기능적인 전기 자극 지원

이전에 따라 작업을 사용하기로 결정했습 페스-유도 설레는 차기 위한 실력 프런트 크롤 수영입니다. 또한,수레는 발목에 부착되어 무릎 굴곡과 비 자극 다리에서 발목의 상향 운동으로 이어집니다., 한편으로 이것은 물 속에서보다 간소화 된 자세를 초래합니다. 다른 한편으로,그것의 의미는 원하는 무릎 움직임에 의해 실현될 수 있을 번갈아 사이 페스-유도 무릎을 확장하고 무릎 수동 굴곡에 의해 발생 뜹니다. 따라서 두 개의 자극 채널 만 필요합니다. 허벅지 근육의 두 다리를 교대로 자극한 곳에 자극 전극 위치에 인접하는 부분의 직근 대퇴와 모터의 요리 medialis 의 각 다리., 자극이 적용되는 자극으로 펄스 주파수의 25Hz 에서 전원을 켜고 끄기의 속도는 1 또는 2Hz 에서는 대략 중 하나 또는 두 개의 다리 차 팔 당 뇌졸중에 따라 팔 뇌졸중 주파수이다. 진폭 및 pulsewidth 는 각각 0-100mA 및 0-500μs 범위에서 다양 할 수 있습니다. 생성 된 근육 수축을 제어하기 위해 두 값이 동시에 증가/감소합니다.

경피성 척수 자극

경피성 척수 자극과 함께 사용하는 것을 목표로 하지 spasticity 중 및 후에는 수영을 한다., 따라서,우리는 우리를 자극성 섬유의 L2–S2 후 뿌리를 지속적으로 50Hz 에서 사용하여 나아졌다는 펄스 1ms 펄스 폭 T11/12 지역에서 척수에 따라. 후방에서의 전극 위치 및 자극 진폭은 에 설명 된대로 결정되었다. TSCS 에 전환해서,간선 musculature 는 긍정적인 부작용으로 모터 수준에 활성화됩니다. 이것은 트렁크 안정성을 향상시키고 상체를 곧게 만듭니다. 도에 도시 된 바와 같이. 1,간소화 된 수영 위치는 하반신 마비 대상에서 자극이없는 것에 비해 FES 및 tSCS 로 달성 될 수 있습니다.,

주 마비(Th5/6,아시아,확장)와 자극 없이(페스+tsc)사용하여 수레에서 발목과 스노클링. 비교하는 동영상을 위해 수영과 자극없이 지원 가능 모두에 대한 과목으로 연구 보조 파일(참조하십시오 파일을 추가 1&2)

실험설정

자극기

도 1 에 도시된 수영용 자극 시스템. 2 는 맞춤형 펌웨어로 CE 인증 자극기(Rehamove3,Hasomed Gmbh,Germany)를 사용합니다. 단일 전류 소스가 장치에 통합되고 소스의 출력은 최대 4 개의 채널에 대해 디멀티플렉싱됩니다. 자극기는 수영 선수의 티셔츠 아래 방수 가방 안에 배치됩니다. 모든 자극 케이블은 가방을 통해 터널링되고 물 침입을 방지하기 위해 실리콘으로 배수됩니다., 가방에는 어깨 뼈 사이에 수영 선수의 뒤쪽에 끈이 붙어 있습니다.

자극 지원영 시스템 포함한 자극 방수,방수 아이머스,수레에서 각각의 정강이, 방수 전극

자극을 통해 제어 할 수 있습 멤브레인 키패드를 자극 프로그램을 선택할 수 있습,시작/중지되고 자극 강도는 조정될 수 있습니다., 자극기는 배터리로 구동되며 고전압 소스는 배터리 전원에서 갈바니 적으로 절연됩니다. 따라서 전류 전도는 각 자극 채널의 양극과 음극 사이에 항상 구속됩니다.

방수 자극 전극

는 사실로 인해 염화로 처리된 물 수영장에서는 전도도의 2.5–3mS/cm 는 결과에서 저항의 333-400 옴 직접적인 자극과 비 방수 전극을 것을 생산하는 기생적인 단락 전극 사이에 자극 동안., 따라서 장치 통합 전극 오류 감지는 전극과 피부 사이의 나쁜 연결을 감지하지 못할 수 있습니다. 는 경우 두 전극을 부유물에서 물,다음 근육이 되지 않을 것을 자극하기 때문에,현재의 항상 저항을 최소한의 경로를 통해 직접 물과하지 않는 몸입니다. 는 경우 단지 하나의 전극에 떠 있는 물,그리고 현재는 여전히 통과 남은 단단히 연결된 전극하고 여전히 원인 근육의 수축 아래에 이 전극., 유일한 잠재적으로 위험한 상황의 발생을 때는 전도성 측면의 분리 부동 전극 실수로 단단히 누에 피부의 상단체,그 이후에 전류 흐름 수 있습을 통해 감지하는 기관과 같은 마음입니다. 이러한 위험을 최소화하기 위해하고 있기 때문에 제한된 전극에 오류 탐지,전극해야 안전하고 확고하게 붙여줍니다. 게다가,몸에서 멀리 향하는 전극 측은 물향하여 고립될 필요가 있습니다. 가능한 조치는 방수 투명 필름 드레싱,스트랩 또는 수영 천입니다.,

현재 시장에서 사용할 수있는 방수 자극 전극이 없습니다. 대부분의 경피성 전극으로 구성한 전도성 하이드로겔 접착제를 통해 연결되어있는 전도성 필름을 리드 와이어 또는 금속 스터드 스냅 및 절연진 절연 커버합니다. 물과의 물 접촉으로 얻는 히드로겔 접착제가 얻는 경우에 간격이 증가하는 동안 물을 흡수하는 것을 시작된다. 따라서 물과의 직접 접촉이있는 면적이 증가합니다. 또한,전극의 접착 기능이 감소된다., 접근 방식에 대한 수중 EMG 측정에 사용되는 여러 층의 방수 석고 상처로 터널링 구멍을 리드선하는 방수 기준 접착제 EMG 전극이 있습니다. 같은 절차를 사용할 수 있습니다 자극에 대한 전극을 표준 전극은 방수 접착제영화,다음과 같 TegadermTM 또는 OpSiteTM.

다음 하위 섹션에서 설명하는 파일럿 연구의 교육 세션을 위해 Axelgaard Manufacturing Co.에서 개발 한 특수 전극. Ltd 는 그림 1 과 같이 사용되었습니다. 3a., 단일 전극은 대형 방수 백킹이있는 표준 전극으로 구성됩니다. 스냅 어댑터는이 백킹을 통해 터널링됩니다. 나머지 작업은 다음을 전극을 연결하로 이어질(변환기에서 스냅인 어댑터 2mm socket)및 그것은 물개와 함께 방수 투명한 영화 드레싱(3M 통기성 필름,3M Co.,미국). 모든 케이블 및 케이블 연결뿐만 아니라 방수해야합니다. 그렇지 않으면 기생 단락이 발생합니다. 탈착식 타이트 실리콘 튜브는 전극 리드와 자극 케이블 사이의 연결을 덮는 데 효율적인 것으로 나타났습니다.,

전극에 사용되는 물가:Axelgaard Ultrastim®스냅 전극과 오버사이즈 방수 역행을 가진 전극의 영역 22.,m2tsc(4 전극을 연결되어 전기적으로 복부와 중 하나 이상의 척추)와 페스(두 개의 전극에 대한 각각의 허벅지),b d 안전한 실리콘 전극(VITAtronic Limited,Germany)구성하는 단열 방수 덮개 물자 및 전도성이 바닥재 tsc(2x(b)에 연결되어 전기적으로 복고 1x(d)에 대한 다)와 페스(2x(c)각 허벅지 근육)

단점이의 접착성 전극과 대형 방수 백업하는 단일 연락으로 물들이 다시 사용할 수 없습니다., 따라서 각 수영 세션마다 새로운 전극 세트가 필요합니다. 비용을 절감하고 환경을 절약하기 위해,도 1 에 도시 된 재사용 가능한 안전 실리콘 전극의 적합성. 3b~d 는 교육 후 평가 세션에서 조사되었습니다. 이 전극에 사용할 수 있는 다른 크기(VITAtronic Limited,Germany)및 직접 연결될 수 있습을 통해 표준 2mm 전극 커넥터 시뮬레이션 케이블이 있습니다., 으로 인해 비행 상측 및 프레임의 격리에서 전도성 피부 면에,기생 할 수있는 단락이 발생할 경우를 단단히 연결된 전극하는 피부입니다. 재료 비 접착제,을 줄이는 피부에 자극하는 동안 벗기 단계이지만 의미는 그것을 수정해야 합과 소매,스트랩,방수 투명한 영화 드레싱,또는 단단한 무릎 길이의 수영복. 수영하는 동안 피부와 실리콘 전극의 전도성 부분 사이에 작은 물 필름이 있습니다. 따라서 추가적인 하이드로 겔이 첨가되지 않았다., 스트랩과 무릎 길이의 수영복이이 연구에서 다리 전극에 사용되었습니다. TSCS 용 전극은 방수 투명 필름 드레싱에 의해 고정되었습니다.

주제 교육 프로토콜 및 결과 조치

이 가능성 연구에서 수행된 처리센터한 척추손상에서 BerlinFootnote1. 의 목적 연구의 효과를 조사하기 위해 자극을 지원하는 수영에서 두 개의 SCI 환자와 함께 완전한 마비의 더 낮은 사지 후 척추 외상으로 병변에 위 Th10. 참가자는 능숙한 프론트 크롤링 수영 선수 여야합니다.,

모집 대상자(A:40 세,부상 이후 10 세,b:58 세,부상 이후 36 세)는 병변 수준 Th5/6 을 가진 아시아 손상 척도 A 이며 서면 정보에 입각 한 동의를했습니다. 그들은 모두 그들의 불평에 적당 clonus 의 더 낮은 사지와 복부하는 동안 위치를 변경 사항 및 주제 경험에 다리 신전 경련을 한다. 피험자 B 는 고관절 수축을 앓고 있습니다.

모집 및 초기 평가 후,피험자는 집에서 4 주간의 fes 사이클링 훈련을 수행하도록 요청 받았다., 이 땅의 교육,그들은 훈련 적어도 일주일에 세 번 30 분 표준으로 자전거 페스 측(RehaMove,Hasomed GmbH,Germany). 이 예비 fes 사이클링 훈련은 수영 단계에 대한 정의 된 기준 강도와 지구력을 구축하는 데 필요했습니다. 수영 단계에서 fes 사이클링 활동은 일주일에 두 번으로 줄어 들었습니다.

전체 수영 훈련은 10 주 동안 지속되었습니다. 피실험자들은 30 분에서 45 분 사이에 지속 된 약하게 수영 훈련 세션에 참석하도록 요청 받았다(기부 및 도핑 제외)., 안전 조치로서 수영 세션에는 항상 훈련 된 수영장 가드가 동반되었습니다. 또한,모집 된 모든 피험자는 자극없이 수영 할 수 있습니다. 훈련은 16m 수영장에서 이루어졌습니다. 제목 a 는 전면 크롤링 수영하는 동안 스노클을 사용.

수영 중 tSCS 를 처음 사용하기 전에 척수에서의 전극 위치 및 경련 치료를위한 자극 강도에 따라 확인되고 문서화되었다. 발견 된 일정한 자극 강도는 tSCS 가 켜져있을 때 모든 교육 세션에서 적용되었습니다.,

자극 진폭을 모두 quadriceps 동일했고하도록 선택되었습니다 원인 거의 전체 무릎을 확장하는 동안 휴식 과목의 가장자리에서 수영장을 가진 수직으로 상체. 각 무릎 전에 다리 운동을 재평가하고 필요한 경우 근육 피로를 보상하기 위해 자극 진폭을 증가 시켰습니다. 랩 사이에 적어도 1 분의 휴식 시간이 유지되었습니다.

각 수영 훈련 세션의 시작 부분에서 랩 시간을 측정했습니다. 따라서 피험자들은 각 16m 랩을 가능한 한 빨리 수영하도록 지시 받았다., 비교 측정이 취해지면 먼저 지원없이 수영 할 시간이 취해진 다음 FES 지원으로 그리고 마지막으로 fes plus tSCS 지원을위한 시간이 취해졌습니다. 우리는 이 순도록 결과에 대한 실험으로 증가하는 양의 지원에 의해 영향을 받 근육질의 피로 다음의 시험이 적은 없을 지원합니다. 이 초기 평가,훈련으로 원하는 지원(페스 또는 페스 plus tsc)소의 나머지 부분에 대한 세션에서 각자 선택한 수영은 속도입니다., 는 경우 페스 plus tsc 으로 선정되었습니다 원하는 지원,다음 tsc 항상 활성도에서 휴식 사이의 바퀴는 동안,페스의 전원이 꺼지는 동안 이러한다.

가는 세 가지 주요 질문을 답해야에서 파일럿이 연구.

• 는 수영은 속도에 의해 평가 랩 시간에 비해 증가 비원 수영?

• 재판 중에 피험자의 일반적인 복지가 향상됩니까?

• 어떻게 사용자에 의해 기술의 수용은?,

과목으로 평가해달라고 요청하였는 치료의 기준에 미리 정의된 문을 사용하여 다섯 등급의 규모 간의 전체 계약 및 계약 없음. 설문지의 결과를 사용하여 마지막 두 질문에 답할 수 있습니다.,

IMU-를 기반으로 동작 분석 동안 수영

Post-training 평가

아홉 개월이 완료 후 전체 수영 훈련 단계에서,우리가 획득한 적합한 측정 시스템,우리는 수행을 추가 수영 세션과 함께 각각의 두 과목 모니터링하의 효과를 다른 자극 프로그램에는 다리와 트렁크 운동. 두 피험자 모두 가능한 한 빨리 지원,tSCS 지원,FES 지원 및 fes plus tSCS 지원이없는 랩을 반복적으로 수영하도록 지시 받았다.

센서 셋업

웨어러블 센서 셋업이 사용되었다., 고용된 시스템 WaveTrack(Cometa srl,Italy)무선 및 방수는 관성 센서 시스템으로 구성된 몇 시간 동기화 관성 측정 단위(아이마스). 이러한 관성 센서는 286Hz 의 주파수에서 가속도,각속도 및 자기장 벡터의 3 차원 측정을 제공합니다. 센서 데이터를 확인하기 위해 사용된 공동 각도의 두 무릎과 모두 엉덩이뿐만 아니라 롤 방향 각도 트렁크에는 자궁과 요추 수준입니다., 이를 위하여 네 이무들 양자에 부착된 외부 허벅지와 정강이를,그리고 두 가지 아이마스에 있는 위쪽 및 아래쪽,그림에서와 같이. 4a 와 b.왼쪽 다리 만 묘사되어 있음을 주목하십시오. 모두를위한 아이마스에 오른쪽 다리,지방 x-axis 포인트 길이 방향으로 발을 향하지만,z 축은 옆으로 오른쪽으로,어떤 의미 y-axis 포인트 전에.

왼쪽 다리의 IMU 정렬 및 위치., 로컬 x 축은 종 방향 몸체 축과 정렬됩니다. Z 축은 왼쪽으로 옆으로 가리 킵니다. b IMU 얼라인먼트 및 위 및 아래 뒤쪽에 위치. 로컬 x 축 정렬 경도체 축,y 축을 오른쪽

로의 모든 센서가 위치해 있 수중하는 동안 전체 측정,무선 데이터 전송(스트리밍)옵션을 선택하지 않습니다. 따라서 오프라인 데이터 기록이 수행됩니다. 센서의 데이터 수집 및 시간 동기화는 원격 제어를 통해 시작됩니다., 피사체가 풀에 들어가기 전에 녹음이 시작됩니다. 풀을 떠난 후 녹음이 중지되고 데이터가 센서에서 PC 로 전송됩니다. 소프트웨어 EMGandMotionTools(Cometa srl,Italy)는 데이터 전송 및 센서 설정에 사용되었습니다. 틀림없이,수중에 위치 할 때 센서 간의 통신 손실로 인해 동기화 드리프트가 교육됩니다. 그러나,이후 드리프트를 초과하지 않는 몇 밀리초 단위 시간당하고 모든 인수 사이의 마지막 약 30~45 분에 영향을 데이터로 간주됩 관련이 있습니다.,

모든 센서는 거친 고정을 위해 양면 접착 테이프로 피부에 부착되었습니다. 그 후,수영 과정에서 센서의 이동 및 풀림을 방지하기 위해 투명한 3M Tegaderm 필름을 사용했습니다.

관절과 롤 각도 추정

각 신체부위 세그먼트,응용 프로그램을 좋아하는 수치를 추정하는 데 사용되는 세그먼트의 방향으로는 관성의 프레임 참조., 을 방지하는 가정의 균질기장 건물 안에 특히 내부에 물을,우리 자제를 사용하는 벡터 자기장 측정과 퓨즈 단로 측정 가속도 및 각 요금을 사용하여 모듈 quaternion 기반 센서 융합 알고리즘이 있습니다. 주목해야한다는 방향에 의해 얻은 이러한 6 축 센서 융합을 위해 사용될 수 없습절 각 계산이 직접기 때문 전시회는 임의의 제목을 상쇄하고 드리프트는 천천히 주위에 수직 축입니다., 정확한 bias 추정,표류될 수 있으로 느리 중 하나로 도서지만,그것을 감소하지 않을 것이 완벽하다.

이러한 단점을 극복하기 위해 자력계의 무 접근 방식,우리는 대략적인 운동학적 제약의 무릎 관절입니다. 하는 동안 고려 떨림 킥 동의 다리,엉덩이고 무릎을 이 약과 같은 힌지 관절이–굴곡/확장을 지배하는 동안 내전/납치 및 내부 회전이 발생할만한 정도입니다., 우리는 최근에 개발 된 상대 표제 추적 알고리즘을 사용하여 이러한 대략적인 운동 학적 제약 조건을 이용합니다. 는 알고리즘은 방향와의 두 세그먼트는 인접한 관절하고 수정하는 제목의 말초 세그먼트의 방향이 같다는 공동 제약 조건을 충족에 가중된 사용자. 우리는이 방법을 반복적으로 적용하여 뒤쪽 세그먼트에서 시작하여 정강이쪽으로 원위 방향으로 움직입니다.,

이에 따라,우리가 얻는 일곱와 대해 설명하는 몸 세그먼트의 방향과 관련하여 일반적인 관성의 프레임 참조. 따라서 이러한 쿼터니언에서 조인트 각도를 계산할 수 있습니다. 상대적인 관절 배향은 근위 배향의 공액과 원위 배향을 곱하여 발견됩니다. 그런 다음 조인트 각도는이 상대 방향 쿼터니언의 고유 오일러 각도 분해에 의해 계산됩니다. 엉덩이와 무릎 확장 각도는 모두 완벽하게 직선 다리에 대해 180 도가되도록 정의됩니다.,

마지막으로,상하 백의 롤 각도는 대응하는 배향 쿼터니언으로부터 결정된다. 이 달성된 변환하여 현지 왼쪽에서 오른쪽 축 즉,y 축의 IMU 으로,관성의 프레임 참조 다음을 결정 사이의 각도는 축과 수평 비행기,그림에 나타낸 바와 같이. 5. 이 각도는 트렁크의 오른쪽이 왼쪽보다 낮을 때 양수로 정의됩니다.

정의는 무릎과 엉덩이의 확장자는 각도뿐만 아니라 trunk roll angle

구분의 기록된 데이터에 기반하여 수행된 규범의 가속 3D 벡터에 의해 나머지 부분을 검출하고 동작 단계로 구성됩니다. 각 지원 양식의 첫 번째 무릎 만 내보내고 조사합니다. 추출 된 랩 데이터로부터,랩 중간에 7 스트로크 이상의 시간 코스가 박스 플롯을 사용하여 조인트 및 롤 각도를 분석하도록 선택되었습니다., 결과적으로 각 랩의 시작 및 정지 단계는 데이터 분석에서 제외됩니다.피>