신경 자극을 통해 완전 사지 마비 환자의 효과적인 기능적 손 움직임 활성화

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16189(2022) 이 기사 인용

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경추 척수 완전 손상을 입은 개인은 상지의 영구적인 마비로 인해 일상 생활의 대부분의 활동을 수행할 수 없게 됩니다. 우리는 손 운동 기능을 회복하기 위한 신경보철 솔루션을 개발했습니다. 두 개의 경막 전극을 통한 요골 및 정중 신경의 전기 자극으로 마비된 손의 기능적 움직임이 가능해졌습니다. 우리는 완전 사지 마비가 있는 두 명의 참가자를 대상으로 다중 접촉 경피 신경 전극의 활성 접점에 대한 전류의 최적화된 확산을 통해 신경 다발의 선택적 자극이 이식 28일 동안 안정적으로 유지되는 기능적이고 강력한 파지 움직임을 유도했음을 입증했습니다. 우리는 또한 참가자들이 자발적인 행동으로 제어되는 직관적인 인터페이스를 사용하여 마비된 사지의 움직임 활성화를 유발할 수 있었고 캔을 들고 빨대를 통해 마시는 것과 같은 유용한 기능적 움직임을 수행할 수 있음을 보여주었습니다.

서유럽과 미국에서 척수 손상(SCI) 발생률은 각각 백만 건당 16건과 40건으로 추산됩니다1. SCI는 환자의 건강, 자율성 및 삶의 질에 치명적인 영향을 미칠 수 있습니다. 기술 지원(예: 전동 휠체어, 보조기, 의료용 전기 침대, 이동 보드, 홈 자동화 등)은 사지마비 환자의 독립성을 어느 정도 회복할 수 있지만, 환자가 표현하는 기능 회복에서는 여전히 상지 기능의 회복이 우선순위입니다2,3, 4,5,6. 실제로 일상생활 활동의 대부분은 손의 움직임을 통해 수행되므로 팔뚝, 손, 손목의 능동적 운동 능력을 회복하면 자율성이 향상되어 삶의 질이 향상될 수 있습니다. 척수 복구 솔루션이 없기 때문에 현재는 부분적인 답변만 가능합니다. 따라서 우리는 정중 신경에 하나의 전극과 요골 신경에 하나의 전극을 사용하여 시너지 손 움직임을 유도하는 최초의 선택적 신경 자극을 기반으로 한 획기적인 혁신을 제안했습니다. 실제로 다른 접근 방식은 부분적이거나 훨씬 더 번거로운 솔루션을 제공합니다. 기능적 수술은 일반적으로 사용되며7,8 최근에는 마비된 근육에 신경을 다시 공급하여 손의 자발적인 제어를 회복하기 위해 신경 전달이 시도되었습니다9,10. 그러나 두 방법 모두 여전히 자발적인 통제를 받는 충분한 수의 근육이나 신경이 필요합니다. 이동된 근육과 나머지 주동근도 효과적인 회복을 보장할 만큼 충분히 강해야 합니다11,12. 따라서 사지마비 환자의 일부는 기존의 기능적 수술을 받을 수 없습니다. 대안은 기능적 전기 자극(FES) 또는 보조기13를 기반으로 한 기술 보조 장치를 사용하는 것입니다.

FES 단독, 이식 또는 외부는 병변 하 마비된 근육이 여전히 손상되지 않은 운동 신경세포에 의해 신경 분포되어 있는 경우 효율적으로 사용할 수 있습니다. 손 동작을 회복하기 위한 FES의 최초 적용 중 하나는 1954년 Catton과 Backhouse에 의해 보고되었습니다. 이후 FES는 1963년 초에 고도 사지마비 환자의 잡기 동작을 회복하는 데 사용되었습니다15,16,17. 이 장치는 근육 내 또는 근막상부 전극을 사용했으며, 목표 운동과 관련된 각 근육마다 하나의 전극이 필요했습니다. 비침습적 표면 FES는 또한 손 움직임을 제공할 수 있지만 깊은 근육이나 엄지손가락 전용 근육(예: 단외전근)에 대한 접근이 제한되어 있습니다. 표면 전극은 재보정 없이 안정적인 기능적 움직임을 달성하기 위해 매일 정확한 배치가 필요합니다. 마지막으로 표면 전극의 배치는 피부의 상대적인 움직임에 따라 달라집니다. 이러한 문제를 부분적으로 극복하기 위해 의복에 전극을 고정하는 것이 제안되었습니다14. 그러나 대부분의 외부 FES 장치는 의복의 강성, 개인화 부족 또는 불완전하거나 손목 제어 장치가 있는 그룹에 대한 제한으로 인해 대규모로 사용되지 못했습니다18. 따라서 이러한 장치는 최근 검토에서 보고된 바와 같이 새로운 장치 없이 재활 및 강화14에 오히려 사용됩니다. 표면 전극 배열20,21은 보다 유연하고 더 큰 기능적 움직임 세트를 제공할 수 있지만 숙련된 물리치료사의 감독 하에 일상적인 교정이 필요하기 때문에 현재 형태에서는 실험실 용도로 분명히 제한됩니다. Ajiboye 등22도 풍부한 움직임 세트를 제공했지만 광범위한 임상 실습으로 거의 변환할 수 없는 고도로 침습적인 경피적 전극 세트(#36)를 통해 제공했습니다. 외부 장치나 경피 장치 모두 수용성, 안전성 및 효율성 측면에서 매우 제한적이므로 풍부한 동작 레퍼토리를 달성할 수 있음에도 불구하고 환자가 일상 생활 환경에서 사용하지 않습니다. 제안된 유일하게 널리 사용되는 성공적인 장치는 FreeHand®였습니다. 250명 이상의 환자23가 이 장치를 성공적으로 이식했으며 확실한 이점을 얻었으며 손 움직임을 회복하기 위한 기술 솔루션에 대한 관심이 입증되었습니다24. 다양한 손 작업을 활성화하기 위해 최대 12개의 근육 전극이 이식되었습니다. 연구 버전에서는 여러 근육 전극을 단일 신경 4접촉 전극으로 교체하려고 시도했습니다25. 예정된 수술 내의 수술 중 급성 테스트 동안 선택성에 대한 결과는 다양한 전극 접점의 단극 스캐닝을 기반으로 하는 채택된 접근 방식으로 인해 제한적으로 유지되었습니다. 같은 팀은 2명의 환자에게 경막 전극을 사용하여 전체 상지에서 더 많은 수의 움직임을 활성화하도록 시도했습니다. 실제로 6개의 경막 전극이 근육내 전극(환자 1의 경우 14개, 환자 2의 경우 15개)에 추가되어 2개의 이식된 펄스 발생기를 사용하는 매우 번거로운 설정을 초래했습니다26. 그러나 그들은 경막 전극을 사용하여 단순화된 스티어링 전류 패러다임을 추가로 테스트했으며 근육 내 자극에 비해 안정성과 증가된 선택성을 보여주었습니다.