ストローク後の歩行を増強するための革新的な閉ループ機能電気刺激制御システム

官能的な電気刺激（FES）は、脳卒中や脊髄損傷などの神経病理学を持つ人々の麻痺性筋肉機能を増強するための機能的タスクでタイミングのある電気刺激を組み込んだ一般的なリハビリテーションツールです。 以前の研究の厳密さは、安全性を確立しました。また、FESシステムの神経性と治療効果の両方が立っている、歩いて、把握しています。 脳卒中は障害の主要な原因であり、フットドロップは非常に一般的なストローク後の歩行障害であり、歩行のスイング段階で足首背屈が不十分であり、モビリティの低下に貢献します。 歩行機能を改善し、転倒リスクを軽減するためにフットドロップを修正するFESシステムは、翻訳の可能性を高めるなどの商業システムとともに人気を博しています。 有望な機能的価値、アクセシビリティ、およびポジティブな神経可塑性効果にもかかわらず、現在のFESシステムにはいくつかの基本的な制限があり、臨床処方が制限されています。

このプロジェクトの目標は、FESの2つの主要な制限と技術的ギャップを克服することです。FES中の筋肉疲労の急速な発症と、FES強度の洗練された閉ループ制御の欠如です。 ほとんどの既存のFESシステムは、筋肉疲労に応答して刺激強度を自動的に調節せず、固定（ループ）刺激または純粋なフィードバックベースの刺激戦略を使用してFES強度を制御すると、筋肉を過剰に刺激する可能性があります。 この制限に対処するために、研究者は、データ駆動型のFES制御システムを使用して、脳卒中歩行を改善するためのFESを開発および臨床的にテストすることを目指しています。

Footdropは、非常に一般的な脳卒中後の歩行障害であり、歩行のスイングフェーズ中に足首背屈が不十分であり、機能移動度が低下します。 FESは、機能的運動タスク中に筋肉収縮を生成するための刺激の外部適用であり、立っていると歩行中に筋力需要を達成し、脳卒中と脊髄損傷のある人が移動性を回復するのを助けます。 FES FOR FOTDROPの修正は、FESの最も人気のある歩行アプリケーションの1つであり、モビリティを改善し、転倒を減らすことが示されています。

FESは歩行機能にプラスの効果があり、活性筋肉の収縮を誘発し、皮質運動の興奮性を高めますが、FESは一般に受動装具として使用されません。 ほとんどの現在のFESシステムには、歩行サイクル中のFESのタイミングを制御するためのモーションセンサーが組み込まれています（麻痺脚スイングフェーズ）。 ただし、これらのシステムはいずれもFES強度の自動閉ループ制御を提供していないため、各ステップに最適な刺激を提供し、刺激過剰を防ぎ、疲労を軽減し、最適な筋肉性能をより多くのステップで維持できます。 さらに、FES中の筋肉疲労の急速な発症は、大部分が疲労可能な筋肉繊維の同期的で非選択的な繰り返し動員によって引き起こされます。

研究者は、リアルタイムの超音波ベースのフィードバックと組み合わせた革新的なモデル予測コントローラー（MPC）を実装して、最適なFES強度を提供し、疲労を最小限に抑えます。