Innovativt lukket sløyfe Funksjonell elektrisk stimuleringskontrollsystem for å øke gangarten

Funksjonell elektrisk stimulering (FES) er et vanlig rehabiliteringsverktøy som inkluderer elektrisk stimulering tidsbestemt med en funksjonell oppgave for å forsterke paretisk muskelfunksjon hos personer med nevropatologier som hjerneslag og ryggmargsskade. Strengten for tidligere forskning har etablert sikkerheten, så vel som både nevro-protensetiske og terapeutiske effekter av FES-systemer for stående, gåing og grep. Stroke er den ledende årsaken til funksjonshemming, og FootDrop er et svært utbredt gangunderskudd etter hjerneslag, noe som fører til utilstrekkelig ankel-dorsifleksjon i svingfasen av gangarten, og bidrar til redusert mobilitet. FES -systemer som korrigerer fotdrop for å forbedre gangfunksjonen og redusere fallrisikoen er å få popularitet, med kommersielle systemer som å styrke oversettelsespotensialet. Til tross for deres lovende funksjonsverdi, tilgjengelighet og positive nevroplastisitetseffekter, har nåværende FES -systemer noen grunnleggende begrensninger, som begrenser deres kliniske resept.

Målet med dette prosjektet er å overvinne to hovedbegrensninger og tekniske hull i FES: rask begynnelse av muskeltretthet under FES og mangel på sofistikert lukket sløyfekontroll av FES-intensiteten. De fleste eksisterende FES-systemer modulerer ikke automatisk stimuleringsintensitet som respons på muskeltretthet, og kan overstimulere musklene hvis fast (åpen sløyfe) stimulering eller en ren tilbakemeldingsbasert stimuleringsstrategi brukes til å kontrollere FES-intensiteten. For å adressere denne begrensningen har forskerne som mål å utvikle og klinisk teste FES for å forbedre hjerneslagets gang ved bruk av datadrevne FES-kontrollsystemer.

Footdrop er et svært utbredt gangunderskudd etter hjerneslag, noe som fører til utilstrekkelig ankel-dorsifleksjon i svingfasen av gangarten, og reduserer funksjonell mobilitet. FES, som er en ekstern anvendelse av stimulering for å generere muskelkontraksjoner under en funksjonell motorisk oppgave, kan oppnå krav til muskelkraft under stående og gåing, og hjelpe personer med hjerneslag og ryggmargsskade med å gjenvinne mobilitet. FES for korreksjon av FootDrop er en av de mest populære gangapplikasjonene til FES, som har vist seg å forbedre mobiliteten og redusere fallene.

Selv om FES har positive effekter på gangfunksjon, fremkaller aktive muskelsammentrekninger og forbedrer kortikomotorisk eksitabilitet, brukes ikke FES så ofte som passiv ortotikk. De fleste nåværende FES -systemer inneholder bevegelsessensorer for å kontrollere tidspunktet for FES under gangsyklusen (paretisk ben svingfase). Ingen av disse systemene gir imidlertid automatisk kontroll av lukket sløyfe av FES-intensitet, slik at optimal stimulering kan leveres for hvert trinn, og forhindrer overstimulering, reduserer tretthet og opprettholder optimal muskelytelse for et større antall trinn. I tillegg er rask begynnelse av muskeltretthet under FES forårsaket av synkront, ikke-selektiv, gjentatt rekruttering av stort sett tappbare muskelfibre.

Forskerne vil implementere en innovativ modellforutsigende kontroller (MPC) kombinert med ultralydbasert tilbakemelding i sanntid for å levere optimale FES-intensiteter og minimere tretthet.