Name: surface electromyographic biofeedback as a rehabilitation tool for patients with global brachial plexus injury receiving bionic reconstruction
Uploaded: 2019-09-28T13:30:00
Duration: 9 min 14 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Surface Electromyographic Biofeedback as a Rehabilitation Tool for Patients with Global Brachial Plexus Injury Receiving Bionic Reconstruction at JoVE.com

この研究は、オーストリア研究技術開発評議会のクリスチャン・ドップラー研究財団とオーストリア連邦科学研究経済省の資金提供を受けました。原稿に含まれるイラストの準備と、元の記事12に提示されたデータを複製する許可を与える神経科学のフロンティアにアロン・サベニーに感謝しています。

<ol>
	<li>Bertelli, J. A., Ghizoni, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Results+and+current+approach+for+Brachial+Plexus+reconstruction.">Results and current approach for Brachial Plexus reconstruction.</a> Journal of Brachial Plexus and Peripheral Nerve Injury. 6 (1), 2 (2011).</li><li>Birch, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traction+lesions+of+the+brachial+plexus.">Traction lesions of the brachial plexus.</a> British Journal of Hospital Medicine. 32 (3), 140-143 (1984).</li><li>Narakas, A. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+treatment+of+brachial+plexus+injuries.">The treatment of brachial plexus injuries.</a> International Orthopaedics. 9 (1), 29-36 (1985).</li><li>Terzis, J. K., Barbitsioti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primary+restoration+of+elbow+flexion+in+adult+post-traumatic+plexopathy+patients.">Primary restoration of elbow flexion in adult post-traumatic plexopathy patients.</a> Journal of Plastic, Reconstructive &amp; Aesthetic Surgery. 65 (1), 72-84 (2012).</li><li>Tung, T. H., Mackinnon, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nerve+Transfers:+Indications,+Techniques,+and+Outcomes.">Nerve Transfers: Indications, Techniques, and Outcomes.</a> The Journal of Hand Surgery. 35 (2), 332-341 (2010).</li><li>Terzis, J. K., Vekris, M. D., Soucacos, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brachial+plexus+root+avulsions.">Brachial plexus root avulsions.</a> World Journal of Surgery. 25 (8), 1049-1061 (2001).</li><li>Aszmann, O. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bionic+reconstruction+to+restore+hand+function+after+brachial+plexus+injury:+a+case+series+of+three+patients.">Bionic reconstruction to restore hand function after brachial plexus injury: a case series of three patients.</a> Lancet. 385 (9983), 2183-2219 (2015).</li><li>Hruby, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algorithm+for+bionic+hand+reconstruction+in+patients+with+global+brachial+plexopathies.">Algorithm for bionic hand reconstruction in patients with global brachial plexopathies.</a> Journal of Neurosurgery. 127 (5), 1163-1171 (2017).</li><li>Bergmeister, K. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Broadband+Prosthetic+Interfaces:+Combining+Nerve+Transfers+and+Implantable+Multichannel+EMG+Technology+to+Decode+Spinal+Motor+Neuron+Activity.">Broadband Prosthetic Interfaces: Combining Nerve Transfers and Implantable Multichannel EMG Technology to Decode Spinal Motor Neuron Activity.</a> Frontiers in Neuroscience. 11, 421 (2017).</li><li>Kim, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+training+using+EMG+biofeedback+on+stroke+patients+upper+extremity+functions.">The effects of training using EMG biofeedback on stroke patients upper extremity functions.</a> Journal of Physical Therapy Science. 29 (6), 1085-1088 (2017).</li><li>Merletti, R. P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electromyography: Physiology, Engineering, and Non-Invasive Applications. , (2004).</li><li>Sturma, A., Hruby, L. A., Prahm, C., Mayer, J. A., Aszmann, O. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rehabilitation+of+Upper+Extremity+Nerve+Injuries+Using+Surface+EMG+Biofeedback:+Protocols+for+Clinical+Application.">Rehabilitation of Upper Extremity Nerve Injuries Using Surface EMG Biofeedback: Protocols for Clinical Application.</a> Frontiers in Neuroscience. 12, 906 (2018).</li><li>Hruby, L. A., Pittermann, A., Sturma, A., Aszmann, O. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Vienna+psychosocial+assessment+procedure+for+bionic+reconstruction+in+patients+with+global+brachial+plexus+injuries.">The Vienna psychosocial assessment procedure for bionic reconstruction in patients with global brachial plexus injuries.</a> PLoS ONE. 13 (1), 0189592 (2018).</li><li>Vujaklija, I., Farina, D., Aszmann, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+developments+in+prosthetic+arm+systems.">New developments in prosthetic arm systems.</a> Orthopedic Research and Reviews. 8, 31-39 (2016).</li><li>Shin, Y. B., Shin, M. J., Chang, J. H., Cha, Y. S., Ko, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Botulinum+Toxin+on+Reducing+the+Co-contraction+of+Antagonists+in+Birth+Brachial+Plexus+Palsy.">Effects of Botulinum Toxin on Reducing the Co-contraction of Antagonists in Birth Brachial Plexus Palsy.</a> Annals of Rehabilitation Medicine. 38 (1), 127-131 (2014).</li><li>Lyle, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+performance+test+for+assessment+of+upper+limb+function+in+physical+rehabilitation+treatment+and+research.">A performance test for assessment of upper limb function in physical rehabilitation treatment and research.</a> International Journal of Rehabilitation Research. 4 (4), 483-492 (1981).</li><li>Yozbatiran, N., Der-Yeghiaian, L., Cramer, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+standardized+approach+to+performing+the+action+research+arm+test.">A standardized approach to performing the action research arm test.</a> Neurorehabilitation and Neural Repair. 22 (1), 78-90 (2008).</li><li>Giggins, O. M., Persson, U. M., Caulfield, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofeedback+in+rehabilitation.">Biofeedback in rehabilitation.</a> Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 10, 60 (2013).</li><li>Rayegani, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+neurofeedback+and+electromyographic-biofeedback+therapy+on+improving+hand+function+in+stroke+patients.">Effect of neurofeedback and electromyographic-biofeedback therapy on improving hand function in stroke patients.</a> Topics in Stroke Rehabilitation. 21 (2), 137-151 (2014).</li><li>Pfeufer, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Training+with+biofeedback+devices+improves+clinical+outcome+compared+to+usual+care+in+patients+with+unilateral+TKA:+a+systematic+review.">Training with biofeedback devices improves clinical outcome compared to usual care in patients with unilateral TKA: a systematic review.</a> Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 27 (5), 1611-1620 (2018).</li><li>Huang, H., Lin, J. J., Guo, Y. L., Wang, W. T. J., Chen, Y. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EMG+biofeedback+effectiveness+to+alter+muscle+activity+pattern+and+scapular+kinematics+in+subjects+with+and+without+shoulder+impingement.">EMG biofeedback effectiveness to alter muscle activity pattern and scapular kinematics in subjects with and without shoulder impingement.</a> Journal of Electromyography and Kinesiology. 23 (1), 267-274 (2013).</li><li>Oravitan, M., Avram, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effectiveness+of+electromyographic+biofeedback+as+part+of+a+meniscal+repair+rehabilitation+programme.">The effectiveness of electromyographic biofeedback as part of a meniscal repair rehabilitation programme.</a> Journal of Sports Science and Medicine. 12 (3), 526-532 (2013).</li><li>Novak, C. B., von der Heyde, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+and+techniques+in+rehabilitation+following+nerve+injuries.">Evidence and techniques in rehabilitation following nerve injuries.</a> Hand Clinics. 29 (3), 383-392 (2013).</li><li>Dumanian, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+reinnervation+for+transhumeral+amputees:+current+surgical+technique+and+update+on+results.">Targeted reinnervation for transhumeral amputees: current surgical technique and update on results.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 124 (3), 863-869 (2009).</li><li>Kuiken, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+muscle+reinnervation+for+real-time+myoelectric+control+of+multifunction+artificial+arms.">Targeted muscle reinnervation for real-time myoelectric control of multifunction artificial arms.</a> JAMA. 301 (6), 619-628 (2009).</li><li>Miller, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+a+six+degree+of+freedom+prosthetic+arm+after+targeted+muscle+reinnervation+surgery.">Control of a six degree of freedom prosthetic arm after targeted muscle reinnervation surgery.</a> Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 89 (11), 2057-2065 (2008).</li><li>Kuiken, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+reinnervation+for+enhanced+prosthetic+arm+function+in+a+woman+with+a+proximal+amputation:+a+case+study.">Targeted reinnervation for enhanced prosthetic arm function in a woman with a proximal amputation: a case study.</a> Lancet. 369 (9559), 371-380 (2007).</li><li>Scheme, E., Englehart, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromyogram+pattern+recognition+for+control+of+powered+upper-limb+prostheses:+state+of+the+art+and+challenges+for+clinical+use.">Electromyogram pattern recognition for control of powered upper-limb prostheses: state of the art and challenges for clinical use.</a> Journal of Rehabilitation Research &amp; Development. 48 (6), 643-659 (2011).</li><li>Simon, A. M., Lock, B., Stubblefield, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patient+training+for+functional+use+of+pattern+recognition-controlled+prostheses.">Patient training for functional use of pattern recognition-controlled prostheses.</a> Journal of Prosthetics and Orthotics. 24 (2), 56-64 (2012).</li><li>Simon, A. M., Hargrove, L. J., Lock, B. A., Kuiken, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Target+Achievement+Control+Test:+evaluating+real-time+myoelectric+pattern-recognition+control+of+multifunctional+upper-limb+prostheses.">Target Achievement Control Test: evaluating real-time myoelectric pattern-recognition control of multifunctional upper-limb prostheses.</a> Journal of Rehabilitation Research &amp; Development. 48 (6), 619-627 (2011).</li><li>Johnson, S. S., Mansfield, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prosthetic+training:+upper+limb.">Prosthetic training: upper limb.</a> Physical Medicine and Rehabilitation Clinics of North America. 25 (1), 133-151 (2014).</li><li>Kapelner, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+Unit+Characteristics+after+Targeted+Muscle+Reinnervation.">Motor Unit Characteristics after Targeted Muscle Reinnervation.</a> PLoS ONE. 11 (2), 0149772 (2016).</li><li>Sturma, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+surface+EMG+test+tool+to+measure+proportional+prosthetic+control.">A surface EMG test tool to measure proportional prosthetic control.</a> Biomedizinische Technik. Biomedical Engineering. 60 (3), 207-213 (2015).</li><li>Prahm, C., Kayali, F., Sturma, A., Aszmann, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PlayBionic:+Game-Based+Interventions+to+Encourage+Patient+Engagement+and+Performance+in+Prosthetic+Motor+Rehabilitation.">PlayBionic: Game-Based Interventions to Encourage Patient Engagement and Performance in Prosthetic Motor Rehabilitation.</a> PM&amp;R. 10 (11), 1252-1260 (2018).</li><li>Roche, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Structured+Rehabilitation+Protocol+for+Improved+Multifunctional+Prosthetic+Control:+A+Case+Study.">A Structured Rehabilitation Protocol for Improved Multifunctional Prosthetic Control: A Case Study.</a> Journal of Visualized Experiments. (105), e52968 (2015).</li></ol>

著者は何も開示していない。

バイオフィードバックアプローチは、脳出血や脳卒中などの中枢病理に起因する(ヘミ)-遺伝性状態に至るまで、いくつかの神経筋疾患のリハビリテーションに広く使用されている18、19から様々な筋骨格系変性症または傷害とその外科的治療20、21、22.興味深いことに、構造化バイオフィードバックの概念は、末梢神経損傷の臨床実践では実施されていない。しかし、正確に複雑な神経損傷のリハビリテーションにおいて、適切なバイオフィードバックを伴う練習、繰り返し、および構造化されたトレーニングプログラムは、正しい運動パターン23を確立する必要がある。
ここでは、前回の研究12では、人工手置換の対象となる生物学的治療選択肢が不足している患者に対してsEMGバイオフィードバックを用いた構造化リハビリテーションプロトコルを提示した。復興。バイオニック再構成のコンテキストでsEMGバイオフィードバックセットアップを使用する最も明らかな利点は、sEMGホットスポットの正確な定義、すなわち、皮膚の位置、すなわち、EMG活性の比較的高い振幅を経時的に測定することができるところから生じる。センサーは前腕全体に沿って容易に動くことができ、前腕の検出可能な筋肉機能が欠落している場合には、上腕と肩のガードルにも同様に、様々なモーターコマンドが交互に試みられる。患者が特定の作用(手首を延長するなど)を行うことを意図した筋肉を収縮させようとすると、電極を配置することができ、そこで(弱い)筋肉の収縮は検査官によって触診される。コンピュータ画面上のEMG信号を観察すると、患者がこの筋肉を収縮させようとすると、信号の振幅が一貫して増加するかどうかを容易に判断できます。振幅が十分に高くない場合、または信号が一貫していない場合は、同じ電極位置を持つ他のモータコマンドが試行されることがあります。針EMGとは反対に、この手順は非侵襲的であり、痛みを伴わない、腕のすべての筋肉/筋肉群に対して繰り返すことができる。異なる筋肉の位置でさまざまなモーターコマンドをテストすると、特定のモータアクションに関連する最高の振幅と再現可能なアクティビティで、EMGホットスポットを識別することができます。最も強いEMG信号を同定した後、これらは、信号分離(2つ以上のEMG信号の共活性化はコンピュータ画面上で起こってはいけません)、信号強度(EMG信号によって反映される)に関するsEMGバイオフィードバックを使用して訓練されてもよい。コンピュータ画面上の振幅)と信号の再現性(筋肉を収縮させる各試みは、それぞれのEMG信号の遠足につながる必要があります)。トレーニングの後の段階で、EMG活動は直接人工機能に変換され、最初にテーブルトップ補綴(図3参照)を使用して、グリップ強度の微調整を可能にする患者に追加のフィードバックを与え、物理的な補綴。
従来の切断患者では、膨大な量の文献が、標的筋再導入(TMR)、すなわち、胸部および上腕の代替筋部位への残留アーム神経の外科的移動が、これらのことから、補綴機能を改善することを示している。再活性化された筋肉は、直感的な運動コマンドの生物学的増幅器として機能し、人工手、手首および肘制御24、25、26、27のための生理学的に適切なEMG信号を提供する.パターン認識制御システムを使用して、これらの再活性化された筋肉の皮膚上に置かれた多数のsEMG信号から抽出されたEMGデータを解読し、より信頼性の高い可逆電を提供する特定の、再生可能なモーター出力に翻訳することができる補綴制御28、29、30。上腕叢の強虫損傷を有する患者におけるEMGシグナル部位および筋電活性の数は非常に限られているので、パターン認識アルゴリズムは、従来の切断患者8に対して行われるように使用されない場合がある。それでも、さらなる研究と改良された技術により、これらのシステムは、既存のかすかな筋肉信号に関するより多くの情報を抽出し、したがって、この独特の患者グループにおいても人工機能を改善することができるかもしれません。
提示されたプロトコルはガイドラインと見なされますが、詳細は患者と利用可能な機器に応じて調整する必要があります。このような神経損傷の後に起こる異常な再内来のために、運動コマンドは必ずしも解剖学的に「正しい」筋肉12の活性化をもたらすとは限らない。例えば、前腕フレクサコンパートメントでEMG活性を観察し、患者が手を開こうとしていた。したがって、EMG信号を識別するために、様々なモータコマンドをテストする必要があります。さらに、残留筋機能(すべての場合において、有用な手の動きを生成するには弱すぎるが)は、患者間で大きく異なり、表2に示すように必要なトレーニング時間のばらつきを引き起こす可能性がある。さらに、補綴装置の選択と制御に使用される電極の数は、信号分離の精度、信号振幅および共収縮の必要性に関する要件を変更する。これは、切断患者31の標準的な人工装少トレーニングでも推奨されているように、信号トレーニング、ハイブリッド補綴トレーニングおよび実際の人工トレーニング中に考慮する必要があります。sEMGバイオフィードバックトレーニングに使用されるデバイスに関しては、補綴制御に必要な信号数を同時に表示し、リアルタイムのフィードバックを与え、コンピュータまたはディスプレイに接続できる場合に適したデバイスを検討しています。画面上の信号自体。トレーニング中に信号ゲインを調整できるデバイスが好ましい。
リハビリテーションの後、すべての患者は日常生活活動中に人工装具を使用することができ、彼らの機能のない手を人工装具12に置き換えるという決定に満足した。この機能改善は、平均ARATスコアが2.83±4.07~25.00±10.94(p= 0.028)の大幅な増加によって反映された。
私たちの視点から、sEMGバイオフィードバックセットアップは、神経損傷およびバイオニック再建に関連する運動回復の認知的に要求されるプロセスを容易にする貴重なツールを提示します。最適なEMG電極位置の同定と筋肉活動の直接可視化による様々な運動コマンドの試験は、臨床セットアップにおけるsEMGバイオフィードバックを使用して大幅に簡素化されます。sEMGバイオフィードバックは、生物学的上肢機能10、12のリハビリテーションにも使用されてもよいが、バイオニック再構成の過程におけるその応用は特に有効であると考えられる。最も重要なことは、トレーニング中に活性化されたsEMG信号は、後で各患者のために個別にカスタマイズされた人工ソケット内の電極位置を反映します。したがって、トレーニング中にこれらの信号を繰り返し活性化すると、将来の補綴処理と手動容量が増加する可能性が高くなります。この筋肉活動の直接可視化はまた、患者が筋電性手制御の概念を理解することを可能にし、彼/彼女はより意識的にトレーニングの進捗状況に従うことができます。
将来的には、私たちの提示されたリハビリテーションプロトコルは、機能的な結果を高めるために、より高度なツールで拡張される可能性があります。これには、活性化ヒートマップ32を介して電極配置のプロセスを容易にする高密度sEMG記録、EMG活性を評価するためのさらなる仮想ソリューション30、33、およびトレーニングを強化するための深刻なゲームが含まれる場合があります。モチベーション34.さらに、パターン認識アルゴリズムなどの人工制御のための新しい技術も28、30、35を使用することができる。しかし、神経筋インターフェースの低下により、健康な切断患者のために設計された現在市販されているシステムがこの特定の患者群における人工機能を著しく改善するかどうかは明らかではない。今後の研究は、重度の上腕叢損傷患者のリハビリテーションのための記載された新しい技術の適用性と利点を評価する必要があります。さらに、より高い患者数を持つ制御された試験はまた、より高いレベルの証拠とsEMGバイオフィードバックを使用して現在のプロトコルの肯定的な効果を実証することができます。

脊髄からの神経根の外傷性障害を含む世界的な上腕叢損傷は、ヒトで最も重度の神経損傷の1つを表し、通常、人生の全盛期の若い、そうでなければ健康な患者に影響を与える1、2.神経根の数によっては、脳から腕と手への神経結合が中断されるので、完全な上肢麻痺が起こる可能性がある。伝統的に、神経根の強迫は、悪い結果3に関連付けられてきました。過去数十年以内に微小外科神経技術が地面を得ることにより、外科的結果が改善され、肩および肘の有用な運動機能は通常4、5を回復する。最も遠く離れている手の本質的な筋肉は、典型的には、軸を再生する前に不可逆的な萎縮をもたらす脂肪変性を受ける6.このような場合には、機能のない「プレクサス」手の選択的切断およびメカトロニクスハンドとの置換を含むバイオニック再建が、7,8に記載されている。臨床的に有意でない患者の前腕の残留筋活動(アイソメトリック収縮、英国医学研究評議会[BMRC]スケールのM1)は、電離性電極を感知する経皮電極からピックアップされる。その後、人工手9の様々な動きに翻訳.
十分な表面筋電図(sEMG)信号は、最初の相談時に存在してもよい。しかし、場合によっては、選択的神経および筋肉移動7を行う追加のシグナルを確立する必要がある。いずれの場合も、プロセスの最後にsEMG信号の一貫性とその後の最適な補綴機能を確保するために、構造化されたリハビリテーションプロトコルが必要です。神経根の強迫と異常な再内来に続く大きな課題は、神経移植手術後だけでなく、ターゲット筋肉の揮発性制御を可能にする新しい運動パターンの確立です。sEMGバイオフィードバック法は、脳卒中10のリハビリテーションに広く用いられてきた。この方法は、筋肉の衰弱および/またはアンタゴニストの共活性化のために気付かれない筋肉活動の直接視覚化を可能にする。それによって患者が弱い筋肉を訓練することを奨励し、モータータスク11の正しい実行に正確なフィードバックを提供する。
最近の出版物では、sEMGバイオフィードバックが複雑な末梢神経損傷12のリハビリテーションにも使用される可能性があることが初めて示された。sEMGバイオフィードバックは、神経移植手術後の再導入プロセスの進展を患者に認識させる非常に有用な方法であると考えています。また、以前は患者に役に立たなかったかすかな筋肉活動は、sEMGバイオフィードバックを用いて後の人工的なコントロールのために訓練され、強化され、臨床医と患者の両方に気付かれなかった筋肉活動の具体的な視覚化を可能にする。.したがって、トレーニングの進捗状況は十分に理解され、文書化される可能性があります。さらに、筋肉の活動に直接フィードバックを使用すると、臨床医は、関連する信号振幅と一貫性と様々な運動コマンドを相関させ、将来的に堅牢な補綴制御を可能にする最良のモータ戦略を確立することができます。要約すると、この方法の目的は、後で人工手を駆動する患者のsEMG信号の理解、認識および制御を高めることによって、リハビリテーションプロセスを容易にすることです。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>dry EMG electrodes</td>
			<td>Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany</td>
			<td>13E202 = 50</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Myoboy</td>
			<td>Otto bock Healthcare, Duderstadt, Germany</td>
			<td>Myoboy</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SensorHand Speed</td>
			<td>Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany</td>
			<td></td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard laptop with Microsoft operating system</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Usually, devices for EMG biofeedback connected to a computer do not require much computing power and thus work on any regular laptop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TeleMyo 2400T G2</td>
			<td>Noraxon, US</td>
			<td></td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wet EMG electrodes</td>
			<td>Ambu</td>
			<td>Ambu Blue Sensor VL Adhesive Electrodes</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

surface electromyographic biofeedback as a rehabilitation tool for patients with global brachial plexus injury receiving bionic reconstruction

世界的な上腕叢損傷および生物学的治療選択肢の欠如を有する患者において、機能のない手の選択的切断および補綴との置換を含むバイオニック再建が最近説明されている。最適な補綴機能は、患者の腕の残留筋肉活動が後で人工機能に変換されるので、構造化されたリハビリテーションプロトコルに依存する。表面筋電図(sEMG)バイオフィードバックは脳卒中後のリハビリテーション中に使用されてきましたが、これまでのところ複雑な末梢神経損傷を有する患者では使用されていません。ここでは、sEMG信号の同定から最終補綴トレーニングに至るまで、バイオニック再建に適したグローバルな上腕叢損傷患者に対して実施されたリハビリテーションプロトコルを紹介する。この構造化されたリハビリテーションプログラムは、複雑な神経根の強迫傷害、異常な再内気および解剖学的再建(神経移植の場合と同様に)後に認知的に衰弱するプロセスであるかもしれない運動再学習を促進する。手術)。sEMGバイオフィードバックを用いたリハビリテーションプロトコルは、患者が標的筋肉の再インナー化プロセスの進展を認識している新しい運動パターンの確立を補助する。さらに、かすかな信号はまた、sEMGバイオフィードバックを使用して訓練され、改善され、臨床的に「役に立たない」筋肉(英国医学研究評議会[BMRC]スケールで筋力M1を示す)を、器用な人工手制御の対象となる。さらに、バイオニック再構成に成功した後の機能的結果スコアを本稿で示す。

複数の神経根を含む重度の神経叢損傷を有する6人の患者において、sEMGバイオフィードバックを用いて提示されたリハビリテーションプロトコルが正常に実施された。詳細な患者特性は表1に示されています。図2は、構造化されたリハビリテーションプロトコルの様々な段階と、その実装に関する詳細な説明を示す。
バイオニック再構成前後の手機能の改善を実証するために、グローバル上肢機能を評価する標準化された評価は、機能のない「プレクサス」手の選択的切断前の2つの時点で行われた。成功した人工再建とリハビリテーションの後。アクションリサーチアームテスト(ARAT)は、もともと手制御16の認知障害を有する患者におけるグローバル上肢運動機能を評価するために開発された。ヨズバティランらの標準化されたアプローチは、我々の研究で使用された。ARATは、日常生活に近いタスクを含む4つの異なるセクションで構成されています。テストは、タスクのパフォーマンスを 0−3 から評価するオブザーバーによって時間が与えられ、3 は正常な機能を示します。最大57点は、運動機能16の障害を示す達成可能である。sEMGバイオフィードバックと各患者の詳細な結果を伴う治療セッションの数は、表2に示されています。
sEMGバイオフィードバックを用いた提供されたリハビリテーションプロトコルに対する患者の満足度は直接測定されなかったが、6人の患者全員が神経移植手術後の再導入プロセスを理解するのに非常に役立つと報告された。以前は臨床的に使用されなかった非常にかすかな活動で筋肉の収縮を訓練する。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>ケース番号</td>
			<td>性別、年齢(年)</td>
			<td>事故の種類</td>
			<td>病変の種類</td>
			<td colspan="2">最初の再建後のバイオテクノロジーインターフェースを改善する手術は、手の機能を改善するために失敗しました</td>
		</tr>
<tr>
<td>1</td>
			<td>m, 32</td>
			<td>高さから落ちる</td>
			<td>C7−T1のアヴルジョン;鎖骨神経叢の牽引傷害</td>
			<td colspan="2">前腕の選択的切断</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>m, 32</td>
			<td>オートバイ事故</td>
			<td>BPの3つのトランチの破裂</td>
			<td colspan="2">前腕エクステンサーコンパートメントに転送された無料のグラシリス筋&神経系神経の深部の神経化は、神経を観察する。前腕の選択的切断</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>m, 55</td>
			<td>オートバイ事故</td>
			<td>C5−T1のアヴルション</td>
			<td colspan="2">上腕の選択的切断</td>
		</tr>
<tr>
<td>4</td>
			<td>m, 38</td>
			<td>オートバイ事故</td>
			<td>根C5−C8への大規模な損傷;T1の強迫</td>
			<td colspan="2">前腕の選択的切断</td>
		</tr>
<tr>
<td>5</td>
			<td>m, 27</td>
			<td>オートバイ事故</td>
			<td>アヴルシオン C8−T1</td>
			<td colspan="2">前腕の選択的切断</td>
		</tr>
<tr>
<td>6</td>
			<td>m, 43</td>
			<td>オートバイ事故</td>
			<td>C6−T1のアヴルション</td>
			<td colspan="2">三頭筋の屈頭筋への移植と二頭筋の上頭筋への移植は、人工フィッティングを改善するために。腕の選択的切断(肩の排泄)</td>
		</tr>
</tbody></table>表1:患者特性。すべての患者において、生物学的再建は生物学的治療の選択肢の不能性のために開始された。前腕と上腕にEMG信号を確立する手術には、選択的神経および筋肉移動が含まれ、筋電義手を駆動する。選択的切断は、残留筋活動に応じて、経順または経湿器レベルで行われる。この患者群で行われたすべての選択的神経移植は成功した。この表はSturmaら12から変更され、神経科学のフロンティアの許可を受けて再現された。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>ケース番号</td>
			<td>ベースラインでのアラット</td>
			<td>フォローアップ時のアラト</td>
			<td colspan="2">sEMGトレーニング開始</td>
			<td>セラピーセッションの総数(各30分)</td>
		</tr>
<tr>
<td>1</td>
			<td>7</td>
			<td>35</td>
			<td colspan="2">最初の相談直後</td>
			<td>24</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>0</td>
			<td>15</td>
			<td colspan="2">最初の相談の直後に1つの信号でトレーニング;第2の信号は、自由なグラシリス転移+神経伝達の9ヶ月後に利用可能でした</td>
			<td>30</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>0</td>
			<td>19</td>
			<td colspan="2">最初の相談直後</td>
			<td>16</td>
		</tr>
<tr>
<td>4</td>
			<td>1</td>
			<td>22</td>
			<td colspan="2">最初の相談直後</td>
			<td>20</td>
		</tr>
<tr>
<td>5</td>
			<td>9</td>
			<td>42</td>
			<td colspan="2">生物学的再建が失敗したバイオニック再建を目指す決断直後</td>
			<td>20</td>
		</tr>
<tr>
<td>6</td>
			<td>0</td>
			<td>17</td>
			<td colspan="2">最初の相談直後</td>
			<td>22</td>
		</tr>
<tr>
<td>平均値 (± SD)</td>
			<td>2.83 ± 4.07</td>
			<td>25.00 ± 10.94</td>
			<td colspan="2"></td>
			<td>22 ± 4.32</td>
		</tr>
</tbody></table>表2:ARATスコアと治療セッション数アクションリサーチアーム試験(ARAT)では、患者は当初、ごくわずかな上肢機能(平均2.83、達成可能な最大57点)を示した。バイオニック再構成後に有用な機能が復元された(平均25.00、57)。この表はSturmaら12から変更され、神経科学のフロンティアの許可を受けて再現された。

Watch this Scientific Journal Video about Surface Electromyographic Biofeedback as a Rehabilitation Tool for Patients with Global Brachial Plexus Injury Receiving Bionic Reconstruction at JoVE.com

Surface Electromyographic Biofeedback as a Rehabilitation Tool for Patients with Global Brachial Plexus Injury Receiving Bionic Reconstruction

世界的な上腕叢損傷患者におけるバイオニック再建後の最適な機能的転帰は、構造化されたリハビリテーションプロトコルに依存する。表面筋電図ガイドトレーニングは、EMG信号の振幅、分離、一貫性を向上させ、機能しない手の選択的切断後に補綴針を制御し、駆動する可能性があります。

バイオニック再建を受けた全身性神経叢損傷患者のリハビリテーションツールとしての表面筋電図バイオフィードバック

In patients with global brachial plexus injury and lack of biological treatment alternatives, bionic reconstruction, including the elective amputation of ...

表面筋電図バイオフィードバックは、フレイルアームの筋肉活動が非常にかすかな腕神経叢損傷を有する患者における表面EMG信号の同定とトレーニングを大幅に簡素化する。EMGバイオフィードバックの表面を使用すると、様々なモータコマンドと電極位置をテストし、技術が侵襲的ではなく、容易に適用可能で、安価であるため、繰り返し訓練することができます。表面EMGバイオフィードバックのシステムを設定するには、静かな部屋のテーブルの上にデバイスを置き、コンピュータ画面の前に患者を配置します。患者に手の動きを考えてもらい、同時に特定の作用を行うことを意図した筋肉を収縮させようとすると同時に、筋肉収縮のために前腕を触診しながら、機能しない手の実際の動きは生じないだろう。筋肉の収縮を感じることができる正確な皮膚位置に表面EMG電極を置き、患者はちょうど筋肉の収縮を引き出そうとしたのと同じ運動指令を繰り返させる。コンピュータ画面上のEMG信号を観察して、患者が特定の行動を行うことを意図した筋肉を収縮させようとしたときに振幅が一貫して増加しているかどうかを確認します。振幅がバックグラウンドノイズの2~3倍未満の場合や信号に一貫性がない場合は、同じ電極位置を持つ他のモータコマンドを試して、より高い振幅を得られるかどうかを確認します。次に、電極を前腕の新しい位置に移動して、別のジェスチャのために筋肉の収縮を評価します。患者がジェスチャーを行うと考えている間、コンピュータ画面上の信号の振幅を監視します。前腕に筋肉の活動が見つからない場合は、上腕と肩のガードルの手順を繰り返します。2つ以上のEMGシグナルが同定されたら、患者に交互にシグナルを活性化するよう促す。プロテーゼを確実に駆動するには、独立したEMG信号を干渉することなく制御する必要があります。トレーニング中に全ての信号に対して同様の振幅閾値を達成するために、各信号の電圧ゲインを個別に調整して、患者の信号の分離と理解を容易にします。繰り返し、患者に補力の力学を説明し、わずかな筋肉収縮は、信号の共活性化を避けるために筋力よりも好まれるべきであることを説明する。コンピュータ画面上のEMG信号を観察し、特定の動きを試みるときに2つの信号が同時活性化されることを患者に説明します。各EMG信号が特定の補間作用にリンクされているため、1つの特定のアクションの試み中に2つの信号を同時活性化してはならないこと、したがって共活性化されたシグナルが患者が望む行動をもたらさないことを患者に指示する。患者に対して、わずかに異なる動きを試み、信号分離に関してどの正確な動きパターンが最適かを観察するよう指示する。適切な信号が特定されたら、患者にこれらの運動を行う練習をトレーニングセッションあたり30分以下にするよう促す。トレーニングの開始時に完全な信号分離はありそうもないが、繰り返しの数が多いほど改善し、わずかな収縮を行うときに信号分離が最初に容易になるかもしれないことを患者に指示する。信号の一貫性が向上するにつれて、患者に対して、筋肉とそのシグナルをさらに強化するために、より高い信号振幅を生成するように指示する。一貫したEMG信号分離と確実な制御が達成されたら、対応するEMGソフトウェアに接続された卓上の補座を取り付け、患者の腕に電極を置いてEMG活性を機械的補間機能に直接変換します。直接制御を行う筋電補体は、1つの電極の入力を使用して一度に1つの義足の動きを制御することを患者に知らせます。移動速度の比例制御を持つ装置を使用する場合、コンピュータ画面上の信号の外観と義足運動の速度と強さとの相関関係について患者に指示する。次に、患者に共収縮を練習させ、患者がコンピュータ画面上のEMG信号を観察し、両方の信号が同時にピークに達することが重要であることを説明させる。補生装置が動かない場合、患者は両方の信号が同時にピークに達すると共収縮を正しく行っている。患者が卓上の補間の制御を習得した場合、患者に個別に合わせられ、障害のある四肢の上または下に取り付けられるハイブリッド義肢の概念を導入する。ハイブリッド補生継ぎは、選択切断前のリハビリテーション中の追加トレーニングに使用できます。処置を行う前に、患者に計画された切断に関する未解決の質問があるかどうかを尋ね、切断前にいつでもこの決定を取り消すことは可能であり、不可逆的で人生を変える手術をもたらすことが可能であることを明確に伝えます。次に、結果をビデオ撮影しながら機能のない手を使用して上肢機能の標準化された評価を行います。術後創傷治癒の4〜6週間後、電気配置のための最良のホットスポットを決定し、整形外科の技術者が以前に定義されたEMG電極位置を使用して最終的な義足ソケットを設計した実証したように、患者にEMG信号を練習してもらいます。補語の準備ができたら、患者に補間装置がサポートされている方法で簡単な義足の動きを練習してもらいます。肘が交互に屈曲して伸びるなど、異なる腕の位置で単純な義足の動きに移り、小さな箱を拾い、小さなオブジェクトを操作するなどの簡単な把握タスクを続けます。最後に、患者は、むしろ単純なタスクから始まり、ゆっくりと患者が自分の特定の生活状況に関連すると考えるタスクに複雑さを追加する日常生活の活動を行う患者の練習を持っています。補間フィッティングの3ヶ月後、義肢の手を用いて上肢機能の標準化された評価を繰り返し、結果のビデオを記録する。本研究では、表面EMGバイオフィードバックを用いた実証されたリハビリテーションプロトコルが、複数の神経根の外傷を含む重度の腕神経叢損傷を有する6人の患者に正常に実施された。各患者の治療セッション数と詳細な結果は、表で観察することができます。この評価では、前腕のボラー面の電極は、患者が赤い波によって示されるように手を閉じようとしたときにEMG活性を感知した。この患者における信号分離は、前腕の後方面に配置された第2電極からの信号が青色波で示される閾値に達しなくて満足している。そして、患者が手を開けることを考えると、第2の信号の振幅は青い波で示される閾値を超え、第1電極からの信号は赤い波で示されるようにほとんど不活性のままでした。重度の腕神経叢損傷を有する患者の上肢の筋肉への神経入力は非常にまばらである。そのため、さまざまなモータコマンドと電極の精度をテストする必要があります。患者のモチベーションをさらに高め、長期的なリハビリテーションプロセス中のトレーニングとの関わりを高めるために、表面EMGバイオフィードバックをゲームベースの介入に組み込むことができます。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Reproducible Mouse Sciatic Nerve Crush and Subsequent Assessment of Regeneration by Whole Mount Muscle Analysis

ホールマウントマッスル分析による再現性のあるマウスの坐骨神経クラッシュと再生のその後の評価

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative ...

Antibody Transfection into Neurons as a Tool to Study Disease Pathogenesis

疾患の病因を研究するツールとしてのニューロンへの抗体のトランスフェクション

Antibodies provide the ability to gain novel insight into various events taking place in living systems.  The ability to produce highly specific ...

A Visual Description of the Dissection of the Cerebral Surface Vasculature and Associated Meninges and the Choroid Plexus from Rat Brain

ラットの脳から脳表面血管系および関連髄膜の解剖と脈絡叢のビジュアル解説

This video presentation was created to show a method of harvesting the two most important highly vascular structures, not residing within the brain ...

Real-Time Impedance-based Cell Analyzer as a Tool to Delineate Molecular Pathways Involved in Neurotoxicity and Neuroprotection in a Neuronal Cell Line

リアルタイム神経細胞株に神経毒性および神経保護に関与する分子経路を描写するツールとしてのインピーダンスベースの細胞分析装置

Many brain-related disorders have neuronal cell death involved in their pathophysiology. Improved in vitro models to study neuroprotective or neurotoxic ...

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

脳卒中後のバランスリハビリテーションのための神経筋電気刺激システムで低コストのセンサーを統合ヒューマンマシンインターフェース

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

Dorsal Root Ganglion Injection and Dorsal Root Crush Injury as a Model for Sensory Axon Regeneration

後根神経節インジェクションおよび後根感覚軸索再生のためのモデルとして傷害をつぶします

Achieving axon regeneration after nervous system injury is a challenging task. As different parts of the central nervous system (CNS) differ from each ...

Anatomically Inspired Three-dimensional Micro-tissue Engineered Neural Networks for Nervous System Reconstruction, Modulation, and Modeling

神経系の再構築、変調、モデリングのための解剖学的にインスパイアされた3次元マイクロ組織工学ニューラルネットワーク

Functional recovery rarely occurs&#160;following injury or disease-induced degeneration within the central nervous system (CNS)&#160;due to the inhibitory ...

Neurobehavioral Assessments in a Mouse Model of Neonatal Hypoxic-ischemic Brain Injury

新生児低酸素性虚血性脳損傷のマウス モデルにおける神経行動学的評価

We performed unilateral carotid artery occlusion on CD-1 mice to create a neonatal hypoxic-ischemic (HI) model and investigated the effects of neonatal HI ...

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

脊髄とトレッドミル上のアクティビティ ベースのトレーニング負傷 Wistar ラット

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...

A Bedside, Single Burr Hole Approach to Multimodality Monitoring in Severe Brain Injury

集学的治療の深刻な脳損傷の監視にベッドサイド、単一のバリの穴のアプローチ

Intracranial pressure (ICP) monitoring is a cornerstone of the intensive care management of patients with severe acute brain injuries, including traumatic ...