Orientadores Vera Lúcia da Silveira Nantes Button, Percy Nohama

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: A lesão medular afeta a condução dos sinais motores e sensoriais na medula. Com isso, a realização de movimentos voluntários por pessoas com lesão medular é prejudicada quando não impossível. A estimulação elétrica neuromuscular (EENM) é uma técnica que pode auxiliá-los a contornar essas...

Resumo: A lesão medular afeta a condução dos sinais motores e sensoriais na medula. Com isso, a realização de movimentos voluntários por pessoas com lesão medular é prejudicada quando não impossível. A estimulação elétrica neuromuscular (EENM) é uma técnica que pode auxiliá-los a contornar essas dificuldades, pois possibilita ativar a musculatura de um membro paralisado. Embora a EENM em malha aberta seja capaz de produzir movimentos em um membro paralisado, ele não é capaz de compensar automaticamente desvios angulares devidos a distúrbios. Fenômenos supressores de desempenho muscular como a fadiga muscular e a adaptação neuronal podem comprometer a qualidade de um movimento funcional evocado artificialmente. Por isso, sistemas de controle são incorporados a estimuladores elétricos. A mecanomiografia (MMG) pode fornecer informações sobre a condição de um músculo em contração. Este trabalho investiga a viabilidade do emprego de sinais de MMG no controle da aplicação de EENM visando a sua incorporação em estratégias de controle de membros inferiores (MMII) em lesados medulares sem treinamento. Para isso, foi desenvolvido um sistema integrado de monitoração multiparamétrica e EENM com capacidade de incorporação do sinal de MMG na estratégia de controle. Um ensaio com voluntários hígidos e contrações isométricas de membros superiores (MMSS) apontou variações em parâmetros de MMG no início e final da contração. Outro ensaio analisou o sinal de MMG e de ângulo com controle de EENM em malha e cadeia abertas para indivíduos hígidos e lesados medulares. Sinais de MMG e EENM em contrações dinâmicas de MMII foram registrados. Com o sistema integrado, aplicou-se EENM com controle de ângulo de joelho em malha fechada obtendo- se estabilidade angular do joelho de um lesado medular. Finalmente, o sistema integrado aplicou controle para estabilizar o ângulo de joelho e monitorar sinais de MMG. Os resultados de ensaios experimentais mostraram que parâmetros espectrais, como a frequência média de potência, apresentaram variações entre o início e o fim da contração quando a amplitude de EENM apresentou taxas de incremento mais elevadas. Conclui-se que existe viabilidade no emprego de MMG em estratégias de controle de EENM para MMII de lesados medulares em estabilidade angular, observando-se a taxa de incremento/decremento da saída do estimulador

Abstract: Spinal cord injury affects conduction of motor and sensory signals that flow through the spinal cord. Therefore, the performance of voluntary movements by spinal cord injured (SCI) persons is impaired, if not impossible. Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a technique that aids...

Abstract: Spinal cord injury affects conduction of motor and sensory signals that flow through the spinal cord. Therefore, the performance of voluntary movements by spinal cord injured (SCI) persons is impaired, if not impossible. Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a technique that aids SCI individuals to overcome these difficulties, because it allows activation of paralyzed limb muscles. Though NMES in open loop and in open chain tasks is able to generate movements in paralyzed limbs, it is not capable to automatically compensate for angle deviations due to disturbances. Suppressive phenomena of muscle performance, such as muscle fatigue and motor neuron adaptation, can compromise the quality of an artificially elicited functional moment. Thus, closed-loop control systems are merged with electrical stimulators. Mechanomyography (MMG) can provide information about a contracting muscle condition. This work proposes to investigate the feasibility of using MMG signals in the control of NMES application aiming its incorporation in lower limb control strategies of untrained spinal cord injured persons. An integrated system was built, comprising a multiparametric acquisition system and a closed-loop controlled neuromuscular electrical stimulator. The integrated system is able to incorporate MMG signals in the control strategy. A test with healthy volunteers performing upper limb isometric contractions indicated variations in MMG parameters between the beginning and end of contraction. Another test investigated MMG signals and joint angles with NMES in open loop and in open chain to healthy and SCI individuals. NMES and MMG signals during lower limb dynamic contractions were registered. Using the integrated system, NMES was applied to the control of knee angle in closed loop configuration ensuring angular stability of both knees on a single SCI volunteer. Finally, the integrated system applied closed loop control to stabilize the knee angle, and monitored MMG signals. Experimental results revealed that spectral parameters such as mean power frequency presented variations between the beginning and end of contraction when NMES amplitude showed higher amplitude increase rates. In conclusion, there is feasibility of using MMG signals in control strategies of NMES for lower limbs of SCI persons in reasonable angle stability. However, one must observe the stimulator output increase/decrease rate