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这项工作提出了一种在选择性神经转移手术后增强假体功能的方案。康复干预包括患者信息和选择、支持伤口愈合、上肢感觉运动区域的皮质再激活、选择性肌肉激活训练、日常生活中的假肢处理以及定期随访评估。
靶向肌肉再神经支配(TMR)改善了肘关节上方截肢后肌电假体的生物对照界面。通过手术重新路由神经,产生大量独立的肌电控制信号,可以选择性地激活肌肉单位。然而,这种干预需要仔细选择患者和特定的康复治疗。这里根据德尔福专家的研究,为接受TMR的高级上肢截肢者提出了康复方案。手术前的干预措施包括详细的患者评估和疼痛控制、肌肉耐力和力量、平衡和剩余关节运动范围的一般措施。手术后,其他治疗干预的重点是水肿控制和疤痕治疗以及负责上肢控制的皮质区域的选择性激活。在成功重新神经支配目标肌肉后,使用表面肌电图(sEMG)生物反馈来训练新型肌肉单位的激活。之后,桌面假体可能会提供假肢控制的第一次体验。在安装实际假体后,训练包括没有物体的重复练习,物体操作,最后是日常生活活动。最终,定期的患者预约和功能评估可以跟踪假肢功能,并在发生故障时进行早期干预。
上肢高截肢对假肢置换术提出了挑战1.除肘关节功能外,主动假体系统应包括打开/关闭假肢手,理想情况下还应包括内旋/仰卧和/或手腕伸展/屈曲。然而,标准肌电设备的控制通常仅依赖于来自两块肌肉的输入信号2。传统上,这些是经胸截肢后的二头肌和肱三头肌,以及盂肱截肢后的背阔肌和胸大肌3。为了控制所有假体关节,截肢者需要在活动关节之间切换(例如,通过使用两块肌肉的共同收缩)1。虽然这提供了一个稳定的控制范式,但随之而来的是一个显着的限制,导致缓慢和不直观的控制,这不允许同时运动两个或多个假体关节4。这限制了假肢的功能,并且是肘关节以上截肢后假肢遗弃率高的原因之一5.
为了克服对这些类型的假肢配件的有限和不直观的控制,可以使用选择性神经转移。这种方法也称为靶向肌肉再神经支配(TMR),包括通过将最初为截肢的手和手臂服务的神经重新路由到残肢内的不同目标肌肉来手术建立肌控制信号6,7。成功再神经支配后,可以更有选择性地激活再神经支配的肌肉单位8.由此产生的肌电图(EMG)活性可用于假体控制,并可产生多达六个控制信号。
虽然人们普遍认为TMR可以显着改善假体功能9,但选择性激活和适当控制树桩中的多块肌肉对患者构成了挑战,特别是在术后早期。假肢控制的这种增强的复杂性与截肢后多感官反馈的减少相结合,需要特定的康复才能从外科手术中充分受益。在这里,根据最近的建议10提供了治疗干预的分步指南。 图1概述了干预措施及其在理想环境中的估计时间。
图1:康复过程中各阶段的概述,包括标志着新阶段开始的里程碑。
该协议是在欧洲德尔福研究10中开发的。维也纳医科大学当地研究伦理委员会批准了对其在患者身上应用的评估,并根据《赫尔辛基宣言》进行了评估。如果没有另行提及,此处描述的步骤应由职业治疗师或物理治疗师执行。
1. 术前干预
2. 早期术后干预
3. 信号训练
图 2:表面肌电图生物反馈的设置。 治疗师在患者的皮肤上放置一个电极,在那里需要肌电信号,同时解释所需的运动线索(握拳)。患者和治疗师可以在计算机屏幕上看到患者的肌肉活动(EMG),并使用此反馈来找到最佳的电极位置和运动提示。 请点击此处查看此图的大图。
图 3: 通过 生物反馈显示的 EMG 信号示意图。 每个通道(具有不同的颜色)都映射到特定的肌肉部分,稍后将负责特定的假体运动。如这里所示,良好的分离确保假体仅执行预期的动作。 请点击此处查看此图的大图。
图 4:患者控制桌面假肢,其残肢上安装了表面电极。 请点击此处查看此图的大图。
4. 假肢训练
5. 后续评估
所描述的康复方案是在维也纳医科大学的临床环境中实施的,其可行性和结果在一项临床研究中进行了评估,该研究最近发表了9。据报道,30名患者参加了试验,以评估TMR手术和随后康复的可行性。 图5 显示,在这30名患者中,有11名接受了TMR作为疼痛治疗,而不是 通过 假体安装改善功能的手段。在最初打算进行假肢安装的其余19名患者中,有五名决定不这样做,原因是安装成本高(估计在75,000-150,000欧元之间),康复时间不足或假体重量高。在一名患者中,术中探查显示整体臂丛神经损伤,使得进一步的神经转移是不可能的。这位患者继续使用他的身体动力设备。在其余13名接受假肢康复的患者中,有10名可用于随访评估。
图5:显示可行性研究中包含的患者的流程图,请点击此处查看此图的大图。
使用南安普顿手部评估程序(SHAP)19,行动研究手臂测试(ARAT)20,21和衣夹搬迁测试(CPRT)6,26评估结果。这些评估是评估假体功能的常用测试。评估在最终假体安装后至少6个月进行。此外,患者被问及他们的假肢佩戴习惯。
正如Salminger等人9所描述的,对TMR手术后10名患者的评估显示,SHAP评分为40.5±8.1(健康的上肢得分约为100),ARAT评分为20.4±1.9(57为最高分,0代表无上肢功能)(表1)。在CPRT中,患者能够在34.3±14.4秒内完成任务。他们报告说每天佩戴假肢,每天佩戴时间从3-10小时不等。
结果评估 | 得分 | 健康上肢的预期评分 |
十八 | 40.5 ± 8.1 | 100 |
海协 | 20.4 ± 1.9 | 57 |
断续器 | 34.3 ± 14.4 秒 | - |
表1:TMR手术和康复后患者的假体功能。 在SHAP和ARAT中,分数越高意味着功能越好,CPRT所需的时间也越短。评估的患者总数:n = 10。经参考文献9 许可改编。
近年来,选择性神经转移越来越多地用于增强假体功能27。该领域经验丰富的临床医生已经认识到,康复对于使截肢者在外科手术后熟练地使用假肢至关重要27.然而,缺乏结构化的治疗方案。目前的方案旨在为职业和物理治疗师提供工具和结构,以指导患者在整个漫长的TMR过程中。与之前的治疗建议(为不太复杂的神经转移而开发)28相比,人们更关注假肢前训练和使用肌电图生物反馈,以允许选择性肌肉控制。
如可行性研究9所示,讨论患者的期望对于术后的成功至关重要。包括高度积极的患者当然有助于实现所描述的良好结果。对所述方案的依从性较差可能导致假体功能降低。此外,并非所有患者都希望接受假肢安装(或负担得起)。然而,TMR可能仍然可行以改善神经瘤或幻肢疼痛,因为最近的研究表明神经转移有可能缓解这些疾病29,30,31。对于这种情况,康复计划是缩短的。尽管如此,我们已经体验到,定期训练控制再神经支配肌肉的激活和假体可以进一步改善疼痛情况32。在这里,共同决策是必不可少的,因为一些患者可能会戴上假肢,因为它有可能在32年内长期减轻疼痛,而其他人可能不感兴趣。
根据我们的经验,与患者进行详细讨论对于评估未来的依从性至关重要。根据再神经支配时间,运动学习能力和患者的可用性,康复过程可能需要9-15个月。假设患者不努力改善上肢功能,或者可能更好地使用另一种设备(例如,身体动力假体)。在这种情况下,人们可能认为时间(可能还有经济)的承诺是值得的。为了节省资源,我们强烈建议只包括对手术表现出浓厚兴趣的患者,并且仅在预计进行全面康复手术时才出于功能目的进行手术。最后,手术,治疗和安装的费用应该在那时支付。
所描述的研究方案需要根据临床推理针对每个人进行调整,以满足他们的特定需求。除了此处描述的干预措施外,还需要考虑躯体和心理合并症,并提供适当的治疗(例如,心理治疗)。在截肢后立即接受TMR治疗的患者中,可能需要对加班的心理状况进行更密切的筛查。除此之外,这组患者不需要改变方案。他们甚至可能在运动学习中进步更快,因为他们可能仍然习惯于双合一活动。在该协议中,由外科医生操作的神经转移定义了哪些运动命令需要训练,并且期望哪些肌肉部位。假肢终端设备的选择会影响假肢训练。对于多关节假体,如有必要,需要在不同的抓握类型之间切换以及如何使用它们。
对于远离临床中心或无法定期参加面对面康复的患者,需要在康复方案中采用。它们包括更加注重家庭培训,患者家附近治疗师的可能参与, 以及通过 在线视频通话进行远程康复课程。远程康复解决方案需要提供稳定的视频和音频连接,同时满足所有数据保护要求。在这些患者中,应在手术后6-9个月计划首次访问临床中心进行信号训练。访问通常为1周,每天两次治疗。在大多数情况下,此时可以实现良好的信号分离。否则,需要再次停留进行信号训练,并且患者可能会获得简单的sEMG生物反馈设备进行家庭训练。当建立良好的信号分离时,假肢师可以制造一个测试插座,并且可以在停留期间定义信号位置。这允许假肢师在患者回家时创建最终配件。最终的假体可以在1-2个月后的第二次1周访问中安装,并且可以开始假体训练。根据患者的需要,高级假肢培训和进一步的随访可以在远程环境中进行,也可以在进一步访问中心期间进行。
此外,其他外科手术,如骨整合33 以改善假体的机械界面,可以与TMR34结合使用。如果是这种情况,必须包括特定的干预措施(例如骨整合术35后的分级承重训练)。此外,虽然所描述的方案适用于直接假肢控制系统(其中一个电极对应于一个运动),但如果计划使用模式识别控制系统,其原理保持不变。康复的主要区别在于,单个肌肉的选择性激活变得不那么相关,而需要训练几种肌肉的特定和可重复的激活模式36。
作者没有任何利益冲突。
这项研究已获得欧洲研究理事会(ERC)的资助,该计划属于欧盟地平线2020研究和创新计划(资助协议号810346)。作者感谢阿隆·塞尔维尼准备本出版物中使用的插图。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Dynamic Arm Plus® system with a Variplus Speed prosthetic hand | Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany | This prosthetic system was used together with a computer (and Bluetooth connection) for sEMG Biofeedback. Later, it was used for table top prosthetic training and as the patient's prosthetic fitting. | |
ElbowSoft TMR | Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany | In combination with the Dynamic Arm Plus system and a standard computer (with Windows 7, 8 or 10), this software allows the visualisation of EMG signals as well as changing settings in the prosthetic system. | |
EMG electrodes | Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany | electrodes 13E202 = 50 | The EMG electrodes used in this study were bipolar and included a ground and a 50 Hz filter. They were used with the Dynamic Arm Plus®. |
Folding Mirror Therapy Box (Arm/Foot/Ankle) | Reflex Pain Management Therapy Store | This box was used for mirror therapy. |
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