스트로크 후 보행 후 보강을위한 혁신적인 폐쇄 루프 기능 전기 자극 제어 시스템

기능적 전기 자극 (FES)은 뇌졸중 및 척수 손상과 같은 신경 발병 환자의 Paretic Muscle 기능을 강화하기 위해 기능적 작업과 함께 전기 자극을 포함하는 일반적인 재활 도구입니다. 이전 연구의 엄격함은 안전뿐만 아니라 서 있고 걷기 및 파악하기위한 FES 시스템의 신경성 및 치료 효과 모두를 확립했습니다. 뇌졸중은 장애의 주요 원인이며, 발자국은 뇌졸중 후 보행 결핍으로 매우 널리 퍼져 보행의 스윙 단계 동안 불충분 한 발목 배측 굴곡을 초래하고 이동성 감소에 기여합니다. 보행 기능을 향상시키고 낙상 위험을 줄이기 위해 발자국을 정확하게하는 FES 시스템은 번역 잠재력을 향상시키는 것과 같은 상업 시스템으로 인기를 얻고 있습니다. 유망한 기능적 가치, 접근성 및 긍정적 인 신경 가소성 효과에도 불구하고, 현재 FES 시스템은 임상 처방을 제한하는 몇 가지 기본 제한을 가지고 있습니다.

이 프로젝트의 목표는 FES에서 근육 피로의 빠른 발병과 FES 강도의 정교한 폐쇄 루프 제어 부족의 두 가지 주요 한계와 기술 격차를 극복하는 것입니다. 대부분의 기존 FES 시스템은 근육 피로에 반응하여 자극 강도를 자동으로 조절하지 않으며, 고정 된 (개방 루프) 자극 또는 순수한 피드백 기반 자극 전략이 FES 강도를 제어하는 ​​데 사용되는 경우 근육을 과도하게 자극 할 수 있습니다. 이러한 한계를 해결하기 위해 연구원들은 데이터 중심 FES 제어 시스템을 사용하여 뇌졸중 보행을 개선하기위한 FES를 개발하고 임상 적으로 테스트하는 것을 목표로합니다.

풋 드롭은 널리 퍼진 후 보행기 결핍으로, 걸음 걸이의 스윙 단계 동안 불충분 한 발목 배측 굴곡으로 이어지고 기능적 이동성을 감소시킵니다. 기능적 운동 작업 동안 근육 수축을 생성하기 위해 자극의 외부 적용 인 FES는 서 있고 걷는 동안 근육 힘 요구를 달성하고 뇌졸중 및 척수 손상을 입은 사람이 이동성을 회복시키는 데 도움이 될 수 있습니다. Footdrop의 FES는 FES의 가장 인기있는 걸음 걸이 응용 중 하나이며, 이는 이동성을 향상시키고 낙상을 줄이는 것으로 나타났습니다.

FES는 보행 기능에 긍정적 인 영향을 미치고, 활성 근육 수축을 유도하며, 코르티코 운동 흥분성을 향상시킬 수 있지만, FES는 일반적으로 수동적 인 정형 외과로 사용되지 않습니다. 대부분의 현재 FES 시스템은 모션 센서를 통합하여 보행주기 동안 FES 타이밍을 제어합니다 (Paretic Leg Swing Phase). 그러나, 이들 시스템 중 어느 것도 FES 강도의 자동 폐쇄 루프 제어를 제공하지 않으므로 각 단계마다 최적의 자극을 전달하여 과잉 자극을 방지하고 피로를 줄이며 더 많은 단계에서 최적의 근육 성능을 유지할 수 있습니다. 또한, FES 동안 근육 피로의 빠른 발병은 크게 피곤한 근육 섬유의 동기, 비 선택적, 반복적 인 모집에 의해 야기된다.

연구원들은 실시간 초음파 기반 피드백과 결합 된 혁신적인 모델 예측 컨트롤러 (MPC)를 구현하여 최적의 FES 강도를 제공하고 피로를 최소화 할 것입니다.