Selektive Nerventransfers zur verbesserten Steuerung myoelektrischer Armprothesen

Zusammenfassung

Die Bewegung myoelektrischer Armprothesen erfolgt bis dato über 2 transkutane Elektroden, welche über zwei getrennt innervierte Muskelgruppen angesteuert werden. Die verschiedenen Steuerungsebenen werden durch Kokontraktionen dieser Muskeln angewählt und in der jeweiligen Ebene mit denselben Muskeln linear gesteuert. Ein harmonischer, dem natürlichen Bewegungsmuster entsprechender Bewegungsablauf ist mit diesem Steuerungsmechanismus nicht möglich. Eine wesentliche Verbesserung wäre eine Ansteuerung der einzelnen Bewegungsebenen mit Signalen, welche neuronal mit dem natürlichen Bewegungsablauf übereinstimmen. Technisch sind Prothesen mit 6 Steuerungsebenen seit Kurzem realisiert. Ziel ist es, die wesentlichen Armnerven wie N. musculocutaneus, N. radialis, N. medianus und N. ulnaris aus dem proximalen Armnervengeflecht herauszulösen und an verbliebene Nervenäste von stammnahen Muskeln zu transferieren, um so sinnvolle neuromuskuläre Einheiten zu schaffen, die als Impulsgeber für eine myoelektrische Prothese dienen können. Als Zielmuskeln würden sich hier vor allem der M. pectoralis major/minor beziehungsweise M. latissimus dorsi anbieten. Diese Muskeln würden schließlich entsprechend der Aktivität der Spendernerven anspannen und über transkutane Elektroden die Prothese steuern. Auf diese Weise ist eine harmonische, intuitive dem natürlichen Bewegungsmuster entsprechende Steuerung gewährleistet, ohne dass der Patient ständig zwischen den verschiedenen Steuerungsebenen wechseln muss. Voraussetzung sind intakte proximale Muskelgruppen und weitgehend intaktes proximales Armnervengeflecht mit der Möglichkeit, Spendernerven entsprechend topografisch-anatomisch isolieren zu können. Diesbezüglich ist eine präoperative MRT-Untersuchung, hochauflösender Ultraschall und bilanzierende NLG und EMG des verbliebenen Armnervengeflechtes notwendig. In der präoperativen Planungsphase als auch in der postoperativen Verlaufskontrolle ist gemeinsam mit der Innovationsabteilung der Fa. Otto Bock ein detailliertes Prozedere ausgearbeitet worden, um möglichst sinnvolle Schaltebenen zu schaffen, die Elektrodenpositionierung zu optimieren und auch die Prothesenanbindung zu klären. Schließlich ist ein komplexes Rehabilitationsprogramm notwendig, um dem Patienten ein optimales Ergebnis zu ermöglichen.

Abstract

To date, the movement of myoelectrical arm prostheses proceeds via two transcutaneous electrodes that are controlled by two separately innervated muscle groups. The various control levels are chosen by co-contractions of these muscles and the respective level is linearly controlled by the same muscles. A harmonious course of movement as in the corresponding natural pattern of motion is not possible in this way. An appreciable improvement would be given by the control of the individual movement levels by signals that correspond neuronally with the natural pattern of motion. Just recently, prostheses with six control levels have been realised technically. The objective is to separate the major arm nerves, such as the musculocutaneous nerve, radial nerve, median nerve and ulnar nerve, from the proximal arm nerve plexus and to transfer them to the residual nerve branches of muscles near the stem in order to create meaningful neuromuscular units that can serve as impulse sources for myoelectrical prosthesis. As target muscles, above all, one can consider the major/minor pectoral muscles or, respectively, the latissimus muscle. According to the activity of the donor nerves, these muscles would contract and control the prosthesis via transcutaneous electrode. In this way, a harmonious control corresponding intuitively to the natural pattern of movement would be possible without the necessity for the patient to continuously switch between the various control levels. Prerequisites for this are intact proximal muscle groups and a more or less intact arm nerve plexus with the possibility to isolate donor nerves according to the topographic-anatomic situation. For this reason, a preoperative MRI examination, a high resolution sonographic study and balancing NLG and EMG of the residual nerve plexus are necessary. For the preoperative planning phase as well as for the postoperative follow-up, a detailed procedure has been established, in cooperation with the innovation department of the Otto Bock company, to create the most meaningful switch levels, to optimise electrode placement as well as to clarify prosthesis incorporation. Finally, a complex rehabilitation programme is necessary for the patient to achieve an optimal result.

selektive Nerventransfers - myoelektrische Armprothesen - Steuerungsmechanismen

selective nerve transfers - myoelectric arm prosthetics - control mechanisms

Literatur

• 1 Aszmann O C, Muse V, Dellon A L. Evidence of collateral sprouting after sensory nerve resection.  Ann Plast Surg. 1996;  37 520-525
• 2 Aszmann O C, Rab M, Kamolz L P, Frey M. The anatomy of the pectoral nerves and their significance in brachial plexus reconstruction.  J Hand Surg [Am]. 2000;  25 942-947
• 3 Hijjawi J B, Kuiken T A, Lipschutz R D, Miller L A, Stubblefield K A, Dumanian G A. Improved myoelectric prosthesis control accomplished using multiple nerve transfers.  Plast Reconstr Surg. 2006;  118 1573-1578
• 4 Kuiken T A, Lowery M M, Stoykov N S. The effect of subcutaneous fat on myoelectric signal amplitude and cross talk.  Prosthet Orthot Int. 2003;  27 48-54
• 5 Kuiken T A, Dumanian G A, Lipschutz R D, Miller L A, Stubblefield K A. The use of targeted muscle reinnervation for improved myoelectric prosthesis control in a bilateral shoulder disarticulation amputee.  Prosthet Orthot Int. 2004;  28 245-253