神経刺激による完全四肢麻痺患者の効果的な機能的な手の動きの活性化

Scientific Reports volume 12、記事番号: 16189 (2022) この記事を引用

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35 オルトメトリック

メトリクスの詳細

完全に頸髄損傷を負った人は、上肢に永久的な麻痺が残り、日常生活のほとんどの活動ができなくなります。私たちは手の運動機能を回復するための神経補綴ソリューションを開発しました。 2つの神経上電極による橈骨神経と正中神経の電気刺激により、麻痺した手の機能的な動きが可能になりました。我々は、完全四肢麻痺の 2 人の参加者を対象に、多接点神経上電極のアクティブ接点全体に電流を最適に拡散することで神経束を選択的に刺激すると、機能的で強力な把握動作が誘発され、この動作は移植後 28 日間にわたって安定した状態を維持できることを実証しました。また、参加者が自発的な動作によって制御される直観的なインターフェースを使用して麻痺した手足の動きの活性化を引き起こすことができ、缶を持つことやストローで飲むなどの有用な機能的な動作を実行できることも示しました。

西ヨーロッパと米国における脊髄損傷（SCI）の発生率は、それぞれ 100 万件あたり 16 件と 40 件と推定されています1。脊髄損傷は、患者の健康、自律性、生活の質に壊滅的な影響を与える可能性があります。技術的補助具（例：電動車椅子、装具、医療用電動ベッド、トランスファーボード、ホームオートメーションなど）は四肢麻痺患者にある程度の自立を回復させることができますが、患者が表明する機能回復の優先事項は依然として上肢機能の回復です2、3。 4、5、6。実際、日常生活の活動のほとんどは手の動きを介して行われているため、前腕、手、手首の活発な運動能力を回復すると、自律性が高まり、生活の質が向上します。脊髄修復の解決策がないため、今日では部分的な答えしか得られません。したがって、我々は、選択的神経刺激に基づく画期的なイノベーションを提案しました。これは、正中神経に 1 つの電極と橈骨神経に 1 つの電極だけを使用して相乗的な手の動きを誘発する、これまでのところ最初のものです。実際、他のアプローチでは、部分的な解決策、またははるかに面倒な解決策が提供されます。機能的手術が一般的に使用されています 7,8 が、最近では、手の自発的制御を取り戻すために麻痺した筋肉に神経を再刺激する神経伝達が試みられています 9,10。ただし、どちらの方法でも、自発的な制御下にある十分な数の筋肉または神経が必要です。移植された筋肉と残りの主動筋は、効果的な回復を確実にするのに十分な強さでなければなりません11,12。したがって、四肢麻痺患者の一部は従来の機能手術を受けることができません。代替案は、機能的電気刺激 (FES) または装具に基づいた技術的補助具を使用することです13。

病変下の麻痺した筋肉が無傷の運動ニューロンによって依然として神経支配されている限り、埋め込み型または体外型にかかわらず、FES を単独で効果的に使用することができます 14。手の動きを回復するための FES の最初の応用例の 1 つは、1954 年に Catton と Backhouse によって報告されました。その後、FES は 1963 年には高度四肢麻痺患者の把握運動の回復に使用されました 15,16,17。これらのデバイスは筋肉内電極または筋外膜電極を使用しており、ターゲットの動きに関与する筋肉ごとに 1 つの電極が必要でした。非侵襲性表面FESも手の動きを提供できますが、深部の筋肉または親指専用の筋肉（たとえば、短幅広転筋外転筋）へのアクセスが制限されます。再校正なしで信頼性の高い機能的な動作を実現するには、表面電極を日々正確に配置する必要があります。最後に、表面電極の配置は皮膚の相対的な動きの影響を受けます。これらの問題を部分的に克服するために、電極を衣服に固定することが提案されました14。しかし、外部 FES デバイスのほとんどは、衣服の剛性、パーソナライゼーションの欠如、または不完全または手首制御によるグループへの制限により、大規模には使用できませんでした18。したがって、これらの装置は、ごく最近のレビューで報告されているように、新しい装置を使用することなく、むしろリハビリテーションと強化に使用されます 14。表面電極アレイ 20、21 は、より柔軟で大規模な一連の機能的動作を提供できますが、熟練した理学療法士の監督下での日々の校正が必要なため、現在の形式では明らかに研究室での使用に限定されています。 Ajiboye et al.22 も豊富な一連の動きを提供しましたが、侵襲性の高い経皮電極セット (#36) を使用しており、幅広い臨床実践に応用することはほとんどできませんでした。体外装置または経皮装置はいずれも、許容性、安全性、効率の点で非常に限られているため、たとえ豊富な動作レパートリーを実現できたとしても、患者が日常生活の中で使用することはありません。提案され、広く使用され成功した唯一のデバイスは FreeHand® でした。250 人を超える患者 23 がこの装置の移植に成功し、明らかな利点があり、手の動きを回復するためのこのような技術的ソリューションの興味深いことが証明されました 24。さまざまな手の作業を活性化するために、最大 12 個の筋肉電極が埋め込まれています。研究バージョンでは、いくつかの筋肉電極を単一の神経用 4 接点電極に置き換えることが試みられました 25。予定された手術内の術中急性検査では、異なる電極接点の単極スキャンに基づいたアプローチが採用されたため、選択性に関する結果は限られたままでした。同じチームは、上肢全体のより多くの動きを活性化するために神経上電極を使用することを 2 人の患者に試みました。実際、6 個の神経上電極が筋肉内電極 (患者 1 では 14 個、患者 2 では 15 個) に追加され、2 個の埋め込み型パルス発生器を使用する非常に面倒なセットアップになりました 26。しかし、彼らはさらに、神経上電極を使用した単純化されたステアリング電流パラダイムをテストし、筋肉内刺激と比較して安定性と選択性の向上を示しました27。

さらなるステップは、限られた数の神経上電極を介して筋肉群を活性化することである。選択的多接触神経刺激には、限られた数の電極を介して多数の筋肉を活性化できるという利点があり、その一方で必要なエネルギーは筋外膜刺激や筋肉内刺激よりもはるかに少なく、表面刺激に比べてはるかに少ないです。

人間の臨床試験では、手の動きを回復するためのこのアプローチの実現可能性がすでに実証されています 25,28 が、多部位の神経筋刺激を組み合わせるため、設定が非常に複雑であり、したがって元の FreeHand システムと同じ利点はありません。神経刺激の効果が限られているのは、使用する電極の選択性が限られていることと、刺激パラダイムの単純さの両方によるものです。つまり、電極から離れたグローバル基準を持つ 4 つの接点があり、刺激中に 4 つの接点のうち 1 つだけが使用されます。より複雑なマルチコンタクト電極、つまり FINE29、30 および TIME31、32 電極が人間の上肢で使用され、成功しています。ごく最近、霊長類で TIME 電極を使用して微細な手の動きが得られることが明らかになり、ヒトではまだ証明されていない有望な代替手段につながりました 33。しかし、刺激パラダイムは、グローバルグラウンドに向けて単一のアクティブコンタクトが使用される双極性のような刺激に限定されたままでした。

以前の理論的研究および前臨床研究 34 で、我々は、多接触神経上電極極全体にわたる最適化された複雑な電流分布が、標的神経内でのより高い選択性をもたらすことを示した。したがって、我々は、予定された手術中に四肢麻痺のある 8 人の被験者の正中神経または橈骨神経を刺激することにより術中セッションを実施した試験 35 で、このアプローチを人間の前腕に適用することに成功しました。我々は、ほとんどの被験者において屈筋または伸筋（指、手首、親指）の単独の筋収縮を得ることが可能であることを実証しました。また、キーグリップ、フックグリップ、および手のひらグリップを生成するために使用できる複合動作も取得しました。ただし、患者は全身麻酔下にあり、各手術で評価された神経は 1 本だけでした。さらに、必要な時間を制限するために、強度のスキャンは粗いステップで事前定義された値に制限されました。これにより、刺激パラメータの詳細な探索が妨げられました。

今回の研究は、短期臨床試験を通じてさらに一歩進んだものです。完全四肢麻痺の参加者 2 名を対象に、直感的なユーザーコントロールインターフェイスに関連付けられた 2 つの多接触型神経上電極カフのみで、参加者が自律的に活動を開始できることを初めて示しました。機能的な把握。これらの暫定結果は、約 3 週間でパフォーマンスが得られたため、さらに心強いものです。

両方の参加者は完全な C4 AIS A 四肢麻痺を患っていました。全身麻酔下での手術中に、2 つの多接触型自動調整神経上電極 (CorTeC Gmbh、フライブルク、ドイツ) が肘の上の標的神経の周りに巻き付けられました。電極は 2 つの外側リングと、等間隔の接点で構成される中央リングで構成されています (「材料」セクションを参照)。電極の直径に応じて、最大 6 (橈骨神経) または 9 (中央直径) の中心接点が利用可能です。電極の直径は自動調整されるため、神経の実際の直径に応じて、巻きは多かれ少なかれ大きくなります。神経の直径を考慮すると、両方の患者にとって、有用な接触の数は最終的に正中神経で 8 つ、橈骨神経で 6 つに制限されました。この独自の電極設計は、当社の以前の前臨床研究およびシミュレーション研究に基づいています 34,36。

各参加者は、28 日間、週に 3 回の実験セッションを追跡しました。最初のセッションは電極構成と刺激パラメータの調整に専念し、2 番目のセッションはユーザーインターフェイスの調整に専念し、最後のセッションは最適化されたセットアップの機能テストに重点を置きました。グリップに求められる動きはキーグリップ、親指による手のひらグリップ、手の開きでした。使用した選択構成に関して、次の 3 つの異なる電流分布をテストしました: (1) カソードとしての中央コンタクトとアノードとしての 2 つのリングで構成される三極縦方向 (TLR) 構成、(2) 3 番目のアノードを使用したステアリング電流 (STR) (3) 選択されたカソードの両側の TLR に 2 つのアノードが追加された横トリポーラ (TTR)。以前の研究 35,36 では、陰極下の活性化の焦点領域が TLR で最大で、TTR で最小であることが証明されています。 STR は中間の焦点を提供します。補足資料の「電極の構成」セクションに詳細な手順が記載されています。

選択性の探索は、陰極接触と構成を変更しながら、取得された動きに対する筋肉の反応を探索することから構成されます。この検索は、表面筋電図を使用して実行される評価によって完了します。実際、等尺性条件で強度を変化させてリクルート曲線が得られます。結果として生じる M 波により、これらの反応を客観的に定量化することができます。正中神経は主に前腕と手の屈筋を支配します。表面筋電図電極は、手首の屈曲を担う橈骨手根屈筋（FCR）、前腕と手首の回内を担う円回内筋（PT）、指（親指を除く）を担う浅指屈筋（FDS）に配置されました。）屈曲、親指の屈曲を担う長母指屈筋（FPL）、および親指の外転を担う短母指外転筋（APB）。橈骨神経は、主に伸筋である腕と前腕の筋肉に運動神経支配を提供します。表面筋電図電極は、手首の伸展を担う橈側手根伸筋（ECR）、親指の伸展を担う長母指伸筋（EPL）、および指の伸展を担う総指伸筋（EDC）に配置されました。

大きな可能性のセットを考慮すると、正中神経の場合、3 つの構成で 8 つの接触があり、強度、パルス幅、最終的には周波数を変更しながら 24 セッションが行われることになるため、より適切なものを選択するために構成を分類する必要がありました。それぞれの希望の動きに合わせて。選択肢は 2 つありました: (i) 低い電流強度を使用して、限られた強度で個別の筋収縮を活性化し、これらの個別の活性化を組み合わせる、(ii) 全体的な機能的動作を生み出す相乗的な筋活性化を誘発する構成を選択する。最初のアプローチが当初想定されていたとしても、最適な構成を実現するには 2 番目のアプローチが唯一の実行可能な方法でした。把握動作では、手首の屈曲/回内を避けるために FDS/FPL/APB 収縮を優先しようとしたため、固定パルス幅 (150 μs) と固定周波数 ( 24Hz）。この検索は、第 1 週と第 2 週の 3 日間、1 日 1 回実行されました。次に、PT の収縮を制限しながら、ターゲットとなる 3 つの筋肉のより強力な収縮をさらに得るために、このサブグループで STR、次に TTR で改良を研究しました (補足資料「電極の構成」セクション)。同じアプローチが橈骨神経にも使用されました。次に、使用する構成を固定し、必要に応じて強度のみを調整しました。

この半経験的な調査は、刺激の実際の結果に基づいて、最高の強度と最低の手首の屈曲/回内を伴う最良の機能的なキーグリップまたは掌グリップを誘発する構成とそれに関連する電流の選択を最終的に決定し、その後評価されました。。各患者に関して、望ましい機能的動作を生成するために選択された構成は次のとおりです。

正中神経TLR1の参加者P1は、PTおよび弱いFCRなしで掌握力を誘発した。 TLR7 は、FCR なしでキーグリップと弱い PT を誘発しました。橈骨神経の場合、TLR2 は手首を伸ばして手を完全に開くためにすべての筋肉の収縮を誘発しました。

正中神経の参加者 P2 は、TLR1 が手掌グリップを誘発し、STR5 がキーグリップを誘発しました。橈骨神経の場合、STR2 は手首を伸ばして手を完全に開くことを誘発しました。

参加者の追跡調査の最後の週に得られた詳細な正規化された動員曲線に基づいて、必要な強度の振幅と組み合わせた、監視対象の筋肉間の動員順序を表す動員順序指数 (IRO、「方法」セクションを参照) を計算しました。それぞれ (0.1 および 0.7) について所定のしきい値に達するまで 34,37。この指標は電極構成と目標閾値に関連しており、患者あたり 12 の数値になります (図 1)。各構成 (TLR、STR、TTR) ごとに、IRO は 0 (しきい値に到達しない) から 1 (最低の電流強度でしきい値に到達する) まで変化します。これは、正中神経反応と橈骨神経反応に対して計算されました。

3 つの構成 (TLR、STR、TTR) および 2 つの動員レベル (0.1 および 0.7) の筋肉の IRO。上から下: P1、P2 正中神経 - P1、P2 橈骨神経 - Imin 値。 1 つの色付きポリゴンの各頂点は、考慮されている筋肉の選択された陰極の IRO 値に対応します。ポリゴンの表面が小さいほど、それぞれ 0.1 のリクルートレベルを得るために必要な電流は高くなります。 0.7です。円のエッジ上の頂点は、所定のレベルのリクルートメントを得るために、この構成の最小電流振幅である Imin が必要であることを意味し、中心に結び付けられた頂点は、リクルートメントのレベルが得られないことを意味します。その中間で、半径に沿って、所定のレベルのリクルートメントの強度が増加する一連の活性化が端から中心まで見られます。

IRO の図は、考慮された電極構成について、さまざまな筋肉の活性化の選択性と相乗的順序に関する情報を提供します。リクルートレベル 0.1 は弱い収縮をターゲットにし、リクルートレベル 0.7 は強い機能的収縮をターゲットとします 37。結果は次のことを示しています。

TLR => STR => TTR の違い: 図は、選択性が TLR から TTR に増加する (ポリゴンの重なりが少なくなる) ことを確認します。さらに、シミュレーションで実証されているように、強度（Imin）はTTRの方が高くなります（補足図4、図1）。選択された陰極内では、追加の筋肉を活性化するための強度の増加が増加します。これは、TTR（またはTLR）が筋肉の活性化間の最高（または最低）の区別を与えることを意味します（補足図7）。これは、より選択的な構成を使用すると強度が増加するときに、より深い領域で活性化された神経の領域の広がりが小さくなるためです36。

最初に活性化された筋肉: 筋肉のサブグループの選択的刺激は、接触全体に一貫した分布で可能です。たとえば、リクルートメントと TLR のレベルが 0.7 の場合、特定の筋肉は主に一連の隣接する接触によって活性化されます。

正中神経の場合、P1、FDS (接点 1 ～ 2) PT (接点 4)、APB (接点 5 ～ 6) FPL (接点 7 ～ 8)

P1 EPL (コンタクト 3)、ECR コンタクト (5 ～ 6) の橈骨神経の場合

P2 FDS (接点 7-8-1)、APB (接点 3-4-5) の正中神経の場合

P2用橈骨神経用 EDC(接点5) EPL(接点6)

正中線の場合、手首の屈曲や回内などの不要な動きを制限しながら、さまざまな屈曲シーケンスを選択し、把握の種類を選択することができます。橈骨神経の場合、P1 では接触 5 または 6 を使用して手首の純粋な伸展が得られることに注目するのは興味深いですが、結果はそれほど選択的ではありません。ただし、後続の筋肉の活性化の順序は異なり、さまざまなタイプの筋肉の活性化が可能になります。個々の筋肉の正確な活動を必要とせずに開くことができます。図 1 では、特定の構成での特定の接触について、末梢 (最初に活性化された筋肉) から中心 (最後に活性化された筋肉) までの活性化のシーケンスを確認できます。正中神経について経験的に得られた結果と比較すると、詳細なシーケンスが得られます。

参加者 P1: TLR1 (採用順序 FDS > FPL > APB > FCR > PT (0.1) FDS > FPL (0.7)。 TLR7 (採用順序 FPL > FDS > PT > APB > FCR で 0.1 FPL > APB で 0.7)、両方のケースおよび低採用レベルと高採用レベルで弱い PT 収縮がさらに確認されました。

参加者 P2: TLR1 (採用順序 FDS > FCR > FPL > APB at 0.1 FDS at 0.7)、STR5 (採用順序 FCR > APB > FDS > FPL at 0.1 APB > FCR > FPL at 0.7)。

これにより、陰極の選択により、選択した陰極と筋群に対応する束との間の近接性に関連付けられた活性化された筋肉の順序を選択することができます（補足図5、7）。図 1 (Imin 値) は、参加者 P1 は、両方の神経およびすべての構成において、参加者 P2 よりも Imin 値の変動が小さく、0.1 に達し、その後 0.7 に達することを示しています。さらに、目標とするリクルートレベル（0.1 または 0.7）では、Imin 値は一貫して内側接触筋の同じペアに関連付けられます（P2 の 2 つの TLR IRO を除く、図 1）: P1 中央値 (0.1 => 7/FPL) 、0.7 => 4/PT)、P2-中央値 (0.1 => 1/FDS、0.7 => 5/APB)、P1-ラジアル (0.1 => 2/ECR、0.7 => 3/EPL)、P2-ラジアル(0.1 => 2/ECR、0.7 => 3/ECR)。最後に、Imin 値は橈骨神経の方が低くなります。

表 1 は、個々の筋肉収縮のレベルが患者および神経の選択性に大きく依存することを示しています。実際、効率的で機能的な動きを得るには、生体力学的条件 (筋力、関節の硬さ、安静位置) によって、一般的な手の生体力学を考慮して先験的に設定することのできない、非常に異なる刺激の調整が必要になります。

図 2 に示したリクルートメント曲線から、いくつかの興味深い観察結果が得られます。リクルートの順序は強度に依存するため、任意のしきい値 (0.1) に基づく連続的なリクルートは単なる指標にすぎません。たとえば、正中神経の P2 では、強度が増加するにつれて筋肉間の動員の相対的なレベルが変化し、異なる動員順序が生じます。STR5 では、FCR が最初に動員される筋肉ですが、APB が最も高いプラトーを上昇させます (0.81)。。これは、望ましい結果と構成/連絡先/採用レベルの間に固有の関係を確立できないため、採用曲線のみに基づいて構成と連絡先を客観的に選択することはほとんど不可能であることを意味します。

機能的動作を誘発する 3 つの選択された構成のリクルートメント曲線: 参加者 P1: 手の開き方 (橈骨神経) の TLR2、掌握力の TLR1、キーグリップ (正中神経) の TLR7。参加者 P2: STR2 は手の開き方 (橈骨神経)、TLR1 は手のひらグリップ、STR5 はキーグリップ (正中神経) です。緑色の領域は、同様の筋肉の相乗効果を維持しながら力を調整できる、使用可能な強度設定の範囲を示しています。

上で説明したように、リクルート曲線は機能的結果を説明するには十分ではありません。実際、グリップ機能は、操作されるオブジェクトに関してのみ意味を持ちます。手と物体との間の相互作用により、把握機能を客観化することが可能になります。したがって、物体を掴んで動かすためには、指と手首の伸長を把握する物体の体積に適合させ、指と手首の屈曲を物体の体積と重量に適合させる必要があります。

選択された刺激構成に対応する Leap Motion で取得されたビデオ録画と運動学的データが処理され、図 1 と図 2 に合成されました。得られた動きを図３および図４に示す。選択された構成と強度により、効率的かつ広く手を開くことができ、患者が物体を掴んで最終的に放す前に物体に近づくことができるようになりました。開ける動作の質は、指と親指が十分に伸びて、直径 70 mm の缶などの物体に近づき、それを取り囲むかどうかによって評価できます。物体のサイズに応じて、電流強度を増加させることで伸長の振幅を調整できます。選択された例 (図 3) では、参加者 P1 は手首装具と親指の添え木を着用していましたが、参加者 P2 は親指の添え木のみを着用していました。リストブレースは、指の屈筋を活性化しながら、手首を適切な位置、つまり背屈に保ちました（図3）。

手を開く運動学データ。左: 参加者 P1 - 橈骨神経刺激 TLR2 (リストブレース + 親指の副木)。右: 参加者 P2 - 橈骨神経刺激 STR2 (親指の副子)。 Leap Motion データに基づくビデオスナップショットと姿勢再構築。図は 5 つの角度の偏位を表しています。

親指とキーグリップによる掌掌グリップの運動学データ。上: 参加者 P1 (左: 構成 TLR1、右: 構成 TLR7)。中央: 参加者 P2 (左: 構成 TLR1、右: 構成 STR5)。 Leap Motion データに基づくビデオスナップショットと姿勢再構築。図は 5 つの角度の偏位を表しています。下: P1 および P2 の Palmar (計装缶) および Key グリップ (計装タブレット) に対して記録された法線力 (条件ごとに 3 回の試行)。

把握動作は、Leap Motion デバイスによって提供されるデータと対応するビデオによって評価されました。初期姿勢の重要性を強調する必要があります。初期の関節角度に応じて、刺激パターンを適用すると、最終的な姿勢が異なります。したがって、手首を自然な安静姿勢から始めるために、参加者にリストブレースを装着しました。図 4 では、2 人の参加者によって取得された 2 つの主な把握姿勢が説明されています。親指によるいわゆる手のひらグリップは、親指を指の上に置いた状態での指の屈曲に相当します。キーグリップでは、親指の腹が人差し指の第 2 節骨の橈骨端に当てられます。物体の操作を伴う機能テストでは、手を閉じる前に手を開き、物体が指の経路を制限しました。

物体との相互作用がなければ、掴みの質を予測することは困難です。したがって、評価は、指によって加えられる接触力を推定できるように機器を備えたオブジェクトを使用してさらに完了しました。バー (チョコレートバーと同様の厚さ) をキーグリップとして使用し、缶 (ソーダ缶と同様のサイズ) を掌グリップとして使用しました (「方法」セクションを参照)。刺激によって誘発された力は、時間の経過とともに物体をしっかりと維持するのに十分でした。力は 3 回の平均試行にわたって計算されます。

表 2 は、活動化されるはずのない小指 (ただし機械的に拘束されている) と、手のひらグリップよりもキーグリップの方が大きく屈曲している親指を除いて、特定の患者で同様の位置が得られるため、オブジェクトのない運動学を解釈するのが非常に難しいことを示しています。。採用レベルに関しては、FDS 採用は手のひらグリップでより高いのに対し、FPL 採用はキーグリップでより高くなります。 APBの補充は、生み出される力に関しては逆効果であるように見え、獲得された把握とは関連していません。

28 日間の試験を通じて、機能的結果を評価するために、さまざまな物体を使用して多数の把握タスクが達成されました。図 5 では、実現された最も代表的なタスク、つまりチョコレートバー (250 g) のピックアンドプレイス、食べ物の摂取を伴うフォーク、線の描画を伴うペン、0.5 リットルのボトル (500 g) の操作とストローでの飲用、 330ml缶(330g)操作。事前にプログラムされた 3 つの刺激構成のトリガーを制御するには: (1) 手を開く (物体に近づくか解放する)、(2) 親指で掌指を握る、(3) キーを握る。「方法」セクション）、参加者 P1 は広頚筋と僧帽筋上部の随意収縮を使用し、参加者 P2 は 2 つの後頭ボタンを使用しました。

さまざまな把握パフォーマンスを示すビデオスナップショット。左: 参加者 P1。右: 参加者 P2。

結果は、値の範囲が同じ桁であるにもかかわらず、個々の設定が完全に異なることを示しています。これは、テクノロジーが一般的な仕様を持つことができますが、パーソナライズする必要があることを意味します。選択された接触、構成、および使用される強度範囲は、この変動性を反映しています。参加者の生体力学的条件が大幅に異なるため、得られる動き（手首の位置、力）も大きく異なりますが、機能的な結果は同様であり、機能的なタスクが最終的なものであることを示しているため、考慮すべき重要な評価となります。

それどころか、個人内の変動は非常に低く、埋め込み技術の関心がさらに裏付けられています。最適な設定 (TLR 対 STR 対 TTR) はブラインド評価の最初の段階では変化せず、刺激設定は時間が経過しても同じままでした。周波数、パルス幅は決して変更されず、強度は 1 ステップ以内でわずかに調整されました。上下 (± 20 µA)。これは、セッション間で設定が同じままであり、安定した筋肉の反応と選択性を示していることを意味します。これらの結果は、時間の経過とともに非常に安定したインピーダンス測定値としきい値によって維持されます（補足図3、4）。筋肉については、非常に低い電流強度閾値（正中神経 P1 260 μA (± 62 μA)、P2 184 μA (± 33 μA)、橈骨神経 P1 80 μA (± 0 μA)、P2 100 μA (± 20 μA)）が得られました。活性化（すべての構成にわたって各筋肉について得られた最低閾値）。この値は文献 25,27 で報告されている閾値と同様ですが、我々自身の以前の臨床試験で得られた閾値よりも低くなります 35。さらに、28 日間の追跡期間中、これらのしきい値の変動はわずかしか観察されませんでした (電流は 1 ステップ、つまり 20 µA を超えません)。また、図２〜図５で説明した６つの機能構成の設定は、以下のとおりである。 3と4は追跡調査され、臨床試験の最後の週に安定したチューニングを示しました（補足図5）。報告されている最先端の値に適合するように刺激装置の特性を凍結していたため、高すぎる強度ステップ (20 μA) を使用する必要があり、より正確な設定とより滑らかなリクルートメント曲線を得ることができませんでした。これはパルス幅変調によって部分的に補正されましたが、より高い分解能は今後のテストに有益となるでしょう。電極を取り外している間、電極接点と神経組織の間に線維化は検出されず 38、自己適応型神経上電極は神経を優しく密接に取り囲んでいました。薄い線維組織が電極全体をカプセル化し、組織にストレスを与えることなく神経への機械的密着性を高めました。これらの高い安定性はそれによって説明されるかもしれません。

最初の貢献は、2 つの神経上多接触カフ電極のみを使用して、28 日間の植込み中に手の 3 つの機能的動作を繰り返し生成することに初めて成功したことです。私たちは、主にシミュレーションと理論的な最適化、その後の電極と刺激装置の両方の独自の設計を通じて研究してきた概念を検証しました。実際、完全な C4 脊髄損傷を持つ 2 人の参加者の橈骨神経と正中神経の周囲に 2 つの多接触神経上電極カフが埋め込まれました。電極は 28 日間設置され、その間、参加者は刺激設定パラメーターの調整、操縦インターフェースの調整、機能テストの実行などのさまざまなセッションに参加しました 38。両方の参加者は、自分の自発的な動作（筋肉の収縮または後頭ボタンの活性化）を使用して、手を開く、キーグリップ、および手のひらグリップの 3 つの動作をトリガーすることができました38。参加者はさまざまな物体をつかんで扱いました。両方の握りで生成されるトルクは十分に大きい (> 4 N) ため、日常活動の大部分は安全に実行できます12。

動きの生成に対する 2 番目の重要な貢献は、筋肉の相乗効果、つまり単一のパルスで複数の筋肉を異なるレベルで活性化することの研究を通じて、古典的な筋肉の調整と比較して、そのような神経補綴物を調整する非常に効率的で新しい方法を示したことです。筋肉によって。実際、スキャン構成は、中央値、それぞれの相乗的な動きの検索を探すことと同等です。橈骨神経、本質的に相乗作用のある筋肉を神経支配します。機能的な動作を提供するためにさらに組み合わせる必要がある、高度に選択的な個別の筋肉の活性化を探索することは、はるかに複雑で効率が低いと思われます。

ただし、いくつかの制限も発生しました。まず、表面筋電図には筋肉間のクロストークが含まれることが知られています。私たちの方法では、個別の M 波を抽出できます (補足資料および William et al.39 を参照) が、さらに確認する必要があります。ただし、分類された M 波と個々の筋肉収縮の間の一致は、リクルートメント、ターゲット筋肉上の EMG 電極の位置、および誘発された動きの視覚的検査の間の一貫性によって評価されました。非侵襲的方法としての有線 EMG、または高密度 EMG は、将来の研究で私たちのアプローチを強化するために使用できる可能性があります 40。採用曲線に関しては、時間の経過とともに安定していることをさらに確認する必要があります。選択した構成とリクルートメントの間の関連性を評価するために、プロトコルの最後にそれらを 1 回だけ記録しましたが、設定の安定性は、しきい値、インピーダンス、強度設定を通じてのみチェックされました (補足資料を参照)。

第 2 の制限は、手首装具を使用せずに物体を安定して掴むには不十分な動作が得られたことに関するものです。これは、確実な機能的動作を確保し提供するには、掴む機能を実行する際の手首の伸展が必要であるためです。手首の位置によって、一定の刺激電流によって生成されるトルクが大幅に変化します。これは、手の複雑な生体力学と筋肉の特性、特に力と長さの関係によるものです。さらに、把握を回復するための FES に基づく他のすべてのアプローチと同様に、開ループ刺激を使用しました。これにより、効果的な把握を実現するための調整は、手の手首の姿勢に依存するため、非常に困難になります。私たちはリストブレースでこれらの問題を解決し、手の自然な安静姿勢を可能にし、刺激パラメータの調整を容易にしました。したがって、装具は手首の屈曲をブロックするため、指と親指の屈曲が確実になり、より重要なことに再現可能になります。装具がないと、指の屈曲により手首の屈曲が誘発され、握力の効果がさらに低下する可能性があります。しかし、私たちのアプローチは、副木を必要とせずに共収縮によって手首を安定させるために、選択的な橈骨神経刺激と正中神経刺激による純粋な手首の伸展の組み合わせを可能にします。 P1 を使用したこのような予備テストでは、手首の伸展と指の屈曲の同時収縮が成功し、有望な結果が得られました (補足資料「同時収縮による高度な姿勢管理」セクション)。それにもかかわらず、この研究では、新しい刺激の組み合わせを探索するのではなく、28 日間にわたる誘発された動きの再現性に焦点を当てることにしました。開発されたデバイスは、日常の物体を開いて掴み、解放する自律的な手を提供するという目標を 3 週間以内に達成しました。調整、適応、リハビリテーションのこと。

この研究で得られたもう 1 つの重要な教訓は、回内・回外運動に関するものです。私たちは、これらの動きは望ましくないものと考えられ、制御しようとはしませんでした。この場合、PT のアクティブ化を回避するために選択性が使用されます。これらの動きは、筋肉の活性化だけでなく、手首の関節の硬さにも依存します。これは特に参加者 P2 の場合に当てはまります。ブレースを使用して回内を制御しようとしたにもかかわらず、最終的には、缶タイプのオブジェクトにアプローチして掴むことができるようにオブジェクトを適合させることにしました (図 6)。これは、日常の物品を患者の運動能力に適応させる作業療法士の通常の習慣です。今回は90°で握れる付属品（3Dプリントハンドル）による機能的な握り方の提案に成功しました。この解決策はシンプルかつ効果的であり、複雑な刺激パラダイムの使用と、適応ツールや軽量受動的装具の使用との間のバランスの問題が生じます。もちろん、物体の掴み/解放自体は能動的な動きであるため、FES の排他的制御下にあります。

セットアップの説明。実験プラットフォームは、正中神経と橈骨神経の周囲に埋め込まれた 2 つの神経上電極に送達される刺激を制御するために開発されました。誘発された筋電図検査、ビデオ、誘発された運動運動学および把握力が記録されました。参加者は、自発的な筋肉の収縮または後頭ボタンを使用して、さまざまな刺激構成をトリガーしました。

このプロトコルのもう 1 つの制限は、実行中に刺激を調整する機能のないオールオアナッシング刺激パラダイムが使用されたことです。手を開く場合、アプローチやオブジェクトのリリースをさらに複雑にする必要はないようです。対照的に、物をつかむ場合、物体の周囲で指を徐々に閉じると、物体の周囲で指が間違った位置に配置される可能性がある即座の強い収縮の使用を回避でき、患者はより信頼性の高いグリップを得ることができます。

刺激パラメータの調整手順は混合アプローチに基づいていました。シミュレーション研究により、選択性の研究を可能にする、関連する選択的構成 (TLR、STR、TTR) の縮小されたセットが得られました。物体を保持している場合と保持していない場合のすべての内部接点（陰極として）の最初の系統的スキャンは、強度のみを調整する必要があるため、限られた時間内で可能でした。これにより、選択性 (どの筋肉がどの範囲で単独で活性化されるか) と相乗効果の評価が非常に簡素化されました。機能的な動作を提供する TLR 構成を使用する内部接点のサブセットの中で、より選択的な構成 (STR、次に TTR) をテストすることで、ガイド付き検索が継続されました。たとえば、望ましい相乗効果を維持しながら、望ましくない動き、つまり手首の屈曲や回内をさらに制限することで、選択性を高めることに成功しました。最終的に、選択性の高い構成が最適な構成ではないことが示され（TTR）、相乗効果（TLR、最終的にはSTRで得られる）が、筋肉の活性化を単独で組み合わせて行うよりも優れていることが確認されました。これは、複数の筋肉の活性化や現在の設定を通じて相乗効果を見つける必要がある筋外膜/筋肉内刺激と比較した、私たちのアプローチの強力な利点です。結局、得られる相乗効果が使用される内部接触に応じて異なるという事実は、以前に示唆されているように 41,42,43 、機能的な束状化が人間の上肢に存在し、それを利用できることを裏付けています。

ただし、ガイド付きアプローチの制限は、採用曲線の使用に関するものです。これらは、動員ロジック、つまり、構成が何であれ（TLR、STR、TTR）、特定の内部接触で同様の動員順序を持つ筋肉群の漸進的かつ選択的な活性化を評価するために、長いですが必要なセッションでした。より選択的な構成により、よりスムーズな移行、より孤立した筋肉の収縮、わずかに異なるリクルートメント順序が可能になり、調整の精度が向上する可能性がありますが、リクルートメント曲線と機能的結果の間の直接的な関係はまだ得られていないため、これらの曲線を最初のものとして使用することはできません。チューニングのステップ。選択的刺激と調整の概念は、セッションの継続時間を制限し、客観的で定量化された調整に近づけるために、臨床の状況で再考される必要があります。これらの曲線はむしろ、強度の微調整を通じて調整を最終的に行うため、または場合によっては、同様のリクルート順序 (同じ相乗効果) を持つが同じリクルートレベルではない構成に切り替えるために使用できます。さらにセッションが必要になるため、このステップには進みませんでした。そのためには、スキャン手順と評価ツールの両方を改善する必要があります。明らかに、効率的な把握は自動的には得られません。手の生体力学の複雑さ、掴む物の形状と重さはすべて掴みの質に強い影響を与えるという事実により、リクルートメント曲線から、あるいは物体のない完全な動きからさえ予測することが不可能になります。構成をスキャンしながら把握を客観的に定量化するツールが最も重要です。現在まで解決策はなく、次の試験の中心的なテーマとして検討される予定です。

全体として、私たちが提案する低侵襲アプローチは、筋外膜アプローチと比較して手術が制限されており、非常に安定していてエネルギー効率が高いため、効率的なガイド付き経験的アプローチを備えた外部刺激アプローチと比較して日常的に使用しやすいため、臨床移行によく適合しています。検索。

さらなる改善は、肘の屈曲伸展に関するものであり、より近位の橈骨刺激または筋皮神経刺激のいずれかによって対処できる可能性がある。これにより、依然として最大でも 3 個の神経カフ電極を使用する適格な患者グループが拡大されます。ただし、純粋な肘の動きを得るには、選択性の課題がさらに大きくなり、証明される必要があります。さらに、患者による制御は、物体へのアプローチに関するものであり、掴むこと自体に関するものではないため、本質的に異なります。特に肘の屈曲回復には、機能的外科手術と組み合わせたアプローチも解決策となる可能性があります8。テクノロジの隠れた複雑さとより豊富なインターフェイスを備えたソリューションをシンプルに保つには、さらなる研究が必要です44、45。

この臨床試験は、選択的神経刺激が相乗的かつ機能的な手の動きをもたらす能力の概念実証です。さらに、わずか 2 つの神経上電極を使用して、重要な手の動き、つまり開く、キーグリップ、手のひらグリップを信頼性と再現性のある刺激設定で得ることができることを初めて確認しました。最後に、これまでのアプローチのほとんどとは異なり、各筋肉の寄与を個別に設定するよりも、相乗的な筋肉の活性化を設定する方が簡単であることをさらに実証します。選択性を使用して各筋肉の収縮を分離するのではなく、一連の筋肉の相乗効果を選択することができます。

外傷性SCI C4 AIS Aの男性参加者2名が研究に参加した(補足表1)。参加者は、ヘルシンキ宣言に従って、参加前に書面によるインフォームドコンセントを提出しました。このプロトコルは、フランス倫理委員会 (CPP Ouest IV Nantes、フランス、ID-RCB #2019-A00808-49) およびフランス保健庁 (ANSM) によって承認されました。この研究はClinicalTrials.govに登録されました（登録番号：NCT04306328、2020年3月12日に初回登録）。患者は、プロトコール中に取得され、本論文に含まれる写真とビデオを公開することにインフォームドコンセントを与えました。

参加者は、肘の上に位置する正中神経および橈骨神経上神経上電極を移植する最初の外科手術を受けました。 28 日後、2 回目の外科的介入中に電極が外植されました。 28日間、参加者は入院し、毎日のリハビリテーションセッションと臨床検査だけでなく、刺激パターンを調整するための週3回の試験も受けた。 28 日間という期間は、臨床試験を法的に短期治験として分類できる 30 日の制限を下回っています (オンライン付録 IX、セクション 1、EU 指令 93/42)。次の段階では、経皮ワイヤーを使用しない埋め込み型刺激装置を使用した長期試験が行われる予定です。詳細な手術手順と臨床スコアは、Azevedo et al.38 に記載されています。

図 6 は、両方の神経のすべてのテストされた構成で得られた機能的動作を探索および評価するために使用したセットアップを示しています。次のセクションでは、この設定のさまざまな部分について詳しく説明します。

2 つの電極カフを使用しました。どちらも 2 つの外部リングと、対象となる神経に応じた多数の内部接点で構成されています。(i) 直径 3 ～ 4.5 mm (自動調整)、長さ 2 cm の神経上電極を橈骨神経に使用しました。（6 つの内部接点、Cortec GmbH、フライブルク、ドイツ）、直径 4.5 ～ 6.75 mm（自動調整）、2 cm 長さの神経上電極を正中神経に使用しました（9 つの内部接点、Cortec GmbH、フライブルク、ドイツ）。神経上電極の内部接点のサイズは 2.4 × 0.8 mm2、2 つの隣接する接点間の間隔 (中心間) は 2.4 mm で、シリコンが埋め込まれた 90/10 Pt/Ir 合金でできています。各外部リングと各内部接点間の距離は 0.8 mm (中心間) です。

電極の完全性は、各作業セッションの前に、つまり 12 回、インピーダンス測定によって 28 日間ずっとチェックされました。インピーダンスは、各接点と近位リングの間の双極平衡刺激の陰極相の終了時の電圧と電流の比によって推定されました。刺激パラメータは、60 μA、300 μs、4 Hz、5 パルスに設定されました。最初のパルスは破棄され、残りの 4 つのパルスが平均化されました。

刺激装置のアーキテクチャについては 46 で説明されています。中央の 9 つの内部接点 (それぞれ半径方向の 6 つ) と各電極の 2 つのリングに、合計注入電流の 1/15 ～ 15/15 の比率で電流を分配できます。これにより、各神経上電極の 8 個または 11 個の接点のそれぞれに対して、複数の電流源の振幅を同期して独立して駆動することが可能になります。これにより、カフ電極内で 3D で電流を整形する独自の革新的な方法が提供されます。各接点は、刺激のアクティブ段階中にアノードまたはカソードとしてさらに構成できます。電流強度 (最大 5 mA、8 ビット分解能)、パルス幅 (最大 510 μs、ステップ 2 μs)、周波数 (最大 50 Hz) が設定可能で、コンプライアンス電圧は 20 V です。刺激装置は基本的な条件に従います。組み込みソフトウェアとハードウェアの両方に関する安全要件。刺激装置は制御 PC から完全に絶縁されました。波形刺激は二相性で対称的であり、活動期と回復期の間に 100 μs の遅延があり電荷平衡が保たれていました 47。マルチコンタクト電極の選択性を評価するために、以前のシミュレーション研究に基づいて従来の双極リング構成 (補足表 2) と比較し、前臨床研究で検証された最大 3 つの構成を選択しました 34,36。刺激スキャンは、リング構成で目に見える収縮を誘発するしきい値で開始されます。次に、プラトー（EMG 記録）または強すぎる収縮が得られるまで 20 μA ずつ増加した自動スキャンが実行され、その時点で医師の要求により手順が停止されます。疲労を制限するために、構成と強度を 1 秒ごとに増加させました (0.5 秒オン – 0.5 秒オフ)。

パルス幅と周波数は 24 Hz と 150 μs に固定されました。 24 Hz では、筋肉の震えが誘発されないことを確認しました。

手を開く動作と 2 つの異なる掴み方のトリガーを制御するために、参加者に 3 つのコマンドモダリティが提案されています。(1) 参加者は、慣性センサー (IMU) で捕捉された反対側の肩で異なる動作を実行できます。 (2) 彼らは、筋電図 (EMG) センサーによって捕捉された 2 つの異なる筋肉の随意収縮を、やはり対側から使用することができました。 (3) 車椅子のヘッドレストに取り付けられたボタンを頭の動きで押すことができます。 P1 は、表面 EMG (Trigno™ Delsys、マサチューセッツ州ナティック) によって検出された病変上広頸筋と僧帽筋上部 (刺激された手の反対側) の小さな随意収縮を使用することを選択しました。 EMG は整流され、ローパスフィルター (6 Hz ローパスバターワース、4 次) をかけてエンベロープを抽出し、各筋肉の各 EMG センサーにしきい値が設定されました。これにより、P1 は必要なときにコマンドを明確にアクティブ化できますが、必要に応じてコマンドを偶然にアクティブ化することはありません。たとえば、話したり笑ったりすることです。 P2 は、EMG 検出モダリティを使用できるように確実に筋肉を収縮させることができなかったため、頭部コマンド (2 つの押しボタン) を使用しました。さらに、対側の動きを制御することは可能ではあるものの、急速な疲労の発症を誘発し、参加者は IMU モダリティを選択しませんでした。

有限状態マシン (FSM) は、現在の FSM 状態に応じて、ユーザーのコマンド (EMG 閾値遷移の検出または後頭ボタンの押下) をアクションに関連付けるために定義されました。アクションは、事前定義された刺激構成に関連付けられていました。システムの電源がオンになると、受信した最初のユーザーコマンドは常にデコードされ、「開いた手」刺激構成をトリガーします。次に、参加者は、あらかじめ設定された 2 つの握り方 (キーグリップまたは手のひらグリップ) から 1 つを選択できます。次のアクションは、受信したコマンドに関係なく、常に再び「オープンハンド」でした。最後に、次のコマンドは、それが何であれ、刺激を無効にします。 FSM はカスタマイズ可能で、各参加者がどのコマンドでどの刺激アクションをトリガーするかを選択できました。

電気刺激に対する筋肉の反応は、EMG 記録から得られたリクルートメント曲線によって特徴付けられました。感染症や打撲のリスクを制限するために、表面筋電図は筋肉内筋電図よりも好まれました。さらに、筋肉内電極のより高い選択性は、神経刺激が限られた既知の筋肉のサブセットに M 波を誘発するという事実によって緩和されました。さらに、個々の M 波を再構築できる堅牢な後処理を開発しました 39。 EMG は 2222 Hz のサンプリング周波数で記録されました (Quattro™ Delsys、Natick、MA)。次に、EMG データはフィルタリングされ、残留 DC (ハイパス、次数 1、カットオフ周波数 1.5 Hz) および高周波ノイズ (ローパスバターワース、次数 4、カットオフ周波数 400 Hz) が除去されます。 EMG は刺激装置と同期しているため、刺激ごとに結果として生じる複合誘発 EMG が記録され、強度ステップごとに平均化されます。期間は 42 ミリ秒、開始時間は 500 ミリ秒であるため、各強度レベルについて約 13 の誘発 EMG 反応が平均されます。各 EMG センサーは単一の筋肉をターゲットにしていましたが、ほとんどすべての EMG チャネルは相互に近接しているため、複数の筋肉をキャプチャしていました (補足図 9)。さまざまな筋肉の寄与を分離するために、チャネルが単一の M 波を提供する場合にクロストークキャンセルを使用し、その後、その有界な周波数内容によりマイヤーウェーブレット分析を行い、特定の重複しない時間周波数展開の決定を通じて各成分を抽出しました39。。リクルートメント曲線は、識別された各筋肉のこの時間周波数領域の RMS 値を使用して計算されます (補足資料の「リクルートメント曲線の詳細」セクションを参照)。

参加者 P1 (橈骨神経刺激) の ECR、EPL、EDC について、クロストークを回避するために十分に非重複な時間周波数領域が特定されませんでした。おそらく患者の前腕が細いため、筋肉が互いに非常に接近していました。 M 波はすべてのチャネルで記録できますが、時間周波数成分は同様です。この複雑なケースでは、本論文の範囲外である独自の方法を開発しました。簡単に言うと、私たちのアプローチは、区分的ガウス状曲線によってモデル化された最大 3 つのパラメータ化された合成活動電位の混合を検索することにあります。この強力な方法は、M 波のきれいな分離につながりますが、ウェーブレット解析と比較して計算時間が長くなり、合成活動電位の非常に複雑なパラメータ化が必要になります。

次に、リクルートメント曲線を、セッション全体（すべての構成、すべての強度）にわたって各筋肉および各患者の最大誘発EMGに正規化しました。患者 P2 の場合、次の構成の PT EMG: リング、TLR1、TLR3、TLR4、TLR5、および TLR6 データが破損したため、P2 の PT 追跡は破棄されました。

最終的に、いわゆる採用順序指数 (IRO) は、特定の構成 (TLR、STR または TTR) および特定の採用レベル (0.1 または 0.7) に対して次のように計算されます。

各筋肉 'm' と特定の内部接触 'c' について、所定のレベルの動員に達するために必要な強度 \(I_{m,c}\) が決定されます。

特定の内部接触に対して、筋肉の反応はランク付けされ、\(W_{m,c}\) で重み付けされます。この値は、1 (最初に動員レベルに達した筋肉の場合) から、筋肉が動員レベルに達しない場合は 0 まで直線的に減少します。たとえば、特定の接触の 3 つの筋肉が 5 つの筋肉の動員レベル \(W_{m,c} = \left[ {1, 0.8, 0.6, 0, 0} \right]\) に達した場合です。

特定の構成内で値を正規化するには、\(Imi{\text{n}} = \mathop {\min }\limits_{m, c} \left( {I_{m,c} } \right)\) となります。

各筋肉、各接触、各構成の \(IRO_{m,conf,c}\) は次のように計算されます: \(IRO_{m,c} = W_{m,c} *Imin/I_{m,c }\)。したがって、特定の構成の値 1 は、接触が何であれ、最低の強度で補充が所定のレベルに達する筋肉に常に割り当てられます。

この計算は、図 1 に示す 2 神経 × 3 (構成) × 2 (リクルートレベル) × 2 (患者) 回繰り返されます。

ビデオカメラと Leap Motion コントローラー (Leap Motion、米国カリフォルニア州サンフランシスコ) を刺激装置と Delsys システムと同期させました。 Leap Motion は、記録された手の骨と関節の 3D 位置と方向を提供します。データは、刺激がオンになる前（静止時の平均位置を取得するため）と刺激がオンになった後（目的の動きで平均化された最終位置を取得するため）に 1 秒の時間ウィンドウを使用して処理されます（図 7）。 180°は指を完全に伸ばした状態を表し、0°は指を完全に曲げた状態を表します。

各指について、中手骨部分 (黄色の矢印) と最終指骨の先端の間の角度 (赤色の矢印) が計算されます。親指の場合、中手骨セグメントの代わりに第一指節が考慮されます。

指によって加えられる強さを推定するために、2 つの物体を 3D プリントし、力抵抗センサー (FSR、Ohmite Manufacturing、米国イリノイ州ウォレンビル) を取り付けました。 (1) 125 g、直径 70 mm の缶に、手のひらグリップ状態の場合、4 本の指の下に 5 つの FSR02CE (缶に合わせてカットされた 10 mm のストリップ) と親指の下に 1 つの FSR01CE (40 × 40 mm の正方形) が配置され、(2) 高さ 15 mm の 55 g タブレットが各側面に装備されています。キーグリップ状態用のFSR01CEが1つ付いています。データは Delsys システム経由で記録されました。センサーは、物体に取り付ける前に重り (50、100、200、500、1000 g) で校正されました。各センサータイプで得られた曲線は、2 次多項式 (FSR01CE 用と FSR02CE 用) で近似されました。これらの関係は、測定値を力に変換するために使用されました。検査者は、指をセンサーの前に配置するために、動作中に指を指示しました。

このプロトコルは、フランス倫理委員会 (CPP Ouest IV Nantes、フランス、ID-RCB #2019-A00808-49) およびフランス保健庁 (ANSM) によって承認されました。この研究はClinicalTrials.govに登録されました（登録番号：NCT04306328、2020年3月12日に初回登録）。これはヘルシンキ宣言に続くものである。 EU 指令 93/42 が適用され、ISO 14155:2011 (臨床試験のグッドプラクティス) が遵守されました。

この研究中に分析されたすべてのデータは、この公開された論文とその補足情報ファイルに含まれています。現在の研究中に生成された生データセットは、臨床状態と限られた患者群との関連性のため一般には公開されていませんが、合理的な要求に応じて責任著者から入手可能です。

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両参加者に感謝します。また、CorTec での技術サポートに対する C. Hanser、R. Pfeifer、M. Schuettler に感謝します。 AP-HP は臨床試験のスポンサーであり、Sam Durand が Leap Motion データ処理の技術サポートを担当しました。

地域オクシタニー助成金 #14352、EIT 健康助成金 #20682 AGILIS、マリー・キュリー助成金 #H2020-MSCA-IF-2019-899040。

CAMIN、INRIA、モンペリエ大学、モンペリエ、フランス

クリスティーヌ・アゼベド・コステ、ルーシー・ウィリアム、ルーカス・フォンセカ、アルトゥール・イアイラッサリ、シャルル・ファタール、デヴィッド・ギロー

ノイリノフ、モンペリエ、フランス

Arthur Hiairrassary、デヴィッド・アンドリュー、デヴィッド・ギロー

モンペリエ大学、モンペリエ、フランス

デビッド・アンドリュー

APHP、パリ/CHU レンヌ、レンヌ、フランス

アントワーヌ・ジェフリエ

ORTHOSUD、サンジャンクリニック、サンジャンドヴェダ、フランス

ジャック・テシエ

Centre Bouffard-Vercelli USSAP、ペルピニャン、フランス

チャールズ・ファタル

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CA、DG、CF が研究を設計しました。 CA、DG、JT、CF、AG はプロトコールを設計し、地方治験審査委員会および国の規制当局への提出を調整し、CA と DG は電極の仕様に参加し、CF は患者を選択して追跡調査しました。 JTはAGDGの支援を受けて手術を実施し、AHは術中データを取得した。 LW、LF、CA、DG は臨床試験中にデータ、ビデオ、写真を取得しました。 LF、AH、DA がソフトウェアを設計しました。 AH は実験的なプラットフォームを開発しました。 LW と DG は EMG データを後処理、分析、表示しました。 CA と AH は運動学データを後処理、分析、表現しました。 DG、CA、LWがすべてのフィギュアのデザインと描画を行い、写真とビデオを編集しました。著者全員が最終原稿を修正し、承認しました。

Christine Azevedo Coste または David Guiraud への通信。

David Guiraud と David Andreu は NEURINNOV 社の株主です。その他の利益相反はありません。

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補足ビデオ1.

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転載と許可

カリフォルニア州コステ、L.ウィリアム、L.フォンセカ他神経刺激を通じて完全四肢麻痺患者の効果的な機能的な手の動きを活性化します。 Sci Rep 12、16189 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-19906-x

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受信日: 2022 年 1 月 20 日

受理日: 2022 年 9 月 6 日

公開日: 2022 年 10 月 6 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-19906-x

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神経刺激による完全四肢麻痺患者の効果的な機能的な手の動きの活性化