В последнем номере JAMA (The Journal of the American Medical Association) опубликованы результаты исследований, проведенных специалистами Чикагского института реабилитации по применению технологии TMR (Targeted Muscle Reinnervation) для улучшения алгоритма управлениями протезами рук. Судя по данным, опубликованным в JAMA, результаты просто потрясающие!
Метод TMR (Targeted Muscle Reinnervation - целевая мышечная реиннервация) был разработан Тоддом Куйкеном из Центра бионической медицины Чикакского института реабилитации и Грегори Дамэниэном из отделения пластической хирургии Северо-Восточного университета.
Этот метод заключается в том, что нервы, ранее иннервирующие руку, подводятся к другим мышцам, сохранившимся после ампутации, а уже с них сенсорные датчики принимают сигнал и направляют его в процессор, управляющий электродвигателями, приводящими протез в движение.
Детальное описание метода TMR - это тема отдельной статьи, но суть его в следующем: здоровая мышца частично деиннервируется и к ней подводится нерв, ранее иннервирующий мышцы конечности, выполняющей определенные движения. Например, лучевой, локтевой и срединный нерв при ампутации выше локтя не иннервируют мышц предплечья, т.к. они утрачены вследствие ампутации, но нервные волокна, берущие начало в плечевом сплетении, сохраняются на уровне ампутации. Так, лучевой нерв, который начинается от заднего пучка плечевого сплетения и у здорового человека иннервирует преимущественно мышцы разгибатели предплечья, может быть подведен к одному из пучков грудной или трехглавой мышцы, который предварительно был деиннервирован. Сенсоры помещаются над этой мышцей и, когда мозг отдает команду разгибателям кисти, то сигнал через процессор протеза передается на электродвигатель протеза, отвечающий за это движение. Аналогично поступают и с другими нервами, передающими команды на сгибание/разгибание в локтевом и лучезапястном суставах, пронации/супинации, сгибание/разгибание пальцев и т.д.
Использование неврального интерфейса в TMR позволяет значительно увеличить объем движений протеза, чего невозможно достичь при использовании только сенсорных датчиков, расположенных на культе, а также значительно упростить алгоритм движений, т.к. пациенты не обучаются управлять протезом с нуля, а вспоминают прежние движения, совершаемые обычной рукой.
Эта методика уже апробирована на тридцати пациентах, а 10 февраля в JAMA были опубликованы результаты исследования эффективности использования TMR у пяти пациентов, которые прошли курс реабилитации в Центре бионической медицины. В исследовании в качестве контрольной группы принимали и пятеро людей со здоровыми руками. Всем участникам было поручено выполнять различные движения руками, а также оценивались их способности управлять виртуальными протезами рук. Оценивались сгибание/разгибание в локтевом суставе, пронация/супинация кисти, сгибание/разгибание кисти. Пациенты и люди из контрольной группы могли совершить по 10 различных движений. При движениях в локтевом и лучезапястном суставе среднее время пациентов с протезами составило 0.22 секунд (SD, 0.06) и 1.29 секунд (SD, 0.15), соответственно. Эти показатели были на 0.06 секунд и 0.21 секунд дольше, чем средние показатели для участников контрольной группы. Для пациентов, прооперированных с применением метода TMR, среднее время выбора движения и время завершения движения для сгибания кисти были 0.38 секунд (SD, 0.12) и 1.54 секунд (SD, 0.27), соответственно. Успешно завершили предложенные для теста движения в локтевом суставе - 96.3% (SD, 3.8) и в лучезапястном суставе - 86.9% (SD, 13.9) из движений в пределах 5 секунд, сравнимых с 100% (SD, 0) и 96.7% (SD, 4.7) в контрольной группе. Трое пациентов смогли продемонстрировать использование этой контрольной системы в протезах с моторизованными плечами, локтями, запястьями, и кистями. Согласитесь, для протеза результаты впечатляющие!
«Использование Targeted Muscle Reinnervation у пациентов с ампутацией руки позволит нам декодировать информацию от нервов, идущих к утраченным мышцам для обеспечения большего объема движений и более естественной эксплуатации протезов», - сказал Тодд Куйкен, доктор медицины, доктор философии, директор Центра бионической медицины Чикагского института реабилитации. «Невральный интерфейс, который используется в сочетании с новыми сложными протезами DARPA, является инструментом для создания независимости пациента и его полноценной жизни и будет совершенствоваться нами для совершенствования человеческих возможностей».
Аманда Китс потеряла свою левую руку ниже плеча в результате дорожно-транспортного происшествия в 2006 году. Сразу же Китс и ее муж, узнав о технологии TMR , разработанной в RIC, обратились к доктору Куйкену. Месяц спустя, Китс прошла процедуру целевой реиннервации нервов в Чикагском институте реабилитации. «Я была поражена тем уровнем функциональности, которого удалось добиться после процедуры реиннервации и тем, как быстро я научилась контролировать руку», - сказала Аманда. «Я смогла подобрать монетки со стола и поймать объект в движении. Это действительно удивительно, я даже подумать не могла. что мой протез может двигаться так быстро».
Трое из пациентов пользуются современными протезами, включая с моторами на плечах, разработанные в Университете Джона Хопкинса Лабораторией прикладной физики (JHUAPL) и Deka Research, Inc в рамках проекта DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) по революционной программе протезирования, начатой в 2006 году.
По материалам jama.ama-assn.org и ric.org
Полный текст публикации в JAMA
P.S. Когда набирал текст, вместо слова "протез" несколько раз написал "рука". Посмотрите видеоролики, поймете почему. Не пожалейте трафик, это действительно потрясающе!