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Verbesserung von Präzision und Verlässlichkeit in der Prothesensteuerung durch implantierbare EMG Systeme
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Veröffentlicht: | 3. September 2014 |
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Hintergrund: Verlust der oberen Extremität bedeutet für betroffene Patienten eine massive Einschränkung ihrer Lebensqualität. Moderne Technik und Medizin ermöglichen funktionell gute Rekonstruktionen mit myoelektrisch gesteuerten Prothesen. Die Schnittstelle zwischen Mensch und Prothese stellt allerdings einen wesentlichen, limitierenden Faktor dar, da die Muskelsignale durch im Prothesenschaft integrierte Oberflächen-EMG Elektroden abgeleitet werden. Diese sind jedoch relativ anfällig für externe Störfaktoren wie etwa Schwitzen des Patienten, Verrutschen und damit Signalverlust durch Prothesenbewegungen. Durch implantierbare Funklektroden könnten diese Nachteile behoben werden und gleichzeitig klarere, stärkere Signale erzielt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden Prototypen solcher subepimysialen Elektroden (iEMG) im Tierversuch getestet werden.
Methoden: Ein implantierbares iEMG System mit 4 Elektroden und zentraler Funkeinheit wurde im Rahmen unserer Forschungskooperation mit Otto Bock entwickelt. Dieses System wurde zunächst für 12 Wochen in einem Rattenversuch auf Gewebeverträglichkeit getestet. In einem weiteren Versuch wurde die mechanische Stabilität in Schaf-Vorderläufen untersucht und die ersten in-vivo EMG Messungen getätigt welcher sowohl die primäre Signalqualität aber auch die Signalübertragung von Agonisten und Antagonisten im Gangmodel überprüft hat.
Resultate: Das hier verwendetet iEMG-System zeigte eine einfache chirurgische Handhabung und konnte verlässlich an den gewünschten Muskeln subepimysial eingebracht werden. Ferner zeigte sich, dass alle Systeme von einer Bindegewebskapsel ummantelt worden waren und damit sicher an der gewünschten Position verblieben und trotzdem langfristig stabile Signalübertragung gewährleisten konnte ohne wesentliche Impedanzänderungen. Bei der Entnahme konnten keine Zeichen für chronische Inflammation oder prolongierten Gewebeschaden gefunden werden. Im Schafmodell konnten auch längerfristig typische Bewegungsmuster erfasst werden.
Conclusio: Die getesteten implantierbaren Elektroden sind benutzerfreundlich, gewebeverträglich, und bewegungsstabil. Durch implantierbare Elektroden können myoelektrische Signale zuverlässiger und genauer detektiert und weitergeleitet werden. Oben genannte Nachteile der bisher gängigen Oberflächenelektrodenableitung zur Steuerung myoelektrischer Prothesen sollen hierdurch behoben werden. Aufgrund dieser vielversprechenden Datenlage wird die erste Anwendung im Rahmen eines humanen Pilotversuches vorbereitet.