The role of distributed electrical stimulation in rehabilitation after stroke

[Ј. М. Малешевић]

145 стр.

Електротехника - биомедицинско инжењерство / Electrical engineering - Biomedical engineering

Функционална електрична стимулација (ФЕС) је метод спољашњег генерисања функционалних покрета електричним импулсима. Побуђивањем нервних влакана ФЕС индиректно активира парализоване мишиће и аферентне путеве, чиме доприноси пластичности нервног система. Овај ефекат је значајан и он је допринео да ФЕС технологија постане важан елемент неурорехабилитације пацијената после можданог удара. У терапији предност имају ФЕС уређаји који користе површинске електроде, јер су ови системи неинвазивни. Недостатак површинских ФЕС уређаја је недовољна селективност активације парализованих мишића. Ова теза приказује проблем и наше оригинално решење новог ФЕС система који користи нови тип електрода које имају више проводних контаката са кожом, a са циљем поузданог генерисања жељених покрета у скочном зглобу пацијената после можданог удара. Теза приказује и резултате нове методе проналажења оптималне стимулационе шеме. Представљен је алгоритам који аутоматски класификује покрете индуковане ФЕС-ом на основу специјално развијеног сензора, који је део новог ФЕС система. Исти сензор се користи за контролу дефинисаних стимулационих шема у реалном времену у различитим фазама хода, што је унапређење у односу на постојеће ФЕС системе. Развијено управљање стимулационим шемама омогућује кинетику асистираног хода веома сличну кинетици нормалног хода. Значајан елемент у овом истраживању је проучавање ефеката терапије при примени новог ФЕС уређаја у клиничким условима. Студије су укључиле пацијенте са падајућим стопалом који је последица можданог удара. Поменути нови сензорски система омогућио је анализу параметара хода (брзина хода, дужина и трајање корака и појединих фаза хода, симетрија, итд.). Део истраживања је био везан за развој протокола примене новог ФЕС система за неамбулаторне пацијенте. ФЕС систем који смо развили помаже вољне покрете у скочном зглобу паретичне ноге пацијента који седи. Погодност овакве терапије је активно ангажовање пацијената у раној фази након можданог удара што убрзава опоравак.

Functional electrical stimulation (FES) is a method for the external generation of functional movements by electrical pulses. By nerve fibers excitation, FES indirectly activates paralyzed muscles and afferent pathways, thus contributing to the plasticity of the nervous system. This effect is significant and it has contributed to the fact that FES technology has become an important element of neurorehabilitation of patients after stroke. In therapy, FES devices that use surface electrodes are preferred because these systems are non-invasive. The disadvantage of surface FES devices is the insufficient selectivity of paralyzed muscle activation. This thesis illustrates the problem and our original solution based on a new FES system that uses a new type of electrodes that have multiple conductive contacts with the skin to reliably generate desired ankle joint movements of stroke survivors. The thesis also shows the results of the new method for finding the optimal stimulation schemes. The presented algorithm automatically classifies FES-induced movements based on a specially developed sensor, that is a part of the new FES system. The same sensor is used to control the defined stimulation schemes in real-time during different gait phases, which is an improvement over existing FES systems. The developed control of stimulation schemes results in the similarity between the kinetics of the assisted gait and a normal gait. A significant element of this research is the evaluation of the effects of the therapy that is based on the new FES device in clinic. The studies have included the patients with foot drop caused by stroke. The aforementioned new sensory system enabled the analysis of gait parameters (gait velocity, length and duration of steps and individual gait phases, symmetry, etc.). A part of the research was the development of a protocol for using the new FES system for non-ambulatory patients. The developed FES system assisted voluntary movements of the ankle joint while the patient was seated. The benefit of this type of therapy is the active involvement of patients at an early stage recovery after stroke which speeds up recovery.

електрична стимулација, вишепољне електроде, мождани удар, рехабилитација, падајуће стопало, ход

electrical stimulation, multi-pad electrode, stroke, rehabilitation, foot drop, gait

621.31:616.831-005.7(043.3) 616.831-005.7:615.8(043.3)

Tekst