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.
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.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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.
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. |