fédéral autrichien de la science, de la recherche et de l’économie. Nous sommes reconnaissants à Aron Cserveny pour la préparation des illustrations incluses dans le manuscrit et à Frontiers in Neuroscience pour la permission de reproduire les données présentées dans l’article original12.
dry EMG electrodes | Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany | 13E202 = 50 | The EMG electrodes used in this study were bipolar and included a ground. They can be used both for EMG training with the Myoboy and for the control of a prosthetic device. |
Myoboy | Otto bock Healthcare, Duderstadt, Germany | Myoboy | This device that can be used as stand alone device or with a computer. It allows to display EMG activity while using the dry EMG electrodes that can also be impeded in the prosthetic socket. |
SensorHand Speed | Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany | All patients used this commercially available myoelectrical prosthesis as their standard prosthetic device and during functional testing. Fitting of patients undergoing this procedure is, however, not restricted to this device. | |
Standard laptop with Microsoft operating system | Usually, devices for EMG biofeedback connected to a computer do not require much computing power and thus work on any regular laptop | ||
TeleMyo 2400T G2 | Noraxon, US | A surface EMG biofeedback set-up used in our protocol, connected to TeleMyo-Software, which displays the recorded EMG activity as color-coded graphs on the computer screen | |
wet EMG electrodes | Ambu | Ambu Blue Sensor VL Adhesive Electrodes | These adhesive electrodes can be used in combination with many different EMG biofeedback devices, including the TeleMyo 2400T. While they cannot be moved easily, the wet contacts usually allow to detect very faint EMG signals as well. |