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. 2024 Feb;56(1):84-92.
doi: 10.1055/a-2260-9842. Epub 2024 Feb 28.

[Prosthetic Fitting Concepts after Major Amputation in the Upper Limb - an Overview of Current Possibilities]

[Article in German]
Leopold Harnoncourt  1 , Clemens Gstoettner  1   2 , Gregor Laengle  1   2 , Anna Boesendorfer  1 , Oskar Aszmann  1   2
Affiliations

[Prosthetic Fitting Concepts after Major Amputation in the Upper Limb - an Overview of Current Possibilities]

[Article in German]
Leopold Harnoncourt et al. Handchir Mikrochir Plast Chir. 2024 Feb.

Abstract
in English, German

Background: The upper extremity and particularly the hands are crucial for patients in interacting with their environment, therefore amputations or severe damage with loss of hand function significantly impact their quality of life. In cases where biological reconstruction is not feasible or does not lead to sufficient success, bionic reconstruction plays a key role in patient care. Classical myoelectric prostheses are controlled using two signals derived from surface electrodes in the area of the stump muscles. Prosthesis control, especially in high amputations, is then limited and cumbersome. The surgical technique of Targeted Muscle Reinnervation (TMR) offers an innovative solution: The major arm nerves that have lost their target organs due to amputation are rerouted to muscles in the stump area. This enables the establishment of cognitive control signals that allow significantly improved prosthesis control.

Patients/materials and methods: A selective literature review on TMR and bionic reconstruction was conducted, incorporating relevant articles and discussing them considering the clinical experience of our research group. Additionally, a clinical case is presented.

Results: Bionic reconstruction combined with Targeted Muscle Reinnervation enables intuitive prosthetic control with simultaneous movement of various prosthetic degrees of freedom and the treatment of neuroma and phantom limb pain. Long-term success requires a high level of patient compliance and intensive signal training during the prosthetic rehabilitation phase. Despite technological advances, challenges persist, especially in enhancing signal transmission and integrating natural sensory feedback into bionic prostheses.

Conclusion: TMR surgery represents a significant advancement in the bionic care of amputees. Employing selective nerve transfers for signal multiplication and amplification, opens up possibilities for improving myoelectric prosthesis function and thus enhancing patient care. Advances in the area of external prosthetic components, improvements in the skeletal connection due to osseointegration and more fluid signal transmission using wireless, fully implanted electrode systems will lead to significant progress in bionic reconstruction, both in terms of precision of movement and embodiment.

Hintergrund: Die obere Extremität und insbesondere die Hand sind für die Interaktion des Menschen mit seiner Umwelt von entscheidender Bedeutung – schwere Verletzungen oder Amputationen gehen daher mit einem erheblichen Funktionsverlust einher und beeinträchtigen die Lebensqualität der Patienten sehr. Wenn biologische Rekonstruktionsversuche nicht zu einem ausreichenden Erfolg führen oder nicht möglich sind, kommt der bionischen Rekonstruktion eine Schlüsselrolle in der Versorgung dieser Patienten zu. Konventionelle myoelektrische Prothesen werden über zwei Signale gesteuert, die über Oberflächenelektroden im Bereich der Stumpfmuskulatur abgeleitet werden. Insbesondere bei hohen Amputationen ist die Prothesensteuerung dann nur sehr eingeschränkt und umständlich möglich. Die Operationsmethode der Targeted Muscle Reinnervation (TMR) bietet hier einen innovativen Lösungsansatz: Die großen Armnerven, die durch Amputation ihre Zielorgane verloren haben, werden auf neue Zielmuskeln im Bereich des Amputationsstumpfes transferiert. Dadurch können kognitive Steuersignale etabliert werden, welche eine deutlich verbesserte Prothesensteuerung ermöglichen.

Patienten/material und methoden: Es erfolgte eine selektive Literaturrecherche zum Thema TMR und bionische Rekonstruktion mit Aufarbeitung und Diskussion relevanter Arbeiten, unter Berücksichtigung der klinischen Erfahrungen unserer Forschungsgruppe. Zusätzlich wird ein klinischer Patientenfall vorgestellt.

Ergebnisse: Die bionische Rekonstruktion in Kombination mit TMR ermöglicht eine intuitive Prothesensteuerung mit simultaner Bewegung verschiedener prothetischer Freiheitsgrade und bietet zudem einen neuen Ansatz in der Therapie von Neurom- und Phantomschmerzen. Langfristiger Erfolg erfordert ein hohes Maß an Patientencompliance und intensives Signaltraining während der prothetischen Rehabilitationsphase. Trotz technologischer Fortschritte bestehen weiterhin Herausforderungen, insbesondere hinsichtlich der Signalüberleitung und der sensiblen Integration bionischer Prothesen.

Schlussfolgerung: Die Operationstechnik der TMR stellt einen bedeutenden Fortschritt der prothetischen Versorgung von Amputierten dar. Durch selektive Nerventransfers zur Signalmultiplikation und -amplifikation ermöglicht sie, das Potential myoelektrischer Prothesen weiter auszuschöpfen und die Therapie dieser speziellen Patientengruppe zu verbessern. Entwicklungen im Bereich der externen Prothesenkomponenten, Verbesserungen der skelettalen Anbindung durch Osseointegration und flüssigere Signalübertragung durch drahtlose, vollständig implantierte Elektrodensysteme werden sowohl hinsichtlich der Bewegungspräzision, als auch des Embodiments deutliche Fortschritte in der bionischen Rekonstruktion ermöglichen.

PubMed Disclaimer

Conflict of interest statement

Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Figures

Leopold Harnoncourt
Leopold Harnoncourt
begann sein Medizinstudium 2016 an der Medizinischen Universität Wien. Nach seinem Studienabschluss und der Absolvierung seiner Diplomarbeit, die sich mit Muskelstammzellen bei Spastizität und Nerventransfers befasste, ist er seit Herbst 2022 als wissenschaftlicher Mitarbeiter und PhD-Student im Klinischen Labor für Bionische Extremitätenrekonstruktion tätig. Seine Forschungsprojekte konzentrieren sich auf die Regenerationsmuster nach bestimmten Nerventransfers und sensorische Filet-Lappen der unteren Extremität.
Abb. 1
Abb. 1
Schematische Darstellung einer Hybridprothese. Eine myoelektrische Handprothese wird an der funktionslosen Hand befestigt, um dem Patienten die Vorstellung einer Prothesenversorgung zu ermöglichen. (Quelle: Illustrationen von Aron Cserveny – www.sciencevisual.at)
Abb. 2
Abb. 2
Die TMR bezeichnet die chirurgische Umlagerung der Hauptnerven des Arms auf die Muskulatur im Stumpfbereich ( a ), um die verfügbaren Muskelsignale zur Prothesensteuerung zu vermehren ( b ). (Quelle: Illustrationen von Aron Cserveny – www.sciencevisual.at )
Abb. 3
Abb. 3
Der Amputationsstumpf nach durchgeführter TMR Operation kombiniert mit einer Osseointegration ( a ). Bei der Operation wurde der N. medianus auf den M. brachialis, der N. ulnaris auf das Caput breve bicipitis und der R. profundus n. radialis auf das Caput laterale tricipitis transferiert. Das Röntgenbild zeigt die Fixierung des Implantats im Humerus mit einer Restlänge von etwa 20 cm ( b ).
Abb. 4
Abb. 4
Endgültige Prothesenversorgung des Patienten mit direkt im Schaft verbauten Oberflächenelektroden zur Signaldetektion über dem Caput longum und laterale tricipitis und dem Caput longum und breve bicipitis ( a ). Mit vier Signalen können Ellbogen- und Hand-beziehungsweise Fingergelenke simultan angesteuert werden ( b ).
Abb. 5
Abb. 5
Die prothetische Versorgung dient dem Patienten bei verschiedenen, sowohl fein- ( a ) als auch grobmotorischen ( b ) Tätigkeiten im Alltag als Hilfshand.
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References

    1. Belon H P, Vigoda D F. Emotional adaptation to limb loss. Phys Med Rehabil Clin N Am. 2014;25:53–74. doi: 10.1016/j.pmr.2013.09.010. - DOI - PubMed
    1. Oleske D M, Hahn J J. Work-related injuries of the hand: data from an occupational injury/illness surveillance system. J Community Health. 1992;17:205–219. doi: 10.1007/BF01321653. - DOI - PubMed
    1. von Schroeder H P, Botte M J. Crush syndrome of the upper extremity. Hand Clin. 1998;14:451–456. - PubMed
    1. Naidu S H, Heppenstall R B. Compartment syndrome of the forearm and hand. Hand Clin. 1994;10:13–27. - PubMed
    1. Aszmann O C, Roche A D, Salminger S et al.Bionic reconstruction to restore hand function after brachial plexus injury: a case series of three patients. Lancet. 2015;385:2183–2189. doi: 10.1016/S0140-6736(14)61776-1. - DOI - PubMed

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