一个直观的,双向的,适应性的功能电刺激系统用于手部康复

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 康复工程 康复工程
• 生物医学工程 生物医学工程

背景情况:

• 神经运动损伤,如中风和脊髓损伤 (SCI) 显著损害手的功能,减少患者的独立性和生活质量.
• 功能电刺激 (FES) 疗法显示出恢复的希望,但其临床使用受到复杂的设置和缺乏专业系统的限制.
• 现有的FES系统需要很长的设置时间,这阻碍了在手术环境中广泛采用.

研究的目的:

• 开发和验证一个封闭循环,双向的FES系统,适合掌握康复.
• 利用肌肉激活动态的自适应本地模型来精确控制握力.
• 评估系统的性能,易用性和适应肌肉疲劳和患者特定条件的适应性.

主要方法:

• 设计了一种新的闭环双向FES系统,采用一级自适应局部模型来控制FES振幅以调节握力.
• 该系统的控制精度与使用12名健康参与者的自动调节PID控制器进行了比较.
• 系统验证包括对C5脊髓损伤参与者进行测试,并评估未经训练的用户在疲劳性收缩和设置时间期间的表现.

主要成果:

• 在健康参与者中,自适应控制器在握力控制方面表现出更高的准确性,与自动调节的PID控制器相比.
• 在一个患有C5脊髓损伤,表现出上部运动神经元动性的参与者中,FES系统有效控制了抓握.
• 控制器在长时间使用时成功适应肌肉疲劳,模型参数与疲劳有很强的相关性,可实时测量疲劳.
• 一个没有经过培训的用户可以在不到5分钟的时间内设置FES系统.

结论:

• 适应性模型为FES控制提供了显著的好处,导致更准确和响应性的抓取康复.
• 开发的FES系统是用户友好的,适应疲劳,有效的患者与神经运动损伤,包括SCI.
• 这项工作为设计更有效,更具临床可转化性的手疗法FES系统提供了基础.