Dissertação

{en_GB=Functional Electric Stimulation Ankle Orthosis} {} EVALUATED

{pt=Todos os anos, milhões de pessoas sofrem AVC, lesões na medula espinal, lesões cerebrais traumáticas ou outros problemas neurológicos que afetam a via motora do nervo peroneal e levam a fraqueza do Tibialis Anterior (TA) e à consequente incapacidade de dorsifletir o pé durante a fase de balanço da passada, uma patologia chamada Pé Pendente (PP). Uma solução para aliviar os efeitos do PP é recorrer a Electro-Estimulação Funcional (EEF) para estimular o TA, promovendo a dorsiflexão do pé e evitando um arrastamento do pé durante o balanço. Atualmente, algumas ortóteses baseadas em EEF estão disponíveis comercialmente, mas usam apenas estratégias de controlo em anel aberto. Sistemas de anel fechado têm sido desenvolvidos na academia apenas com resoluções temporais de uma passada. O objetivo desta tese é aumentar esta resolução temporal para um terço do passo de modo a aumentar a capacidade de adaptação dos controladores já existentes. Para isso, o novo controlador segue uma estratégia semelhante àquela apresentada por Seel et al., usando a orientação do pé para corrigir o perfil de estimulação, mas recorre a uma divisão em três partes do balanço para escalar e corrigir este perfil, evitando alguns problemas de estabilidade que surgem aquando de variações no padrão de passada. O controlador foi implementado e testado num modelo neuromusculoesquelético e atingiu valores de Raiz do Erro Quadrado Médio inferiores a 2º, tendo então melhor performance que o anterior. As estratégias de aquisição foram testadas com dados de testes in vivo e provaram ser exatas e precisas., en=Every year, millions of people suffer from stroke, spinal cord injury, traumatic brain injury or other neurological or traumatic conditions that affect the peroneal nerve’s motor pathway and lead to the weakness of the Tibialis Anterior (TA) and the incapacity to dorsiflex the foot during swing, a condition called Drop Foot (DF). One solution to mitigate the effects of DF is to use Functional Electrical Stimulation (FES) to stimulate the TA, promoting foot dorsiflexion and toe clearance during swing. Nowadays, some FES-based orthoses are available commercially but rely on an Open-loop architecture. Closed-loop systems have only been presented in the academia with a time resolution of one step. The goal of this thesis was to increase this time resolution to one third of the step to improve the adaptation capacity of the already existing controller. To do that the new controller follows a similar strategy to the one proposed by Seel et al. of using the foot orientation to correct the stimulation profile, but uses a three-part division of the swing phase to scale and correct this profile, avoiding some instability issues that arise from variations in the gait pattern. The controller was implemented and tested in a neuromusculoskeletal model and achieved Root Mean Square Error values of less than 2º outperforming the previous one. Furthermore, the sensing strategies were tested with data from in vivo tests and proved to be accurate and precise.}
{pt=Pé Pendente, Electro-Estimulação Funcional, Controlo em Anel Fechado, Ortótese do tornozelo, Patologias da passada, en=Drop Foot, Functional Electrical Stimulation, Ankle Orthosis, Closed-Loop Control, Gait Pathology}

Novembro 22, 2019, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Manuel Herculano Carvalho

Hospital de Santa Maria

Doutor

ORIENTADOR

Jorge Manuel Mateus Martins

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado