Innovativ lukket loop funktionel elektrisk stimuleringskontrolsystem til forstærkning af gang efter slagtilfælde

Funktionel elektrisk stimulering (FES) er et almindeligt rehabiliteringsværktøj, der inkorporerer elektrisk stimulering, der er tidsbestemt med en funktionel opgave til at øge paretisk muskelfunktion hos mennesker med neuro-patologier, såsom slagtilfælde og rygmarvsskade. Rigoren fra tidligere forskning har etableret sikkerheden såvel som både neuro-protetiske og terapeutiske effekter af FES-systemer til at stå, gå og gribe. Slag er den førende årsag til handicap, og Footdrop er et meget udbredt efterspørgsel efter træk, hvilket fører til utilstrækkelig ankeldorsifleksion i gangfasen af ​​gang og bidrager til reduceret mobilitet. FES -systemer, der korrigerer foddrop for at forbedre gangfunktionen og reducere faldrisikoen, vinder popularitet med kommercielle systemer som forbedring af oversættelsespotentialet. På trods af deres lovende funktionelle værdi, tilgængelighed og positive neuroplasticitetseffekter har de nuværende FES -systemer nogle grundlæggende begrænsninger, der begrænser deres kliniske recept.

Målet med dette projekt er at overvinde to store begrænsninger og tekniske huller i FES: hurtig indtræden af ​​muskeltræthed under FES og mangel på sofistikeret lukket sløjfe-kontrol af FES-intensiteten. De fleste eksisterende FES-systemer modulerer ikke automatisk stimuleringsintensitet som respons på muskeltræthed, og kan overdrive musklerne, hvis de er faste (åbne loop) stimulering eller en ren feedback-baseret stimuleringsstrategi bruges til at kontrollere FES-intensiteten. For at tackle denne begrænsning sigter forskerne på at udvikle og klinisk teste FES til forbedring af slagtilfælde ved hjælp af datadrevne FES-kontrolsystemer.

Footdrop er et meget udbredt efterskærmsunderskud efter slagtilfælde, hvilket fører til utilstrækkelig ankeldorsifleksion i svingfasen af ​​gang og reducerer funktionel mobilitet. FES, som er en ekstern anvendelse af stimulering til at generere muskelkontraktioner under en funktionel motorisk opgave, kan opnå krav til muskelkraft under stående og gående og hjælpe personer med slagtilfælde og rygmarvsskade med at genvinde mobilitet. FES til korrektion af foddrop er en af ​​de mest populære ganganvendelser af FES, som har vist sig at forbedre mobiliteten og reducere fald.

Selvom FES har positive effekter på gående funktion, fremkalder aktive muskelkontraktioner og forbedrer corticomotorisk excitabilitet, bruges FES ikke så ofte som passiv ortotik. De fleste aktuelle FES -systemer indeholder bevægelsessensorer til at kontrollere timingen af ​​FES under gangcyklussen (paretisk ben svingfase). Imidlertid tilvejebringer ingen af ​​disse systemer automatisk lukket loop-kontrol af FES-intensiteten, så optimal stimulering kan leveres for hvert trin, hvilket forhindrer overstimulering, reducerer træthed og opretholder optimal muskelydelse for et større antal trin. Derudover er hurtig indtræden af ​​muskeltræthed under FES forårsaget af synkron, ikke-selektiv, gentagen rekruttering af stort set udmattelige muskelfibre.

Forskerne vil implementere en innovativ model-forudsigelig controller (MPC) kombineret med realtids ultralydbaseret feedback for at levere optimale FES-intensiteter og minimere træthed.