Controle motor de movimentos funcionais empregando sistema de estimulação elétrica em malha fechada

• Autor(a) principal: Souza, Delmar Carvalho de
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4954
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA; Medula espinhal - Ferimentos e lesões; Estimulação elétrica; Estimulação elétrica transcutânea do nervo; Articulações - Amplitude de movimento; Articulações - Amplitude de movimento - Medição; Eletroterapia; Pernas - Ferimentos e lesões; Spinal cord - Wounds and injuries; Electric stimulation; Transcutaneous electrical nerve stimulation; Joints - Range of motion; Joints - Range of motion - Measurement; Electrotherapeutics; Leg - Wounds and injuries; Engenharia Elétrica

Introdução: A lesão medular pode afetar diversas regiões do corpo prejudicando a motricidade, a propriocepção e a sensibilidade, exigindo adaptações para realização das atividades diárias. A estimulação elétrica funcional (FES) é um recurso eficaz na reabilitação dessas pessoas na medida em que permite o controle de movimentos funcionais. O objetivo deste estudo consiste em desenvolver e avaliar uma estratégia de controle motor empregando FES em malha fechada, para obtenção de movimentos funcionais em membros inferiores de pessoas com lesão medular, atuando sobre os grupos musculares agonista e antagonista da perna. Metodologia: Os grupos musculares dos quadríceps são estimulados em combinação com os isquiotibiais, a fim de avaliar a viabilidade do controle de posição do joelho para constituição de uma futura neuroprótese híbrida. O algoritmo do controlador PI foi escrito em linguagem C, e implementado em Raspberry PI3 e ATmega328. O perfil estimulatório gerado pelo sistema de FES segue as recomendações da literatura quanto à forma do sinal, frequência, duração e amplitude. O estimulador foi testado em 10 voluntários, sendo que 7 deles apresentavam lesões medulares, 1 apresentava sequelas de AVC, 1 voluntário com mielite transversa e 1 com pólio (perna sem lesão). Utilizou-se o método do domínio da frequência para encontrar parâmetros estáveis para o controlador PI. Resultados: Os testes in vivo mostraram que o controle sobre a amplitude de movimento do joelho apresenta a mesma tendência entre os voluntários, mas também é fortemente dependente do indivíduo. Observou-se que o tempo para atingir a amplitude de extensão-alvo, ou seja, a amplitude de movimento prevista, é inversamente proporcional ao Kc (ganho do controlador), enquanto o overshooting é diretamente proporcional ao Kc; o settling time e o atraso eletromecânico mostram a tendência de acompanhar Tc (constante de tempo do controlador). A estimulação conjugada entre quadríceps e isquiotibiais acentua o comportamento observado com relação à estimulação exclusivamente do quadríceps. Quando os parâmetros do controlador são adequadamente escolhidos para a estimulação do quadríceps, a estimulação combinada melhora a estabilidade do controle, como reduzindo overshoot e reduzindo o tempo para atingir a extensão-alvo. Conclusões: Conclui-se que a FES pode ser empregada no controle da amplitude de movimento do joelho de pessoas com lesão medular, podendo-se alcançar uma amplitude predefinida de forma segura. Parâmetros do controlador podem ser ajustados para adequar-se às características de cada voluntário, possibilitando atingir-se a extensão-alvo com maior ou menor velocidade, reduzir o overshoot e até minimizar oscilações indesejáveis. A estimulação conjugada dos grupos musculares quadríceps e isquiotibiais, com os parâmetros do controlador adequadamente escolhidos, promove um melhor controle da extensão.