글로벌 상수 신경총 부상을 입은 환자를 위한 재활 도구로서 바이오닉 재건을 받는 표면 전기 신경질 바이오 피드백

Neuroscience
 

Summary

글로벌 상반 신두 신경총 부상을 가진 환자에서 생체 공학 재건 후 최적의 기능 적 결과는 구조화 된 재활 프로토콜에 따라 달라집니다. 표면 근전도 유도 훈련은 EMG 신호의 진폭, 분리 및 일관성을 향상시킬 수 있으며, 이는 기능없는 손의 선택 절단 후 보철 손을 제어하고 구동합니다.

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Hruby, L. A., Sturma, A., Aszmann, O. C. Surface Electromyographic Biofeedback as a Rehabilitation Tool for Patients with Global Brachial Plexus Injury Receiving Bionic Reconstruction. J. Vis. Exp. (151), e59839, doi:10.3791/59839 (2019).

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Abstract

글로벌 상악 신경총 부상과 생물학적 치료 대안의 부족을 가진 환자에서, 생체 공학 재건, 기능없는 손의 선택 절단 및 보철물로의 교체를 포함하여, 최근에 기술되었다. 최적의 보철 기능은 환자의 팔의 잔여 근육 활동이 나중에 보철 기능으로 변환됨에 따라 구조화 된 재활 프로토콜에 달려 있습니다. 표면 근전도 (sEMG) 바이오 피드백은 뇌졸중 후 재활 중에 사용되어 왔지만, 지금까지 복잡한 말초 신경 손상을 가진 환자에서 사용되지 않았습니다. 여기에서, 우리는 sEMG 신호의 식별에서 최종 보철 훈련에 생물학 재건을 위해 적당한 글로벌 상반신 신경총 상해를 가진 환자에서 구현된 우리의 재활 프로토콜을 제시합니다. 이 구조화 된 재활 프로그램은 복잡한 신경 근 avulsion 부상 후 인지적으로 쇠약해지는 과정일 수 있습니다 모터 재학습을 용이하게, 비정상적인 재심화 및 추가 해부학 적 재건 (신경 전달의 경우와 같이) 수술). sEMG 바이오피드백을 이용한 재활 프로토콜은 환자가 표적 근육의 진행중인 재내심 과정을 인식함에 따라 새로운 운동 패턴의 확립에 도움을 주게 된다. 또한, 희미한 신호는 또한 sEMG 바이오 피드백을 사용하여 훈련되고 개선될 수 있으며, 임상적으로 "쓸모없는" 근육(영국 의학 연구 위원회 [BMRC] 척도에서 근력 M1을 나타내는) 손재주 보철 손 제어를 받을 수 있습니다. 또한, 성공적인 바이오닉 재건 후 기능적 결과 점수는이 기사에서 제시된다.

Introduction

척수에서 신경 뿌리의 외상성 avulsion을 포함하여 글로벌 상구 신경총 상해는 인간에 있는 가장 가혹한 신경 상해의 한을 나타내고 일반적으로 생활의 전성기에 있는 젊고, 그렇지 않으면 건강한 환자에 영향을 미칩니다1,2 . 신경 뿌리의 수에 따라 avulsed, 팔과 손에 뇌에서 nerval 연결 중단 이후 완전 한 상지 마비 이어질 수 있습니다. 전통적으로, 신경 뿌리의 avulsion는 가난한 결과와 연관되었습니다3. 지난 수십 년 이내에 미세 수술 신경 기술이 접지와 함께, 수술 결과가 개선되었으며 어깨와 팔꿈치의 유용한 운동 기능이 일반적으로복원4,5. 손에 있는 본질적인 근육은, 가장 distally 거짓말, 전형적으로 도끼를 재생하기 전에 돌이킬 수 없는 위축의 결과로 지방 변성을 겪습니다6. 이러한 경우 기능없는 "신경총"손의 선택 절단과 메카트로닉 손으로의 교체를 포함하는 생체 공학 적 재건이7,8에설명되어 있습니다. 임상적으로 미미할 수 있는 환자의 팔뚝에 있는 잔류 근육 활동 (등척 성 수축, 영국 의학 연구 위원회 [BMRC] 규모에 M1), 경피적 전극 감지 전기 근육 활성에서 포착됩니다. 그런 다음 보철 손의 다양한 움직임으로 번역9.

충분한 표면 전기 근전도 (sEMG) 신호는 초기 협의시 존재할 수 있습니다. 어떤 경우에는, 그러나, 추가 신호는 선택적 신경 및 근육전송을수행 설립 될 필요가 7 . 두 경우 모두, sEMG 신호 일관성및 프로세스의 끝에서 후속 최적의 보철 기능을 보장하기 위해 구조화 된 재활 프로토콜이 필요합니다. 신경 이식 수술 후뿐만 아니라 신경 근 avulsion 및 비정상적인 재심에 따라 주요 도전은 대상 근육을 통해 의지 제어를 허용하는 새로운 모터 패턴의 설립이다. sEMG 바이오피드백 방법은뇌졸중(10)의재활에 널리 사용되고 있다. 이 방법은 그렇지 않으면 근육 약점 및 길 항 제의 공동 활성화로 인해 주목 될 것 이다 근육 활동의 직접 시각화수 있습니다. 그로 인하여 모터 작업의 정확한 실행에 정확한 피드백을 제공하면서, 그들의 약한 근육을 훈련하는 환자를 격려11.

최근 간행물에서 우리는 sEMG 바이오피드백이 복잡한 말초 신경손상(12)의재활에도 사용될 수 있음을 처음으로 보여주었다. 우리는 sEMG 바이오 피드백이 신경 전달 수술 후 진행 재내심 과정을 환자가 인식할 수 있도록 하는 매우 유용한 방법이라고 생각합니다. 또한, 이전에는 환자에게 아무 소용이 없었던 희미한 근육 활동은 임상의와 환자 모두에게 눈에 띄지 않는 근육 활동의 구체적인 시각화를 허용하는 sEMG 바이오 피드백을 사용하여 나중에 보철 제어를 위해 훈련되고 강화 될 수 있습니다. . 따라서 훈련 진행 상황을 잘 이해되고 문서화할 수 있습니다. 또한, 근육 활동에 대한 직접적인 피드백을 사용하면 임상의가 다양한 모터 명령을 관련 신호 진폭 및 일관성과 상호 연관시킬 수 있으므로 향후 강력한 보철 제어를 허용하는 최상의 모터 전략을 수립할 수 있습니다. 요약하면,이 방법의 목표는 환자의 이해, 인식 및 그 / 그녀의 sEMG 신호의 제어를 증가시켜 재활 과정을 용이하게하는 것입니다, 이는 나중에 보철 손을 구동한다.

Protocol

이 재활 프로토콜의 임상 구현은 비엔나 의과 대학의 윤리위원회에 의해 승인되었다 (윤리 투표 번호 : 1009/2014), 오스트리아헬싱키 선언에 의해 설정 된 기준에 따라 수행. 모든 환자는 이 연구 결과에 참여하는 서면 통보된 동의를 제공했습니다.

참고 : Aszmann et al.7 및 Hruby et al.8,13에 의한 이전 간행물은 바이오닉 재건에 관한 개념, 치료 알고리즘 및 심리 사회적 전제 조건을 자세히 설명할 수 있습니다. 재료 표는 제안된 재활 프로토콜에 사용되는 모든 재료 및 장비를 참조합니다.

1. 최초 상담 시 환자 평가

  1. 환자 평가, 재활 및 훈련의 모든 단계에 대해 환자가 방해없이 조용한 분위기에서 혼자있는 사무실이나 검사실을 찾으십시오. 환자를 검사하고 sEMG 바이오 피드백 시스템을 설정할 충분한 공간이 있는지 확인하십시오.
  2. 부상 메커니즘 및 첫 번째 치료, 이전 신경 수리 수술에 대한 보고서 및 일상 생활에서 주관적 장애를 포함하여 환자로부터 자세한 사례 기록을 가져옵니다.
  3. 실패한 생물학적 치료 대안 (즉, 신경 수리, 신경 전달, 쓸데없는 상지 기능의 결과로 이차 재건)을 가진 생체 공학 재건을위한 환자만 고려하십시오. 중추 신경계에 동시 손상, 영향을받는 사지의 불안정한 골절, 치료및 / 또는 탄력정신 건강 문제, 약물 중독, 준수의 부족 및 오래 지속되는 재활을 준수하기 위해 헌신을 가진 환자를 제외 프로그램.
  4. 현재 상지 기능에 초점을 맞춘 상세한 임상 검사를 수행합니다. BMRC 정지 척도를 사용하여 영향을 받는 팔과 손의 모든 주요 근육의 기능을 임상적으로 평가합니다.
  5. 재건 외과 의사, 정형 외과 의사, 물리 학자, 심리학자 및 물리 치료사로 구성된 다분야 팀에서 생물학적 치료 대안이 가능한지 여부를 평가하십시오. 환자에게 근전도 보철물의 기능이 생물학적 손의 기능과 비교할 수 없다고 설명하십시오.
  6. 환자에게 바이오닉 재건에 대한 모티프와 관점에 대해 물어보십시오(심리학자와의 구조화 인터뷰를 포함하여 이전 간행물13을 참조하여 환자가 생체 공학의 과정을 거치기 위해 심리사회적으로 적합한지 여부를 평가하십시오. 재건).
  7. Tinel 표시가 신경 전달 수술에 적합한 실행 가능한 축의 존재를 나타내는 주요 말초 신경의 신경 축을 따라 유도될 수 있는지 여부를 평가합니다.
  8. 환자 평가 외에도, 또한 검출 가능한 EMG 신호의 가용성에 따라 달라지는 전체 프로세스의 가능한 타임 라인을 모호하게 설명합니다. 심리적 지원, 자세 훈련 및/ 또는 나머지 근육의 강화와 같은 다른 개입이 표시되면 가능한 한 빨리 시작하십시오.

2. SEMG 신호 식별

  1. 조용한 방에 있는 테이블에 SEMG 바이오 피드백을 위한 시스템을 설치합니다. 독립 실행형 장치이거나 컴퓨터에 연결된 장치일 수 있습니다. 컴퓨터를 사용하는 경우 모든 케이블을 연결하여 EMG 장치를 컴퓨터에 연결하고 컴퓨터에서 적절한 소프트웨어를 시작합니다.
  2. 임피던스를 줄이려면 각 신체 부위를 조심스럽게 면도하거나 필링 젤이나 젖은 종이 타월로 죽은 피부 세포를 부드럽게 제거하여 환자의 피부를 준비하십시오.
  3. 곧 환자에게 EMG 장치 및 관련 컴퓨터 소프트웨어의 기능을 설명합니다.
  4. 환자를 컴퓨터 화면 앞에 놓습니다.
  5. 환자에게 손의 움직임을 생각하고 동시에 특정 동작을 수행하기위한 근육을 수축시키려고 시도하십시오 (예 : 손목 을 확장, 주먹 만들기, 엄지 손가락 굴곡 등), 이 자신의 기능의 실제 움직임을 초래하지 않는 경우에도 손을. (약한) 근육 수축을 위해 팔뚝을 만져보시고.
  6. 환자에게 손목과 손가락을 연장하는 것을 생각하도록 요청할 때 팔꿈치 관절에 5cm 말단의 등대 신근 칸막이에 예를 들어, 근육 수축이 손가락으로 촉지 될 수있는 정확한 피부 위치에 sEMG 전극을 놓습니다.
    참고: 습식 및 건식 전극으로 sEMG 활성이 감지될 수 있지만, 건조 전극은 최적의 위치를 확인하기 위해 피부에 쉽게 이동할 수 있기 때문에 테스트를 위해 준비됩니다.
  7. 이전에 사용된 모터 명령(즉, 손목과 손가락의 연장)을 반복하여 근육의 수축을 유도합니다.
    1. 컴퓨터 화면에서 EMG 신호를 관찰하고 환자가 특정 동작(즉, 손목과 손가락을 확장)을 수행하기 위한 근육을 수축시키려고 할 때 진폭이 지속적으로 증가하는지 확인합니다.
    2. 진폭이 충분히 높지 않거나(배경 잡음12의2−3배 미만) 신호가 일치하지 않는 경우 동일한 전극 위치를 가진 다른 모터 명령을 시도하고 더 높은 진폭을 얻을 수 있는지 확인합니다.
  8. 다른 근육 이나 근육 그룹에 대 한 절차를 반복 합니다. 예를 들어, sEMG 전극을 팔뚝의 볼라 측면으로 옮겨 pronator 계개 근육에 놓고 환자에게 팔뚝을 pronating시도하도록 요청하십시오. 컴퓨터 화면의 신호를 관찰하고 환자가 이 움직임을 생각할 때 진폭이 반복적으로 증가하는지 확인합니다.
    참고: 일부 환자에서는 근육 활동이 만져지지 않습니다. 여기서, 3개 이상의 sEMG 전극은 팔뚝의 볼라, 등쪽 및 방사형 측면에 배치되어야 하며, 다양한 모터 명령을 시도해야 하며, 전극 위치 의 사소한 변화에도 불구하고 진폭 변화에 대한 모든 신호를 면밀히 관찰해야 한다. 그림 1을참조하십시오.

Figure 1
그림 1: 컴퓨터 화면에서 EMG 신호의 스크린샷입니다.
EMG 활동을 확인하기 위해 환자의 팔뚝에 두 개 이상의 전극을 배치하여 다양한 움직임을 시도하도록 요청할 수 있습니다. 이 특정 한 경우에, 팔뚝의 volar 측면에 전극 은 환자가 그 / 그녀의 손을 닫으려는 경우, 컴퓨터 화면에 표시되는 첫 번째, 적색 파에 의해 반영으로 EMG 활동을 감지합니다. 이 환자의 신호 분리는 팔뚝의 등쪽 측면에 배치 된 두 번째 전극에 해당하는 파란색 신호가 임계 값에 도달하지 않기 때문에 만족스럽습니다. 환자가 손을 여는 것을 생각하면 파란색 신호의 진폭이 임계값을 초과하는 반면 빨간색 신호는 거의 비활성 상태로 유지됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

  1. 또한 신경 전달에서와 같이 비정상적인 재심화 및 추가 해부학 적 재건으로 "정상"해부학과 다른 모터 명령 및 전극 위치를 시도하여 신경 입력을 부분적으로 변질 된 근육으로 변경했습니다.
  2. 팔뚝에 근육 활동이 발견되지 않으면 팔뚝과 어깨 거들에서 절차를 반복하십시오.
    참고: 일부 환자에서는 sEMG 신호가 발견되지 않습니다. 이들에서, 신경과 근육 전송은 새로운 EMG 신호 사이트를 확립하기 위해 수행 될 필요가 (상세한 수술 개념은 다른 곳에서 발견 될 수있다7),6-9 개월 동안 신호 훈련을 지연. 손재주 보철 손 제어를 위해서는 적어도 두 개의 분리 가능한 EMG 신호가 필요합니다.

3. SEMG 유도 신호 훈련

참고 : SEMG 유도 신호 훈련을위한 교육 세션은 근육 피로로 이어지기 때문에 30 분을 초과해서는 안되며, 이는 성공적인 모터 학습을 방해합니다. 기술된 단계는 믿을 수 있는 보철 통제를 위해 나중에 필요에 따라 좋은 신경 근육 조정을 지키기 위하여 시간의 연장된 기간 동안 반복될 필요가 있습니다.

  1. 두 개 이상의 EMG 신호가 확인되는 즉시 환자가 교대로 활성화하도록 권장합니다(그림 2A참조). 보철을 안정적으로 구동하려면 독립적인 EMG 신호를 간섭 없이 제어해야 합니다.
    1. 훈련 중 모든 신호에 대해 유사한 진폭 임계값을 달성하기 위해 각 신호의 전압 게인을 독립적으로 조정하여 환자가 신호 분리 및 이해를 더 쉽게 할 수 있습니다.
    2. 반복하고 보철 손의 역학을 환자에게 설명 : 약간의 근육 수축은 궁극적으로 개선 된 신호 분리로 이어질 것입니다 및 근육 강도보다 선호해야합니다, 즉, 신호의 진폭.

Figure 2
그림 2: 생체 공학 손 재건 환자를 위한 sEMG 유도 재활.
(a)근육 활동의 직접적인 시각화와 함께, 다양한 모터 커맨드는 특정 표적 근육및 상이한 신호 위치상 에서 가장 높은 EMG 진폭을 식별하기 위해 시도될 수 있다. (b)테이블 탑 보철제를 사용하여 환자의 팔에 있는 EMG 활동이 보철 기능으로 직접 변환됩니다. (C)하이브리드 보철 손의 피팅은 환자가 미래의 보철 손 사용을 시각화하고 이해할 수 있게 합니다. (D)보철 재건 후, EMG 신호는 sEMG 바이오 피드백 또는 보철 손 자체로 훈련되고 최적화될 수 있습니다. 이 그림은 Sturma 등 에서 수정되었습니다.12 신경 과학에서 국경에서 허가 와 함께 재현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

  1. 컴퓨터 화면에서 EMG 신호를 관찰하고 특정 움직임을 시도할 때 두 신호가 공존하는지 여부를 환자에게 알릴 수 있습니다. 각 EMG 신호가 특정 보철 작용에 연결되기 때문에 환자에게 두 개의 신호가 하나의 특정 동작을 시도하는 동안 공동 활성화되어서는 안된다고 설명한다. 따라서 공동 활성화 된 신호는 환자가 원하는 행동을 초래하지 않습니다.
  2. 환자에게 다른 (약간의) 움직임을 시도하고 신호 분리와 관련하여 가장 좋은 움직임 패턴을 관찰하도록 지시하십시오. 환자가 이러한 움직임을 훈련하도록 격려한다.
  3. 환자에게 완벽한 신호 분리가 훈련 시작 시 가능성은 낮지만 많은 반복횟수로 개선될 것임을 환자에게 알려주십시오.
    주의: 근육 강도가 복잡한 신경 손상과 희미한 근활동 환자에서 더 빨리 감소할 수 있기 때문에 이완 단계를 허용하십시오.
  4. 향상된 신호 일관성으로 환자에게 더 높은 신호 진폭을 생성하여 근육과 신호를 더욱 강화하도록 지시합니다.
  5. 일관된 EMG 신호 분리 및 견고한 제어를 통해 해당 EMG 소프트웨어에 연결된 테이블 탑 보철물을 설치하고 환자의 팔뚝/팔에 배치된 전극을 설치합니다. 이렇게 하면 EMG 활동이 기계적 보철 기능으로 직접 변환됩니다(그림 2B그림 3참조).

Figure 3
그림 3: 컴퓨터 화면에서 두 신호의 테이블 상단 보철및 스크린샷 앞에 있는 환자.
환자의 팔뚝에, 2개의 전극은 EMG 활동을 감지합니다. 이 두 신호는 컴퓨터 화면(빨간색과 파란색)에 컬러 코드 그래프로 표시되며 동시에 보철 운동으로 변환되어 환자가 신호 품질과 보철 제어 사이의 관계를 이해할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

  1. 직접 적인 제어를 가진 근전보보가 하나의 전극 (즉, 하나의 전극에서 검출된 근육 활동)의 입력을 사용하여 하나의 보철 운동을 제어한다는 것을 환자에게 교육하십시오.
  2. 환자에게 컴퓨터 화면의 신호 모양(대부분 진폭 높이)과 보철 운동의 속도/강도 사이의 상관 관계를 인식하여 이동 속도를 비례적으로 제어하는 장치를 선택합니다.
    참고: 사용 가능한 EMG 신호의 수와 최종 보철 장치의 자유도에 따라 이러한 자유도 간을 전환하는 방법을 사용해야 할 수 있습니다. 자유도(예: 핸드 오픈/근접 투숙/분피)를 전환하는 데 자주 사용되는 한 가지 방법은 두 근육의 동시 수축을 통해서이며, 공수축14라고도합니다.
  3. 열차 동수축. 환자가 컴퓨터 화면과 보철에 있는 EMG 신호를 관찰하게 하십시오. 보철 장치가 움직이지 않는 경우, 즉, 동수축 중에 열림 / 닫기, 환자는 올바르게 하고 있습니다.

4. 하이브리드 핸드 피팅 및 보철 훈련

  1. 신뢰할 수있는 보철 제어를위한 최적으로 정의 된 환자의 피부에 전극 위치를 표시하고 정형 외과 기술자가 정확한 전극 위치로 설계된 예비 보철 소켓을 제조 할 수 있습니다.
  2. 하이브리드 보철핸드를 기능없는 "신경총" 손 위에 개별적으로 맞춤식 소켓을 장착합니다(그림 2C참조).
  3. 동시에 EMG 소프트웨어 프로그램을 실행하여 환자가 자신의 행동을 알 수 있도록 합니다.
  4. 또는 다른 보철 운동을 훈련시훈련하십시오. 전극은 또한 의식이 없는 동수축을 피하기 위하여 상완 및 어깨 거들 따라 인접한 근육에 놓일 수 있습니다, 이는 증가한 착용 시간으로 전체 상지에 피로로 이끌어 낼 것입니다.
    1. 간단한 보철 운동(수축 없이 손을 열고 닫는 것만)으로 시작하여 보철 장치의 무게가 지원됩니다.
    2. 팔꿈치가 확장되거나 교대로 구부러지는 등 다른 팔 위치에서 간단한 보철 동작으로 이동합니다. 다양한 팔 위치를 조정할 때 환자가 신호 불일치를 인식하고 모든 위치에서 신호 일관성을 훈련시됩니다.
      참고: 다른 근육 또는 근육 그룹의 자발적인 신경 재생 의도하지 않은 공동 활성화 후 종종 비정상적인 재분권으로 인해 발생, 이는 조정 된 움직임을 방해하고 적절한 근육 활동을 비활성화 할 수있다15. 희미한 의도하지 않은 근육 수축은 종종 팔을 움직일 때 발생하며, 이는 sEMG 센서에 의해 감지되어 보철 운동으로 변환됩니다. 이 가난한 보철 제어 귀 착될 수 있습니다., 적절 하 게 아래에 설명 된 대로 EMG 훈련 및 근육 강화를 사용 하 여 재활 하는 동안 해결 되지 않은 경우.
    3. 다른 팔 위치에서 성가신 보철 제어의 경우, 철저하게 컴퓨터 화면에 EMG 신호를 관찰하고 환자를 지적, 하나 이상의 근육의 의도하지 않은 수축은 신호 소풍으로 이어질 어떤 팔 위치. 환자가 여전히 처리하고 천천히 시간이 지남에 따라 팔 위치를 변경할 수있는 위치에 EMG 신호의 정확한 활성화를 훈련.
    4. 팔꿈치 굴곡에 대한 강도 훈련을 수행 (및 어깨 근육, 해당되는 경우), 보철 제어에 사용되는 근육의 공동 활성화가 팔을 들어 올리는 동안 관찰되는 경우. 환자에게 더 강한 근육 (즉, 간단한 리프팅 작업 중에 최대의 자발적 힘으로 작동하지 않는 근육)은 일반적으로 신호의 더 나은 분리에 기여한다는 것을 환자에게 설명하십시오. 또한 상지 근육이 너무 약하여 보철 장치를 3차원 공간에서 움직이거나 어깨를 안정시키는 동안 강도 훈련을 수행합니다.
    5. 작은 상자를 집어 들고 작은 물체를 조작하는 등의 간단한 파악 작업을 계속합니다(그림 2C참조).
    6. 마지막으로, 문을 열거나, 수건을 접거나, 병을 여는 것과 같은 일상 생활의 간단한 작업을 훈련하십시오.
      참고 : 마비 된 손이 방해가된다는 사실로 인해 많은 작업이 제한 될 수 있으며, 환자가 하이브리드 보철 손 외에도 자신의 손의 무게를 들어 올려야하기 때문에 장치가 다소 무거워 질 수 있습니다.
  5. 신호 품질이 충분하지 않은 경우 컴퓨터 화면에서 신호 교육으로 돌아가는 것이 좋습니다. 모든 작업에서 특히 컴퓨터 화면에서 신호의 공동 활성화를 찾고 신호 독립성을 더욱 향상시킵니다.
  6. 하이브리드 보철 손을 사용하여 상지 기능을 평가하고 테스트 결과의 비디오를 녹화합니다. 또한 마비된 손에 대해 동일한 평가를 사용하여 기능없는 손의 보철 교체로 예상되는 기능적 이점을 문서화하십시오.

5. 선택 절단 및 보철 손 교체

  1. 환자의 물리 치료사 / EMG 트레이너로 구성된 다분야 팀에서 다양한 EMG 신호 (경막, 경막 또는 드문 경우, glenohumeral)의 부위에 따라 절단 수준을 정확하게 계획하십시오. 절단 및 환자의 기대에 익숙한 심리학자에 대한.
  2. 계획된 절단에 관하여 해결되지 않은 질문이 있는 경우에 환자에게 물어보고 명확하게 절단의 앞에 언제든지 이 결정을 취소하는 것이 가능하다는 것을, 그렇지 않으면 돌이킬 수 없고 생명을 바꾸는 수술 귀착될 것이라는 점을 전달합니다.
  3. 기능없는 손과 비디오 테이프결과를 사용하여 상지 기능의 표준화된 평가를 수행합니다.
  4. 하이브리드 보철 손과 비디오 테이프를 사용하여 상지 기능의 표준화된 평가를 수행하여 향후 보철 피팅의 이점을 문서화합니다.
  5. 앞에서 설명한 대로 기능없는 사지의 선택적 절단을 수행7,8.
  6. 수술 후 상처 치유를 허용하고 환자가 상지 이동성을 개선하기 위해 인접한 관절을 훈련시키십시오. 4-6주 후, 위에서 설명한 대로 EMG 신호를 훈련하고 전극 위치에 가장 적합한 핫스팟을 정의합니다.
    참고: 이러한 전극 위치 및 모터 명령은 절단 전에 발견된 것과 약간 다를 수 있습니다.
  7. 정형 외과 기술자가 이전에 정의 된 EMG 전극 위치를 사용하여 최종 보철 소켓을 설계하게하십시오 (포함된 환자 중 하나에서 가능한 소켓 설계를 예시하는 그림 4 참조).
    참고 : 권장되는 특정 소켓 디자인은 없지만, 전극의 정확한 위치와 그루터기의 피부에 대한 접착력은 상아 신경총 환자가 크게 감소 된 신경 근육 인터페이스를 가지고 있기 때문에 가장 중요합니다.

Figure 4
그림 4: 가능한 보철및 소켓 설계의 예.
(A)이 환자의 보철은 탄소로 만든 외부 칼집으로 구성됩니다. (B)보철손 대신 에이치오브를 잡는 도구로 열고 닫는 후크를 사용하는 것을 선호합니다. (C, D) 두 전극은 보철에 통합되어 있습니다. 환자는 2 개의 구멍이있는 실리콘 라이너를 착용하여 두 개의 전극과 직접 피부 접촉을 허용합니다 (도시되지 않음). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

  1. 보철 훈련을 시작합니다.
    1. 다시 말하지만, 간단한 보철 운동 (어떤 공동 수축없이 손을 열고 / 닫기만)으로 시작하여 보철 장치의 무게가 지원됩니다.
    2. 팔꿈치가 확장되거나 교대로 구부러지는 등 다른 팔 위치에서 간단한 보철 동작으로 이동합니다.
    3. 작은 상자를 집어 들고 작은 물체를 조작하는 것과 같은 간단한 잡기 작업을 계속합니다(그림 2D참조).
    4. 마지막으로, 일상 생활의 훈련을, 다시 오히려 간단한 작업으로 시작 (문을 여는 대로) 천천히 복잡성과 환자가 그 / 그녀의 특정 생활 상황에 관련되어 고려 작업을 추가.
  2. 보철 피팅 후 3 개월 후, 보철 손을 사용하여 상지 기능의 표준화 된 평가를 반복하고 결과의 비디오를 녹화하십시오.

Representative Results

다중 신경근 을 포함한 중상구신경총 손상을 입은 6명의 환자에서 sEMG 바이오피드백을 이용한 제시된 재활 프로토콜이 성공적으로 구현되었다. 자세한 환자 특성은 표 1에서찾을 수 있습니다. 그림 2는 구조화 된 재활 프로토콜의 다양한 단계와 구현에 대한 자세한 설명을 보여줍니다.

생체 공학 재건 전후의 손 기능 개선을 입증하기 위해, 글로벌 상지 기능을 평가하는 표준화 된 평가는 두 시점에서 수행되었습니다 : 기능없는 "신경총"손의 선택 절단 전뿐만 아니라 성공적인 보철 재건 및 재활 후. 행동 연구 무기 시험 (ARAT)는 원래 손 통제16의인식 손상을 가진 환자에 있는 글로벌 상지 운동 기능을 평가하기 위하여 개발되었습니다. Yozbatiran외의 표준화된 접근은 우리의 연구 결과에서 이용되었습니다. ARAT는 일상 생활에 가까운 작업을 포함하는 네 가지 섹션으로 구성되어 있습니다. 테스트는 또한 0−3에서 작업 성능을 평가 하는 관찰자에 의해 시간, 와 3 정상적인 기능을 나타내는. 최대 57포인트는 손상되지 않은 모터 기능16을나타낼 수 있습니다. sEMG 바이오피드백을 받은 치료 세션 수와 각 환자에 대한 자세한 결과는 표 2에서확인할 수 있다.

sEMG 바이오피드백을 이용한 재활 프로토콜제공에 대한 환자 만족도가 직접적으로 측정되지는 않았지만, 6명의 환자 모두 신경 전달 수술 후 재심화 과정을 파악하는 데 매우 도움이 되었다고 보고하고 이전에 그들에게 임상 사용이 없었던 매우 희미한 활동으로 근육의 수축을 훈련.

케이스 번호 성별, 연령(연령) 사고의 종류 병변의 모형 초기 재건 후 생명 공학 인터페이스를 개선하기 위한 수술은 손 기능을 개선하지 못했습니다.
1 m, 32 높이에서 떨어지기 C7−T1의 아발성; 적외선 신경총의 견인 부상 팔뚝의 선택 절단
2 m, 32 오토바이 사고 BP의 3트렁크 모두 파열 사지 신전 구획에 전달 무료 gracilis 근육 & 심근 신경의 깊은 지점의 신경 화; 팔뚝의 선택적 절단
3 m, 55 오토바이 사고 C5−T1의 아발성 상완의 선택 절단
4 m, 38 오토바이 사고 뿌리 C5−C8에 대한 광범위한 손상; T1의 아발성 팔뚝의 선택 절단
5 m, 27 오토바이 사고 아불시온 C8−T1 팔뚝의 선택 절단
6 m, 43 오토바이 사고 C6−T1의 아발성 삼두근의 전달은 적외선 fossa에 및 보철 피팅을 개선하기 위해 상구 혈관 fossa에 이두근 근육의 전송; 팔의 선택 절단 (어깨 절제)

표 1: 환자 특성. 모든 환자에서, 생체 공학 재건은 생물학적 치료 대안의 무결성으로 인해 시작되었다. 전팔 과 상완에 EMG 신호를 설정하는 수술은 선택적 신경과 근육 전달을 포함 할 수있다, 이는 다음 근전보 손을 구동한다. 선택적인 절단은 잔여 근육 활동에 따라 경막 또는 경막 수준에서 수행됩니다. 이 환자 그룹에서 수행된 모든 선택적 신경 전달은 성공적이었다. 이 표는 Sturma 등 에서 수정되었습니다.12 신경 과학에서 국경에서 허가 와 함께 재현.

케이스 번호 기준선에서 의 ARAT 후속 조치에서 ARAT SEMG 교육 시작 총 치료 세션 수(각 30분)
1 7 35 첫 상담 직후 24
2 0 15 첫 번째 상담 직후 하나의 신호로 훈련; 두 번째 신호는 무료 gracillis 전송 + 신경 전송 후 9 개월 사용할 수 있었다 30
3 0 19 첫 상담 직후 16
4 1 22 첫 상담 직후 20
5 9 42 생물학적 재건이 실패함에 따라 바이오닉 재건을 목표로 결정한 직후 20
6 0 17 첫 상담 직후 22
평균(± SD) 2.83 ± 4.07 25.00 ± 10.94 22 ± 4.32

표 2: ARAT 점수 및 치료 세션 수. 행동 연구 무기 시험에서 (ARAT), 환자는 처음에 무시할 수 있는 상지 기능을 보였다 (평균 2.83, 달성 가능한 최대의 57 점). 유용한 기능은 바이오닉 재건 후 복원되었다(평균 25.00, 의 57). 이 표는 Sturma 등 에서 수정되었습니다.12 신경 과학에서 국경에서 허가 와 함께 재현.

Discussion

바이오 피드백 접근법은 뇌 출혈 및 뇌졸중과 같은 중앙 병리학에서 유래하는 (헤미)-페지성 질환에 이르기까지 여러 신경 근육 장애의 재활에 널리 사용되어왔으며, 18,19 다양한 근골격계 변성 또는 부상 및 외과 치료20,21,22. 흥미롭게도, 구조화 된 바이오 피드백의 개념은 말초 신경 부상에 대한 임상 실습에서 구현되지 않았습니다. 그러나, 정확한 복잡한 신경 상해의 재활에, 연습, 반복, 적절한 바이오 피드백을 가진 구조화 된 훈련 프로그램은 정확한 운동 패턴을 확립하기 위해 필요하다23.

여기에, 이전 연구12에서,우리는 보철 손 교체를받을 자격이 생물학적 치료 대안의 부족 환자에 대한 sEMG 바이오 피드백을 사용하여 구조화 된 재활 프로토콜을 제시, 바이오 닉으로 알려진 개념 오늘 재건. 바이오닉 재구성의 맥락에서 sEMG 바이오피드백 셋업을 사용하는 가장 명백한 장점은 SEMG 핫스팟, 즉 상대적으로 높은 진폭의 EMG 활성을 경피적으로 측정할 수 있는 피부 위치의 정확한 정의에서 발생한다. 센서가 팔뚝 전체를 따라 쉽게 이동할 수 있기 때문에 다양한 모터 명령을 교대로 시도할 수 있으며, 팔뚝에서 감지 가능한 근육 기능이 누락된 경우 상완 및 어깨 거들에서도 쉽게 이동할 수 있습니다. 환자가 특정 작용 (예 : 손목 연장)을 수행하기위한 근육을 수축하도록 요청받을 때 전극을 배치 할 수 있으며, 여기서 (약한) 근육 수축은 심사관에 의해 촉지됩니다. 컴퓨터 화면에서 EMG 신호를 관찰하면 환자가 이 근육을 수축하려고 할 때 신호의 진폭이 일관되게 증가하는지 쉽게 확인할 수 있습니다. 진폭이 충분히 높지 않거나 신호가 일치하지 않는 경우 동일한 전극 위치를 가진 다른 모터 명령을 시도할 수 있습니다. 바늘 EMG에 반대, 이 절차는 비 침습적, 고통 스루 고 팔에 있는 모든 근육/근육 그룹에 대 한 반복 될 수 있다. 다양한 근육 위치에서 다양한 모터 명령을 테스트하면 특정 모터 동작과 관련된 가장 높은 진폭 및 재현 가능한 활동으로 EMG 핫스팟을 식별할 수 있습니다. 가장 강한 EMG 신호를 식별한 후, 이들은 신호 분리(두 개 이상의 EMG 신호의 공동 활성화가 컴퓨터 화면에서 발생하지 않아야 함), 신호 강도(EMG 신호에 의해 반사됨)와 관련하여 sEMG 바이오피드백을 사용하여 훈련될 수 있다. 컴퓨터 화면에서 진폭) 및 신호 재현성(근육을 수축시키려는 각 시도는 각각의 EMG 신호의 소풍으로 이어져야 한다). 훈련의 나중 단계에서, EMG 활동은 직접 보철 기능으로 변환됩니다, 먼저 테이블 상단 보철물 (그림 3참조)를 사용하여, 이는 그립 강도의 미세 조정을 허용하는 환자에게 추가 피드백을 제공하고, 다음 착용 물리적 보철물.

기존의 수족절단에서, 방대한 양의 문헌은 표적 근육-재원화(TMR), 즉 잔여 팔 신경을 흉부와 팔뚝의 대체 근육 부위로 의한 외과적 전달로 옮기는 것으로 나타났으며, 이러한 경우이후 보철 기능을 향상시킨다. 재내심 된 근육은 직관적 인 모터 명령의 생물학적 증폭기 역할을하며 보철 손, 손목 및 팔꿈치 제어24,25,26,27에 생리적으로 적합한 EMG 신호를 제공합니다. . 패턴 인식 제어 시스템을 사용하여, 이러한 재내심 된 근육의 피부에 배치 된 수많은 sEMG 신호에서 추출 된 EMG 데이터는 디코딩 및 보다 신뢰할 수있는 근전도를 제공하는 특정, 재현 가능한 모터 출력으로 변환 할 수 있습니다 보철 제어28,29,30. 상완 신경총 공혈 손상을 입은 환자에서 근육의 EMG 신호 부위 및 근전활성의 수는 매우 제한적이기 때문에, 패턴 인식 알고리즘은 통상적인 수족절단에 대해 수행되는 바와 같이 사용될 수 없다8. 여전히, 추가 연구 및 향상 된 기술, 이러한 시스템은 기존의 희미한 근육 신호에 대 한 자세한 정보를 추출 하 고 따라서이 독특한 환자 그룹에서 또한 보철 기능을 향상 시킬 수 있습니다.

제시된 프로토콜은 지침으로 간주되지만, 세부 사항은 환자와 사용 가능한 장비에 따라 조정되어야 합니다. 이러한 신경 부상 후 발생하는 비정상적인 재 심연으로 인해 모터 명령이 반드시 해부학적으로 "올바른"근육(12)의활성화를 초래하지는 않습니다. 예를 들면, 저자는 환자가 그들의 손을 열기 위하여 시도하는 동안, 팔뚝 굴곡 구획에 EMG 활동을 관찰했습니다. 따라서 EMG 신호를 식별하기 위해 다양한 모터 명령을 테스트해야 합니다. 추가적으로, 잔류 근육 기능 (모든 경우에 유용한 손 운동을 생성하기에는 너무 약하더라도) 크게 환자에 따라 변화하고 표 2에도시된 바와 같이 필요한 훈련 시간에 있는 변이를 일으키는 원인이 될 수 있습니다. 또한, 제어에 사용되는 보철 장치 및 전극의 수의 선택은 신호 분리의 정밀도, 신호 진폭 및 공존 수축의 필요성에 대한 요구 사항을 변경한다. 이 모든 것은 신호 훈련, 하이브리드 보철 훈련 및 실제 보철 훈련 중에 고려되어야하며, 절단 환자31의표준 보철 훈련에서도 권장됩니다. sEMG 바이오피드백 교육에 사용되는 기기에 대해 저자는 보철 제어에 필요한 신호 수를 동시에 표시하고 실시간 피드백을 제공하며 컴퓨터 나 디스플레이에 연결할 수 있는 장치가 적합한 장치를 고려합니다. 화면 자체의 신호를 볼 수 있습니다. 훈련 중에 신호 게인을 조정할 수 있는 장치가 선호됩니다.

재활 후 모든 환자는 일상 생활 활동 중에 보철을 사용할 수 있었고 기능없는 손을 보철 장치12로교체하기로 결정한 것에 만족했습니다. 이러한 기능적 개선은 평균 ARAT 점수가 2.83±4.07에서 25.00±10.94(p=0.028)로 현저한 증가에 의해 반영되었다.

우리의 관점에서, sEMG 바이오 피드백 설정은 신경 손상 및 생체 공학 재건과 관련된 모터 복구의 인지적으로 까다로운 과정을 용이하게하기 위해 가치있는 도구를 제시한다. 최적의 EMG 전극 포지셔닝의 식별 및 근육 활동의 직접 시각화를 통한 다양한 모터 명령의 테스트는 임상 설정에서 sEMG 바이오피드백을 사용하여 크게 단순화됩니다. sEMG 바이오피드백은 또한 생물학적 상지기능(10,12)의재활에 사용될 수 있지만, 바이오닉 재건 과정에서의 적용은 특히 효과적인 것으로 여겨진다. 가장 중요한 것은, 훈련 도중 활성화된 sEMG 신호는 나중에 보철 소켓 내의 전극 위치를 반영합니다, 이는 각 환자를 위해 개별적으로 주문을 받아서 만들어진. 따라서 훈련 중에 이러한 신호의 반복적인 활성화는 미래의 보철 처리 및 수동 용량을 증가시킬 가능성이 큽입니다. 이 근육 활동의 직접적인 시각화는 또한 환자가 근전도 손 통제의 개념을 이해할 수 있게 하고 그/그녀는 훈련 진행을 더 의식적으로 따를 수 있습니다.

미래에, 우리의 제시된 재활 프로토콜은 기능적인 결과를 향상시키기 위하여 더 진보된 공구로 확장될 지도 모릅니다. 여기에는 활성화열맵(32)을통한 전극 배치 과정을 용이하게 하는 고밀도 sEMG 기록, EMG 활동30,33,및 훈련을 향상시키기 위한 진지한 게임을 평가하는 가상 솔루션이 포함될 수 있습니다. 동기 부여34. 또한 패턴 인식 알고리즘과 같은 보철 제어를 위한 새로운 기술도28,30,35를사용할 수 있습니다. 그러나, 감소된 신경 근 인터페이스 때문에, 그렇지 않으면 건강한 수족절단을 위해 디자인된 현재 상업적으로 이용 가능한 시스템이 이 특정 참을성 있는 단에 있는 보철 기능을 현저하게 향상할 것이라는 것은 분명하지 않다. 향후 연구는 심각한 상반신 신경총 부상을 입은 환자의 재활을위해 나열된 새로운 기술의 적용 가능성과 이점을 평가해야합니다. 추가적으로, 더 높은 참을성 있는 수를 가진 통제된 예심은 또한 기록의 더 높은 수준을 가진 sEMG biofeedback를 사용하여 현재 프로토콜의 긍정적인 효력을 설명하는 것을 허용할 것입니다.

Disclosures

저자는 공개 할 것이 없다.

Acknowledgments

이 연구는 오스트리아 연구 기술 개발 위원회의 기독교 도플러 연구 재단과 오스트리아 연방 과학, 연구 및 경제부의 지원을 받았습니다. 우리는 원고에 포함 된 그림의 준비에 대한 아론 Cserveny에 감사하고 원래 기사에 제시 된 데이터를 복제의 허가 신경 과학의 국경에12.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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.

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