Computational Study on Spatially Distributed Sequential Stimulation for Fatigue Resistant Neuromuscular Electrical Stimulation

刺激 功能性电刺激 肌肉疲劳 脊髓损伤 生物医学工程 神经生理学 医学 神经科学 物理医学与康复 材料科学 脊髓 计算机科学 肌电图 内科学 生物
作者
Silviu Agotici,Kei Masani,Paul B. Yoo
出处
期刊:IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:29: 2578-2586 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tnsre.2021.3133508
摘要

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is used to artificially induce muscle contractions of paralyzed limbs in individuals with stroke or spinal cord injury, however, the therapeutic efficacy can be significantly limited by rapid fatiguing of the targeted muscle. A unique stimulation method, called spatially distributed sequential stimulation (SDSS), has been shown clinically to reduce fatiguing during FES, but further improvement is needed. The purpose of this study was to gain a better understanding of SDSS-induced neural activation in the human lower leg using a computational approach. We developed a realistic finite element model of the lower leg to investigate SDSS, by solving the electric field generated by SDSS and predicting neural activation. SDSS applied at 10 Hz was further compared with conventional transcutaneous stimulation that delivered electrical pulses at 40 Hz through a single electrode. We found that SDSS electrically activated multiple sub-populations of motor neurons within the TA muscle that fired at frequencies ranging between 10 Hz and 40 Hz. This complex nerve activation pattern depicts the mechanism of action of SDSS for reducing muscle fatigue during NMES.

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