Innovativ funktionell elektrisk stimuleringssystem med sluten slinga

Funktionell elektrisk stimulering (FES) är ett vanligt rehabiliteringsverktyg som innehåller elektrisk stimulering tidsinställd med en funktionell uppgift för att öka paretisk muskelfunktion hos personer med neuro-patologier som stroke och ryggmärgsskada. Rigorationen i tidigare forskning har fastställt säkerheten, liksom både neuro-prostetiska och terapeutiska effekter av FES-system för stående, promenader och grepp. Stroke är den främsta orsaken till funktionshinder, och fotdrop är ett mycket utbrett gång underskott efter stroke, vilket leder till otillräcklig ankel dorsiflexion under svängfasen av gång och bidrar till minskad rörlighet. FES -system som korrigerar fotdrop för att förbättra gångfunktionen och minska fallrisken ökar populariteten, med kommersiella system som att förbättra översättspotentialen. Trots deras lovande funktionella värde, tillgänglighet och positiva neuroplasticitetseffekter har nuvarande FES -system vissa grundläggande begränsningar, som begränsar deras kliniska recept.

Målet med detta projekt är att övervinna två stora begränsningar och tekniska luckor i FE: Snabb början av muskeltrötthet under FES och bristen på sofistikerad stängd slingkontroll av FES-intensitet. De flesta befintliga FES-system modulerar inte automatiskt stimuleringsintensitet som svar på muskeltrötthet och kan överstimulera musklerna om den är fast (öppen sling) stimulering eller en ren återkopplingsbaserad stimuleringsstrategi används för att kontrollera FES-intensiteten. För att ta itu med denna begränsning syftar forskarna att utveckla och kliniskt testa FES för att förbättra strokegången med hjälp av datadrivna FES-kontrollsystem.

Footdrop är ett mycket utbrett gång underskott efter stroke, vilket leder till otillräcklig ankel dorsiflexion under svängfasen av gång och minskar funktionell rörlighet. FES, som är en extern tillämpning av stimulering för att generera muskelkontraktioner under en funktionell motorisk uppgift, kan uppnå muskelkraftskrav under stående och promenader och hjälpa personer med stroke och ryggmärgsskada att återhämta rörligheten. FES för korrigering av fotdrop är en av de mest populära gångapplikationerna av FES, som har visat sig förbättra rörligheten och minska fallen.

Även om FES har positiva effekter på gångfunktionen, framkallar aktiva muskelkontraktioner och förbättrar kortikomotorisk excitabilitet, används FES inte så vanligtvis som passiva ortotik. De flesta aktuella FES -system innehåller rörelsessensorer för att styra tidpunkten för FES under gångcykeln (paretisk benvingfas). Inget av dessa system tillhandahåller emellertid automatisk kontroll av FES-intensitet av FES, så att optimal stimulering kan levereras för varje steg, förhindra överstimulering, minska trötthet och upprätthålla optimal muskelprestanda för ett större antal steg. Dessutom orsakas snabb början av muskeltrötthet under FES av synkrona, icke-selektiva, upprepade rekrytering av i stort sett utmattbara muskelfibrer.

Forskarna kommer att implementera en innovativ modellfördröjande kontroller (MPC) i kombination med realtids ultraljudsbaserad feedback för att leverera optimala FES-intensiteter och minimera trötthet.