A Functional electrical stimulation system for drop foot management during gait cycle.

Sistema basado en estimulación eléctrica funcional para la asistencia del pie caído durante el ciclo de la marcha

Abstract

Introducción: El síndrome de pie caído constituye una condición caracterizada por la limitación funcional de la articulación del tobillo para realizar el movimiento de dorsiflexión. La parálisis parcial o total derivado de un déficit neurológico, afecta los grupos musculares encargados de elevar la punta del pie durante la fase de balance, promueve una marcha en patrón de estepaje y reduce la eficiencia en la locomoción. Actualmente, las tecnologías de asistencia y rehabilitación basadas en estimulación eléctrica funcional (FES) han probado su utilidad para fortalecer, mantener el tono y la masa de grupos musculares. Además, ofrecen alternativas que, a traves de la administración de pulsos eléctricos sincronizados con las fases de la marcha, mejoran la funcionalidad de la extremidad inferior en individuos afectados con esta condición.

Objetivo: Desarrollar un dispositivo que mediante la administración de FES promueva la dorsiflexión y la flexión plantar del pie durante la marcha.

Metodología: Se diseñó y integró consistente en: a) un módulo de electroestimulación funcional: implementado a partir del uso de un estimulador comercial (Rehastim 2, Hasomed GmbH), utilizado para suministrar FES a través de electrodos de superficie autoadheribles; b) un módulo de detección de eventos de marcha: conformado por una plantilla personalizada e instrumentada con sensores de fuerza  (FSRs) para la detección de las fases de la marcha, y c) un módulo de control: implementado en un microporocesador Raspberry Pi/Python) configurado para coordinar al estimulador comercial para administrar la FES según la información obtenida a partir de la plantilla instrumentada.

La funcionalidad del sistema se probó en participantes con condición de pie caído a quienes se les adaptó y personalizó la configuración del sistema descrito y se realizó análisis de marcha basal sin FES y posteriormente asistida por FES.

Resultados: Se reclutaron a 5 participantes (3 mujeres, 2 hombres, edad: 44.7  años, talla: 175.3 5.5 cm, peso: 71.3  Kg) con condición de pie caído secundario a EVC. Un participante abandonó el estudio por intolerancia a la FES. Se observó una tendencia positiva en el incremento de la velocidad de marcha (basal: 48.2 cm/s; con FES: 53.4 cm/s) y en el rango de movimiento del tobillo (Figura 1).

Conclusiónes: El dispositivo diseñado cumplió con los criterios de un nivel de maduración tecnológica TRL3. Se integró por una plantilla instrumentada para detectar la posición del pie con respecto a la superficie de apoyo durante el ciclo de marcha, un controlador que procesa dicha información y envía instrucciones a un estimulador comercial que activa los grupos musculares afectados para promover la dorsiflexión y la flexión plantar del tobillo. Lo anterior permite que el sistema pueda ser útil para el manejo de otras alteraciones de movilidad de la extremidad. Adicionalmente, el empleo de una ortesis plantar personalizada instrumentada, incrementa la sensibilidad y confiabilidad de los sensores y permite la corrección de defectos de postura y promueve un distribución de la presión plantar adecuada. Se trata aún de un desarrollo que requiere de mayor número de pruebas en usuarios para alcanzar el nivel TRL4.