JNER：闭环功能性神经肌肉刺激改善脊髓损伤患者躯干稳定性

脊髓损伤（SCI）会降低患者整体生活质量，这是由于对许多身体系统产生过多的潜在不利影响，从而损害肌肉骨骼、泌尿、心血管和其他基本功能。由于SCI严重损害了运动和感觉功能，改善SCI患者的内在功能至关重要，因为即使身体能力的微小提高也会对生活质量和独立性产生巨大影响。躯干稳定性在促进日常生活活动（ADL）中的作用至关重要，躯干运动通过扩大工作空间来实现ADL[6]，甚至当物体或ADL在手臂长度范围内时也可以使用。由于这些原因，SCI后躯干稳定性一直被评为改善的高度优先。躯干稳定性也是防止SCI患者跌倒的重要因素，可以促进轮椅的平衡和稳定功能。

功能性神经肌肉刺激（FNS）已成功地为SCI患者提供了独立进行许多受瘫痪影响的活动的选项，包括伸手、骑自行车和步行。需要对刺激进行适当调整，以补偿不同的负载情况和可能会使坐姿不稳定的施加扰动。扰动可能来自外部（例如轮椅碰撞）和内部（例如操纵重物）。本研究的目的是：（1）闭环刺激以保持直立坐姿，以及（2）确定刺激器在功能伸展任务期间对姿势的影响。本研究发表在神经工程和康复杂志上。

采用比例、积分、微分（PID）控制器，通过功能性神经肌肉刺激同时调节前屈和侧弯，保持直立坐姿。该刺激器通过功能性伸展任务进行测试，该任务旨在要求躯干运动，并通过获取、移动和用一个上肢替换物体而导致的惯性快速变化来施加内部扰动。五名不同损伤程度的SCI受试者接受了针对躯干和臀部肌肉的植入刺激器，参与了这项研究。每个受试者都被要求径向移动到三个目标站之一。该任务是分别处于活动状态、非活动状态或持续低水平的神经刺激下执行的。通过运动捕捉测量躯干俯仰（屈曲）和侧倾（横向弯曲）角度，以生成每个任务和条件的椭圆运动轮廓。通过计算椭圆面积来量化姿势摆动。此外，在伸展运动期间确定了平均有效伸展（肩部和手腕之间的距离）和恢复直立姿势所需的时间。

                                                                           系统方案设计

上肢动作，包括开车、吃饭和穿衣，都会给躯干带来独特的不稳定干扰，需要一种相同的、相反的反应来抵消干扰的影响。该系统能够通过同时控制瘫痪患者的躯干伸展和侧身弯曲来保持直立姿势，以响应到达任务。结果显示两名受试者受到刺激后减少了姿势摆动，三名受试的平均有效伸展幅度增加，一名受试下降。对主要运动方向的分析显示，恢复直立运动的速度加快了0.17至0.32秒。 三名受试者（S1、S2、S3）在反馈控制下，单手平均有效单侧到达距离显著增加。该刺激系统的一个主要优点是改进了向直立运动的返回，与无/低刺激情况相比，改善范围为0.17至0.32s，减少15%至25%。

                                                                                设计方案设计

这些结果表明，神经刺激的反馈控制是一种保持直立坐姿的可行方法，通过促进SCI患者完成伸展任务所需的躯干运动。

原始出处

Friederich, A.R.W., Bao, X., Triolo, R.J. et al. Feedback control of upright seating with functional neuromuscular stimulation during a reaching task after spinal cord injury: a feasibility study. J NeuroEngineering Rehabil 19, 139 (2022).