电刺激疗法的模型驱动设计改善了肢体截肢患者的步态动力学

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 康复科学 康复科学 康复科学
• 肌肉骨模型的建模

背景情况:

• 截肢导致步行障碍,疼痛和肌肉骨系统恶化,限制了运动能力.
• 目前的功能电刺激 (FES) 处方依赖于临床医生的经验,阻碍了最佳疗效.
• 制定客观的,以模型为导向的FES策略对于有效的步行康复至关重要.

研究的目的:

• 使用肌肉骨建模,为截肢者设计和评估FES步行康复疗法.
• 确定最佳的刺激目标和改善步态生物力学的策略.
• 通过in-silico和in-vivo评估来验证基于模型的FES方法.

主要方法:

• 综合肌肉骨建模与最佳控制模拟,以确定FES策略.
• 进行了in-silico试验,以确定刺激的目标肌肉.
• 进行了in-vivo步态分析,以评估FES辅助步行表现.

主要成果:

• 在体模拟中,发现巨大的肌肉刺激对调节关节负荷有好处.
• 在体外实验证实,在完整的肢体中,膝盖接触力峰值减少.
• 在FES辅助行走期间,截肢肢体中观察到巨大的肌肉力量增加.

结论:

• 刺激截肢肢体中的巨大的肌肉可以增强截肢肢体的走路动态.
• 这种结合的in-silico和in-vivo方法使FES步行康复的基于证据的数字工具成为可能.
• 该方法有可能在神经和肌肉骨步行障碍方面得到更广泛的应用.