Innovatives System mit geschlossenem Kreislauf für elektrische Stimulationskontrollsysteme für die Erweiterung des Gangs nach dem Schlaganfall

Die funktionelle elektrische Stimulation (FES) ist ein häufiges Rehabilitationsinstrument, das die elektrische Stimulation mit einer funktionellen Aufgabe enthält, um die paretische Muskelfunktion bei Menschen mit Neuropathologien wie Schlaganfall und Rückenmarksverletzung zu erweitern. Die strenge frühere Forschung hat die Sicherheit sowie die neuroproprothetische und therapeutische Wirkungen von FES-Systemen zum Stehen, Gehen und Greifen festgelegt. Schlaganfall ist die häufigste Ursache für Behinderungen, und Footdrop ist ein weit verbreitetes Gangdefizit nach dem Schlaganfall, was zu einer unzureichenden Knöcheldorsiflexion während der Schwungphase des Gangs führt und zu einer verringerten Mobilität beiträgt. FES -Systeme, die den Fußgänger korrigieren, um die Gangfunktion zu verbessern und das Sturzrisiko zu verringern, werden mit kommerziellen Systemen wie der Verbesserung des Translationspotenzials beliebt. Trotz ihres vielversprechenden Funktionswertes, ihrer Zugänglichkeit und ihrer positiven Neuroplastizitätseffekte weisen aktuelle FES -Systeme einige grundlegende Einschränkungen auf, die ihre klinische Rezept einschränken.

Ziel dieses Projekts ist es, zwei Hauptbeschränkungen und technische Lücken in FES zu überwinden: schneller Beginn der Muskelermüdung während des FES und des Mangels an anspruchsvoller Kontrolle der FES-Intensität. Die meisten vorhandenen FES-Systeme modulieren die Stimulationsintensität nicht automatisch als Reaktion auf Muskelermüdung und können die Muskeln überstimulieren, wenn feste Stimulation (Open-Loop) oder eine reine Rückkopplungsbasis-basierte Stimulationsstrategie zur Kontrolle der FES-Intensität verwendet wird. Um diese Einschränkung anzugehen, wollen die Forscher FES entwickeln und klinisch testen, um den Schlaganfall-Gang mithilfe datengesteuerter FES-Steuerungssysteme zu verbessern.

Footdrop ist ein weit verbreitetes Gang-Gangdefizit nach dem Schlaganfall, was zu einer unzureichenden Knöcheldorflexion während der Schwungphase des Gangs und zur Verringerung der funktionellen Mobilität führt. FES, eine externe Anwendung der Stimulation, um Muskelkontraktionen während einer funktionellen motorischen Aufgabe zu erzeugen, kann während des Stehens und Gehens Muskelkraftanforderungen erfüllen und Personen mit Schlaganfall und Rückenmarksverletzungen helfen, die Mobilität wiederherzustellen. FES für die Korrektur des Fußabfalls ist eine der beliebtesten Ganganwendungen von FES, die gezeigt wurde, dass sie die Mobilität verbessert und Stürze verringert.

Obwohl FES positive Auswirkungen auf die Gehfunktion hat, löst aktive Muskelkontraktionen aus und verbessert die Erregbarkeit von Kortikomotor, FES wird nicht so häufig als passive Orthesen verwendet. Die meisten aktuellen FES -Systeme enthalten Bewegungssensoren, um das Timing von FES während des Gangzyklus (paretische Beinschwungphase) zu steuern. Keines dieser Systeme liefert jedoch eine automatische Kontrolle der FES-Intensität mit geschlossenem Schleifen, sodass für jeden Schritt eine optimale Stimulation abgegeben werden kann, wodurch Überstimulation verhindern, die Ermüdung verringert und die optimale Muskelleistung für eine größere Anzahl von Schritten aufrechterhalten werden kann. Zusätzlich wird der schnelle Beginn der Muskelermüdung während des FES durch synchrone, nicht selektive, wiederholte Rekrutierung von weitgehend mühsamen Muskelfasern verursacht.

Die Forscher werden einen innovativen Modellprädiktivcontroller (MPC) implementieren, kombiniert mit ultraschallbasiertem Echtzeit-Feedback, um optimale FES-Intensitäten zu liefern und die Ermüdung zu minimieren.