Innovativo sistema di controllo della stimolazione elettrica a circuito chiuso per aumentare l'andatura post-ictus

La stimolazione elettrica funzionale (FES) è uno strumento di riabilitazione comune che incorpora la stimolazione elettrica cronometrata con un compito funzionale per aumentare la funzione muscolare paretica nelle persone con neuro-patologie come l'ictus e la lesione del midollo spinale. Il rigore delle ricerche precedenti ha stabilito la sicurezza, nonché gli effetti neuro-prostetici e terapeutici dei sistemi FES per stare in piedi, camminare e afferrare. L'ictus è la principale causa di disabilità e il piede è un deficit di andatura post-ictus altamente diffuso, che porta a una dorsiflessione della caviglia insufficiente durante la fase di swing dell'andatura e contribuisce a una ridotta mobilità. I sistemi FES che correggono la piena del piede per migliorare la funzione dell'andatura e ridurre il rischio di caduta stanno guadagnando popolarità, con sistemi commerciali come il miglioramento del potenziale di traduzione. Nonostante il loro promettente valore funzionale, accessibilità e effetti di neuroplasticità positivi, gli attuali sistemi FES hanno alcuni limiti fondamentali, che limitano la loro prescrizione clinica.

L'obiettivo di questo progetto è quello di superare due principali limitazioni e lacune tecniche nella FES: rapida insorgenza della fatica muscolare durante FES e mancanza di sofisticato controllo a circuito chiuso dell'intensità FES. La maggior parte dei sistemi FES esistenti non modula automaticamente l'intensità di stimolazione in risposta alla fatica muscolare e può sovrastimolare i muscoli se viene utilizzata la stimolazione fissa (ad anello aperto) o una pura strategia di stimolazione basata sul feedback per controllare l'intensità della FES. Per affrontare questa limitazione, i ricercatori mirano a sviluppare e testare clinicamente FES per migliorare l'andatura dell'ictus utilizzando i sistemi di controllo FES basati sui dati.

FootDrop è un deficit di andatura post-ictus altamente diffuso, portando a una dorsiflessione della caviglia insufficiente durante la fase di swing dell'andatura e riducendo la mobilità funzionale. FES, che è un'applicazione esterna di stimolazione per generare contrazioni muscolari durante un'attività motoria funzionale, può raggiungere le richieste della forza muscolare durante la piedi e la camminata e aiutare le persone con ictus e lesioni al midollo spinale a recuperare la mobilità. FES per la correzione del piede è una delle applicazioni di andatura più popolari di FES, che ha dimostrato di migliorare la mobilità e ridurre le cadute.

Sebbene FES abbia effetti positivi sulla funzione di deambulazione, suscita contrazioni muscolari attive e migliora l'eccitabilità corticomotoria, FES non viene usato comunemente come ortesi passivi. La maggior parte dei sistemi FES attuali incorporano sensori di movimento per controllare i tempi di FES durante il ciclo dell'andatura (fase di oscillazione della gamba paretica). Tuttavia, nessuno di questi sistemi fornisce un controllo automatico a circuito chiuso dell'intensità FES, in modo che possa essere consegnata una stimolazione ottimale per ogni fase, impedendo la sovraimulazione eccessiva, riducendo l'affaticamento e mantenendo prestazioni muscolari ottimali per un numero maggiore di passaggi. Inoltre, la rapida insorgenza della fatica muscolare durante la FES è causata da reclutamento sincrono, non selettivo e ripetuto di fibre muscolari in gran parte affaticabili.

I ricercatori implementeranno un innovativo controller predittivo modello (MPC) combinato con feedback basati su ecografia in tempo reale per fornire intensità di FES ottimali e ridurre al minimo l'affaticamento.