Toiminnallinen sähköstimulaatio tukea

Perustuu aikaisempaan työhön, päätimme käyttää FES-aiheuttama värinä potkuja hallitsee krooli uimareita. Lisäksi, kellukkeet ovat kiinni nilkoissa, joka johtaa polven fleksio ja ylöspäin suuntautuvan liikkeen nilkka ei-stimuloi jalkojen., Toisaalta tämä johtaa virtaviivaisempaan ryhtiin vedessä. Toisaalta, se tarkoittaa, että haluttu polven liikettä voidaan toteuttaa vuorotellen välillä FES-aiheuttama polven laajennus ja passiivinen polven fleksio aiheuttama kelluu. Siksi tarvitaan vain kaksi stimulaatiokanavaa. Quadriceps lihakset molemmat jalat ovat vuorotellen kannustanut jos stimulaatio elektrodit oli sijoitettu proksimaalinen osa rectus femoris ja moottorin pisteen vastus medialis jokaisen jalan., Stimulaatio, joka on sovellettu stimulaatio pulssi taajuus 25 Hz, kytketään päälle ja pois nopeudella 1 tai 2 Hz, joka johtaa noin yksi tai kaksi jalka potkuja per käsivarsi aivohalvaus riippuen käsivarren aivohalvaus taajuus. Amplitudi ja pulsewidth voidaan vaihdellut vaihtelee 0-100 mA ja 0-500 µs, vastaavasti. Molempia arvoja nostetaan/pienennetään samanaikaisesti luodun lihassupistuman hallitsemiseksi.

Tns selkäytimen stimulaatio

Tns selkäytimen stimulaatio on käytetty, jonka tavoitteena on vähentää alemman raajan spastisuus aikana ja jälkeen uinti., Siksi, me edistää afferenttien kuituja L2–S2 taka juuret jatkuvasti 50 Hz käyttää kaksivaiheinen pulsseja 1 ms pulssin leveys yli T11/12 alueen selkäytimen mukaan . Elektrodin sijainti takana ja stimulaation amplitudi on määritetty ohjeiden mukaisesti . Kytkemällä tSCS: n päälle tavaratilan lihaksisto aktivoituu moottoritasolla positiivisena sivuvaikutuksena. Tämä parantaa rungon vakautta ja suoristaa ylävartaloa. Kuten kuvassa. 1, virtaviivainen uima-asema voidaan saavuttaa FES ja tSCS verrattuna ei stimulaatio halvaantunut aihe.,

Halvaantunut aihe (Th5/6, AASIAN mittakaavassa) kanssa ja ilman stimulaatio (FES+tSCS) käyttäen kellukkeet nilkoissa ja snorkkeli. Vertaamalla videot uinti ja ilman stimulaatio tuki ovat saatavilla sekä aiheita tutkimuksen täydentävänä tiedostoja (Ks. Lisää tiedostoja 1 & 2)

Kokeellinen setup

Stimulaattori

stimulaatio järjestelmä uima-kuvassa. 2 työllistää CE-sertifioidun stimulaattorin (RehaMove3, Hasomed GmbH, Saksa), jossa on räätälöity firmware. Yksi nykyinen lähde on integroitu laitteeseen, ja lähtö lähde on demultiplexed jopa 4 kanavaa. Stimulaattori asetetaan vedenpitävän laukun sisään uimarin T-paidan alle. Kaikki stimulaatiokaapelit tunneloidaan pussin läpi ja tyhjennetään silikonilla veden tunkeutumisen estämiseksi., Pussi kiinnitetään uimarin selässä olevalla hihnalla lapaluiden väliin.

Stimulaatio-avusteinen uima-järjestelmä, mukaan lukien vedenpitävä stimulaattori, vedenpitävä IMUs, kelluu kunkin varren, ja vedenpitävä elektrodit

stimulaattori voidaan ohjata kalvonäppäimistö esim. stimulaatio-ohjelma, voit valita, käynnistää/pysäyttää ja stimulaation voimakkuus voidaan säätää., Stimulaattori on akkukäyttöinen, ja korkeajännitelähde on galvaanisesti eristetty akun tehosta. Näin ollen nykyinen johtuminen on aina rajoitettu välillä positiivinen ja negatiivinen elektrodi kunkin stimulaation kanava.

Vedenpitävä stimulaatio elektrodeja

Johtuu siitä, että kloorattu vesi uima-altaissa on johtokyky 2,5–3 ms/cm, joka johtaa vastus 333-400 Ohm, suora stimulaatio ei-vedenpitävä elektrodit tuottaisi loistaudit oikosulku välillä elektrodit stimulaation aikana., Siksi laitteen integroitu elektrodin virheilmaisu ei välttämättä havaitse huonoa yhteyttä elektrodin ja ihon välillä. Jos molemmat elektrodit kelluvat vedessä, lihaksia ei stimuloitaisi, koska virta vie aina vähiten vastustuskykyä suoraan veden eikä kehon läpi. Jos vain yksi elektrodi Kelluu Vedessä, virta kulkee edelleen kiinni olevan elektrodin läpi ja aiheuttaa edelleen lihasten supistumisen tämän elektrodin alla., Ainoa mahdollisesti vaarallinen tilanne syntyy, kun johtava puoli irrottaa ja kelluva elektrodi olisi vahingossa painetaan tiukasti ihoa vasten ylävartalon, koska sitten sähkövirta voi virrata herkkien elinten, kuten sydämen. Tämän riskin minimoimiseksi ja rajoitetun elektrodivirheen havaitsemisen vuoksi elektrodit on kiinnitettävä turvallisesti ja tukevasti ihoon. Lisäksi elektrodin poispäin runko on eristettävä vettä vastaan. Mahdollisia toimenpiteitä ovat vedenpitävä läpinäkyvä kalvosidos, hihnat tai uimaliinat.,

tällä hetkellä markkinoilla ei ole vedenpitäviä stimulaatioelektrodeja. Useimmat tns elektrodit koostuvat johtava hydrogeeli liima, joka on kytketty johtava elokuva johdin tai metalli snap stud ja eristetty kanssa insulative kansi. Jos hydrogeeli liima joutuu kosketuksiin veden kanssa se alkaa imeä vettä, kun paksuus kasvaa. Näin ollen alue, jolla on suora kosketus veteen, kasvaa. Lisäksi elektrodin liimatoiminto vähenee., Lähestymistapoja vedenalainen EMG mittaukseen käytetään useita kerroksia vedenpitävä haavan kipsi tunneled reiät johtaa johdot vedenpitävä standardi liima EMG-elektrodit. Samaa menettelyä voidaan käyttää stimulaatio elektrodeja, joissa vakio elektrodit ovat vesitiiviitä liimalla elokuvia, kuten TegadermTM tai OpSiteTM.

koulutustilaisuuksia meidän pilotti-tutkimuksessa, jota kuvataan seuraavassa momentissa, erityistä elektrodit kehittämä Axelgaard Manufacturing Co. Ltd: tä on käytetty, kuten kuvassa esitetään. 3 A., Yksi elektrodi koostuu vakioelektrodista, jolla on ylimitoitettu vedenpitävä Tausta. Snap-sovitin on tunneloitu tämän tuen läpi. Jäljellä oleva tehtävä on sitten liitä poltinkaapeli (converter snap-adapteri 2 mm liitäntä) ja sulje se vedenpitävä läpinäkyvä kalvo pukeutuminen (3M Tegaderm, 3M Co., YHDYSVALLAT). Kaikkien kaapelien ja kaapeliyhteyksien on oltava myös vedenpitäviä. Muuten syntyy Lois oikosulkuja. Irrotettava tiukka silikoni putket näytti olevan tehokas, joka kattaa yhteys elektrodin johtaa ja stimulaatio-kaapeli.,

Elektrodit käytetään vettä: Axelgaard Ultrastim®snap elektrodi oversize vedenpitävä tausta elektrodi alueella 22.,m2 tSCS (4 elektrodit on kytketty sähköisesti vatsan ja yksi yli selkärangan) ja FES (kaksi elektrodia jokaisen quadriceps), b-d Turvallisuus silikoni-elektrodit (VITAtronic Rajoitettu, Saksa), joka koostuu insulative ja vedenpitävä pintamateriaali ja johtava pohja materiaali tSCS (2 x (b) on kytketty sähköisesti vatsan ja 1 x (d) takaisin) ja FES (2 x (c) kunkin quadriceps)

Yksi haittapuoli liima elektrodit ylimitoitettu vedenpitävä tausta on, että kun yhden kosketuksiin veden kanssa, ne voi käyttää uudelleen., Siksi jokaista uintikertaa varten tarvitaan Uusi elektrodisarja. Kustannusten vähentämiseksi ja ympäristön säästämiseksi käytetään kuvassa esitettyjä uudelleenkäytettäviä turvasilikoneelektrodeja. 3B-d on tutkittu koulutuksen jälkeisessä arviointijaksossa. Nämä elektrodit ovat saatavilla eri kokoja (VITAtronic Rajoitettu, Saksa) ja voi olla suoraan kytketty standardi 2 mm elektrodin liitin simulointi-kaapeli., Koska johtamattoman yläosassa ja kehystetty eristäytyminen johtavat ihon puolella, ei loistaudit oikosulku voi esiintyä, kun lujasti kiinnittämällä elektrodit iholle. Materiaali on ei-liima, joka vähentää ihon ärsytystä aikana riisua vaiheessa, mutta edellyttää, että sen on oltava kiinteä ja tiukka hihat, hihnat, vedenpitävä läpinäkyvä kalvo pukeutuminen, tai tiukka polvipituinen uimapuvut. Uinnin aikana on pieni vesikalvo ihon ja silikonielektrodin johtavan osan välillä. Näin ollen hydrogeeliä ei lisätty., Hihnoja ja polvipituisia uimapukuja on käytetty tässä tutkimuksessa jalkaelektrodeihin. Tscs: n elektrodit on kiinnitetty vedenpitävällä läpinäkyvällä kalvosidoksella.

Aiheet, koulutus-protokollaa ja tulos toimenpiteet

Tämä toteutettavuustutkimus tehtiin Hoito-Keskus Selkäytimen Vammoja BerlinFootnote 1. Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia vaikutukset stimulaatio-tuetut ui kaksi SCI potilaat, joilla oli täydellinen halvaantuminen alaraajojen jälkeen selkärangan vammoja, joilla on vamma edellä Th10. Osallistujien on oltava taitavia etummaisia ryömintäuimareita.,

Molemmat palvelukseen aiheita (A: ikä 40, kerran sitten loukkaantumisen 10 vuotta, B: ikä 58, aikaa, koska vahinkoa, 36 vuotta) ovat AASIAN vajaatoiminta mittakaavassa, jossa vaurion tason Th5/6 ja antoivat tietoon perustuvan kirjallisen suostumuksen. He molemmat valittavat kohtalainen nykimäkouristus alaraajojen ja vatsan aikana asento muuttuu, ja Aiheesta kokemuksia jalan extensor kouristukset aika ajoin. Kohde B kärsii lonkkanivelen kontraktuurasta.

sen Jälkeen, kun rekrytointi ja alustava arviointi, aiheita pyydettiin suorittamaan neljän viikon FES pyöräily koulutus kotona., Aikana tämän maan koulutusta, he harjoitellut vähintään kolme kertaa viikossa 30 min-standardi FES pyöräily ergometri (RehaMove, Hasomed GmbH, Saksa). Tämä alustava FES pyöräily koulutus oli tarpeen rakentaa määritelty perustason voimaa ja kestävyyttä uima-vaihe. Uintivaiheessa FES: n pyöräilytoiminta väheni kahteen kertaan viikossa.

koko uintiharjoitus kesti 10 viikkoa. Koehenkilöä pyydettiin osallistumaan heikosti uida harjoituksen, joka kesti välillä 30-45 min (ilman pukea ja riisua)., Turvatoimenpiteenä uintitilaisuuksissa oli aina mukana koulutettu allasvahti. Lisäksi kaikki palvelukseen otetut henkilöt pystyvät uimaan ilman stimulaatiota. Treenit tehtiin 16 metrin altaassa. Kohde a käytti snorkkelia etuvetouinnissa.

Ennen ensimmäistä käyttöä tSCS aikana uinti, elektrodin kannan selkäytimen ja stimulaatio intensiteetti spastisuuden hoito tunnistettiin mukaan ja dokumentoitu. Havaittu jatkuva stimulaatio-intensiteetti sovellettiin kaikissa harjoituksissa, kun tSCS oli päällä.,

stimulaatio amplitudit sekä quadriceps olivat identtisiä ja ne on valittu, koska lähes koko polvi extension, kun aiheet lepäsi reunalla uima-allas, jossa on pystyssä ylävartaloa. Ennen jokaista kierrosta jalan liike punnittiin uudelleen ja stimulaation Amplitudi kasvoi tarvittaessa lihasväsymyksen kompensoimiseksi. Kierroksien välissä pidettiin vähintään minuutin tauko.

jokaisen uintiharjoituksen alussa mitattiin kierrosajat. Siksi koehenkilöitä ohjeistettiin uimaan jokainen 16 metrin kierros mahdollisimman nopeasti., Kun vertailevat mittaukset tehtiin, ensimmäistä kertaa uima-ilman tukea on otettu, sitten FES tukea ja lopuksi kertaa FES plus tSCS tukea. Käytimme tätä järjestystä niin, että tulokset tutkimuksissa yhä enemmän tukea vaikuttaa lihasten väsymys sitten kokeet vähemmän tai ei lainkaan tukea. Tämän jälkeen alustavan arvioinnin, koulutuksen ensisijainen tuki (FES tai FES plus tSCS) pidettiin muun istuntoon itse valittu uima nopeus., Jos FES plus tSCS on valittu ensisijainen tuki, sitten tSCS oli aina aktiivinen myös taukoja välillä kierrosta, kun FES oli kytketty pois päältä aikana nämä taukoja.

On olemassa kolme pääasiallista kysymyksiä, jotka on vastattava tämän pilottitutkimuksen:

• Ei uima-nopeus, arvioi kierrosaikoja, kasvu verrattuna ei-avusteinen uimaan?

• parantaako kohteen yleinen hyvinvointi oikeudenkäynnin aikana?

• miten käyttäjä hyväksyy teknologian?,

aiheet pyydettiin arvioimaan hoidon perusteella ennalta lausuntoja käyttäen viiden luokan asteikolla välisen koko sopimuksen ja sopimukseen. Kyselyn tuloksella voidaan vastata kahteen viimeiseen kysymykseen.,

IMU-pohjainen motion analyysin aikana uima –

Post-koulutuksen arviointi

Yhdeksän kuukauden päätyttyä koko uida koulutus vaiheessa, kun meillä oli hankittu sopiva mittausjärjestelmä, me suorittaa ylimääräinen uima-istunnon jokaiselle kaksi aihetta seurata vaikutuksia eri stimulaatio-ohjelmia, jalkojen ja vartalon liikettä. Molemmat aiheet olivat neuvottu toistuvasti uida ilman tukea, tSCS tukea, FES tukea, ja FES plus tSCS tukea niin nopeasti kuin mahdollista.

sensorin asetukset

käytössä oli Puettava sensorin asetukset., Työllisten järjestelmän WaveTrack (Cometa srl, Italia) on langaton ja vedenpitävä inertia-anturi järjestelmä, joka koostuu useita aika-synkronoitu inertia mittayksikkö (Dragonfly). Nämä inertia-anturit tarjoavat kolmiulotteisia mittauksia kiihtyvyys -, kulmanopeus, ja magneettikentän vektori taajuudella 286 Hz. Anturin tietoja käytetään määrittämään yhteisen kulmat molemmat polvet ja molemmat lonkat sekä roll suunta kulmat runko kohdunkaulan ja lannerangan tasolla., Tätä varten neljä IMUs olivat kahdenvälisesti kiinnitetty ulko reiteen ja varsi, ja kaksi IMUs sijaitsivat ylä-ja alaselän, kuten on esitetty Kuviossa. 4a ja b. huomaa, että vain vasen jalka on kuvattu. Sekä IMUs oikea jalka, paikallisen x-akselin pistettä pituussuunnassa kohti jalkoja, mutta z-akselin pistettä sivusuunnassa oikealle, mikä tarkoittaa, että y-akselin pistettä anteriorly.

IMU linjaus ja sijainti vasen jalka., Paikalliset x-akselit ovat linjassa pituussuuntaisen Korin akselin kanssa. Z-akseli osoittaa sivusuunnassa vasemmalle. b IMU kohdistus ja sijainti ylä-ja alaselässä. Paikallinen x-akseli on linjassa pituussuunnassa kehon akselin, kun y-akseli osoittaa oikealle,

Kuten kaikki anturit sijaitsevat veden alla koko mittaus, langaton tiedonsiirto (streaming) ei ole vaihtoehto. Siksi suoritetaan offline-tietojen tallennus. Antureiden tiedonhankinta ja Ajan synkronointi aloitetaan kauko-ohjauksella., Nauhoitus alkaa ennen kuin kohde astuu altaaseen. Poolista poistumisen jälkeen tallennus pysäytetään ja tiedot siirretään antureilta tietokoneelle. EMGandMotionTools-ohjelmistoa (Cometa srl, Italia) käytettiin tiedonsiirto-ja sensoriasetuksiin. Tosin tappioiden välinen viestintä anturit kun se sijaitsee veden alla, synkronointi drift on educed. Koska tämä ajautuminen ei kuitenkaan ylitä muutamaa millisekuntia tunnissa ja kaikki hankinnat kestävät noin 30-45 minuuttia, vaikutusta tietoihin pidetään merkityksettömänä.,

kaikki anturit kiinnitettiin ihoon kaksipuolisella teipillä karkeaa kiinnitystä varten. Tämän jälkeen käytettiin läpinäkyvää 3m Tegaderm-kalvoa estämään sensorien liikkumista ja irtoamista uintiprosessin aikana.

Yhteinen ja roll angle estimation

jokaisen kehon segmentti, IMU lukemat ovat tottuneet arvio segmentin suunta suhteessa inertial frame of reference., Vältä olettaen homogeeninen magneettikenttä rakennuksen sisällä ja varsinkin sisällä vettä, meidän on pidättäydyttävä käyttämästä magneettikentän vektori mittaukset ja sulake vain mitatut kiihtyvyydet ja kulmikas hinnat käyttämällä modulaarinen quaternion-pohjainen anturi fuusio algoritmi . On huomattava, että suuntaviivojen saatu tällainen 6-akselin anturi fuusio ei voida käyttää yhteinen kulma laskenta suoraan, koska niillä on mielivaltainen otsaketta offset ja ajelehtia hitaasti pystyakselin ympäri., Tarkalla bias-estimoinnilla ajautuminen voi olla kymmenessä sekunnissa yhtä hidasta kuin yksi aste, mutta sitä ei vähennetä täydelliseen nollaan.

tämän magnetometrittömän lähestymistavan epäkohdan voittamiseksi hyödynnämme lonkka-ja polvinivelten likimääräisiä kinemaattisia rajoitteita. Aikana pidetään säröt potkia liikkeen jalat, lonkan ja polven liikkua noin, kuten sarana nivelet – fleksio/laajennus on hallitseva liikkeessä, kun adduktio/sieppaus ja sisäinen kierto tapahtuu vain rajoitetusti., Hyödynnämme nämä arvioitu kinemaattisia rajoitteita käyttämällä äskettäin kehitetty suhteellinen-nimikkeen seuranta algoritmi . Että algoritmi otetaan suunta quaternions sekä segmenttien vieressä yhteinen ja korjaa otsikon distaalinen segmentti on suunta niin, että yhteinen rajoite täyttyy painotettu pienimmän neliösumman mielessä. Käytämme tätä menetelmää toistuvasti, alkaen alaselkä segmentin ja liikkuvat distaalisesti kohti shanks.,

näin Ollen, saadaan seitsemän quaternions, jotka kuvaavat kehon segmentti suuntaviivojen osalta yhteinen inertial frame of reference. Voimme siis laskea liitoskulmat näistä kvaternioista. Suhteellinen yhteisiä linjauksia löytyy kertomalla konjugaatti, proksimaalinen suunta distaalinen suunta. Yhteinen kulmat ovat sitten lasketaan luontainen Euler kulma hajoaminen tämä suhteellinen suunta kvaternio. Huomaa, että sekä lonkan ja polven laajennus kulmat ovat määritelty siten, että ne ovat 180 astetta täysin suora jalka.,

Lopuksi, roll kulma ylä-ja alaselän määräytyy vastaavasta suunta kvaternio. Tämä on saavutettu muuttamalla paikallisia vasen-to-oikea-akselilla, eli y-akselin IMU, osaksi inertial frame of reference ja sitten määritetään välinen kulma akseliin nähden ja vaakatasossa, kuten on esitetty Kuviossa. 5. Huomaa, että tämä kulma on määritelty positiivinen, kun oikealla puolella runko on pienempi kuin vasemmalla puolella.

Määrittely polven ja lonkan extension kulma sekä rungon kallistuskulma

Segmentointi tallennetut tiedot suoritetaan perustuu normi 3D-kiihtyvyys vektori havaitsemalla levätä ja liikkeen vaiheissa. Vain kunkin tukimallin ensimmäinen kierros viedään ja tutkitaan. Poimituista lap tiedot, aika, kurssi yli 7 lyöntiä keskellä kierros on valittu analysoida yhteisen and roll kulmat käyttämällä boxplots., Näin ollen kunkin kierroksen alku-ja loppuvaiheet jätetään tietojen analysoinnin ulkopuolelle.