NOVAFES

 NOVAFES – Etapa 2 – 2015 - PROIECTAREA ŞI REALIZAREA MODELELOR EXPERIMENTALE NOVAFES

Obiectivele fazei de executie.

1.       Proiectarea, realizarea si testarea limitata a unor modele de textil functional cu electrozi incorporati.

2.       Definirea cerinţelor de testare cu stimulare electrică funcţională (FES) şi realizarea platformei de testare FES.

3.       Identificarea acelor metode de evaluare clinică a progresului recuperării neuromotorii la persoanele cu handicap neuromotor, care ar putea fi utilizate în cadrul fazei de testare clinică a textilelor funcţionale propuse de proiectul NOVAFES.

4.       Diseminarea rezultatelor (participare la simpozioane, saloane ale cercetării, saloane de inventică, actualizare website proiect) ;

Rezumat:

În cadrul acestei faze de execuţie se realizează premisele necesare trecerii la testarea clinică a materialelor textile funcţionale cu electrozi de electrostimulare incorporaţi. Acestea se vor adresa persoanelor cu deficit neuromotor datorat unor leziuni la nivelul sistemului nervos central (accident vascular cerebral, scleroza multiplă, imbunatatire mers la parkinsonieni etc.). Importantă a fost proiectarea produselor cu electrozi incorporaţi, aceste tipuri de electrozi putând fi realizaţi prin diverse tehnologii textile, în cadrul proiectului fiind proiectaţi şi realizaţi electrozi incorporaţi obţinuţi prin tricotare şi coasere. In principal, cercetarea a fost orientată către realizarea unor produse textile pentru stimularea membrelor superioare şi inferioare, utile în recuperarea neuromotorie a pacienţilor cu AVC. Nu există un consens asupra metodelor optime de cuantificare a deficitelor pacienților cu accident vascular cerebral și implicit asupra metodei ideale de evaluare în dinamică a acestora. În linii generale, parametrii urmăriți pot fi direcți – forța dezvoltata de un grup muscular sau abilitatea de a efectua o anumită mișcare – sau funcționali, indirecți – abilitatea pacientului de a rezolva  cu succes situații impuse de activitatea curentă. Majoritatea scalelor de evaluare existente în literatura combină aceste tipuri. Astfel, colectivul partenerului P1-SREC, a pregătit terenul testării clinice prin definirea metodelor care vor sta la baza evaluării reabilitării utilizatorilor produselor NOVAFES.  Pe tot parcursul etapei a fost avută în vedere şi urmărirea strategiei de diseminare a rezultatelor proiectului (de exemplu prin actualizarea site-ului web al proiectului, organizare workshop-uri, participare la conferinţe). Colectivul angrenat in realizarea proiectului a participat la:

·         Fundamentarea elementelor necesare proiectǎrii produselor cu electrozi incorporaţi.

·         Proiectarea şi realizarea electrozilor electrozilor incorporaţi prin tricotare.

·         Proiectarea electrozilor şi realizarea incorporaţi prin coasere.

·         Testarea în laborator a produselor textile.

·         Elaborarea metodelor clinice de evaluare pentru utilizatorii NOVAFES.

Diseminarea rezultatelor proiectului prin organizarea de workshop-uri, participare la conferinte şi actualizarea site-ului web (http://www.novafes.tuiasi.ro/). Rezultatele de noutate ştiinţifică si tehnologică au fost protejate prin elaborarea a 2 cereri de brevete de inventie transmise către OSIM.

 

Rezultate:

1.      Proiectarea electrozilor electrozilor incorporaţi prin tricotare

Pentru proiectarea electrozilor incorporaţi prin tricotare s-au parcurs douǎ etape: proiectarea funcţionalǎ şi proiectarea tehnologicǎ. Proiectarea funcţionalǎ (structuralǎ), este cea prin care, în raport cu destinaţia tricotului (electrostimularea musculaturii membrelor), s-a ales materia primǎ, structura şi forma tricotului şi s-au stabilit elementele privind dimensiunea electrozilor tricotaţi şi amplasarea acestora în cadrul produsului tricotat (poziţia lor relativǎ în raport cu grupele musculare ce trebuie stimulate).

Produsele tricotate tip ortezǎ, cu electrozi incorporaţi prin tricotare pentru electrostimulare neuromotorie, proiectate şi realizate, au fost supuse unor teste limitate de laborator, pentru:

-    stimularea nervului sciatic popliteu extern, pentru producerea mişcării muşchiului tibial anterior şi implicit a flexiei dorsale a piciorului (V1T şi V2T);

-    stimularea la nivelul antebraţului pentru producerea flexiei pumnului (V2T).

 

Produsele tricotate şi realizate, V1T şi V2T, sunt ilustrate şi caracterizate în  Tabelul 1

Tabelul 1.

V1T  - Produs tip ortezǎ cu electrod incorporat prin tricotare
	-          Produs realizat sub formǎ de tricot tubular neconturat -          Electrodul incorporat cât şi suprafaţa de bazǎ a produsului, sunt realizate în structurǎ glat  cu ochiuri normale -          Tricotarea se face  pe direcţie transversala -          Firele folosite: -          fir electroconductiv - Shieldex® 117/17 dtex 2-ply HC+B, -                fir nonconductiv – bumbac 20/1NE -          Tricotarea este realizată pe masina de tricotat ciorapi cu o fontură Sangiacomo, D = 3” ¾,, Na=144 -          Diametrul senzorului realizat prin tricotare este de cca 4 cm, in stare relaxat
V2T  - Produs tip ortezǎ cu electrod incorporat prin tricotare
	-          Produs realizat sub formǎ de tricot tubular neconturat -          Electrodul incorporat cât şi suprafaţa de bazǎ a produsului, sunt realizate în structurǎ glat  cu ochiuri normale -          Tricotarea se face  pe direcţie transversala -          Firele folosite: fir electroconductiv - Shieldex® 117/17 dtex 2-ply HC+B,       fir nonconductiv – bumbac 20/1NE -          Tricotarea este realizată pe masina de tricotat ciorapi cu o fontură Sangiacomo, D = 3” ¾,, Na=144 -          Realizat în douǎ variante de desimi (desime maximǎ – pentru antebraţ,    desime minimǎ – pentru gambǎ) -          Diametrul senzorului realizat prin tricotare este de cca 5 cm, in stare relaxata

 

2.     Proiectarea electrozilor incorporaţi prin coasere

 

Prin tehnologia de coasere, au fost realizate diferite variante de electrozi, folosindu-se atît cusatura rigidă (cusătura de suveică) din clasa 300, cât şi cusături elastice din clasele 500 şi 600.

Cusătura este definită ca o unitate structurală realizată printr-o anumită evoluţie a unuia sau mai multor fire, pe suprafaţa şi în profunzimea unui material (ISO 4915-1981). În structura cusăturilor pot fi evidenţiaţi următorii parametri:

- pasul cusăturii (p) - distanţa dintre două împunsături succesive ale acului, măsurată pe direcţia de coasere; numărul de paşi /cm defineşte desimea de coasere;

- grosimea cusăturii (G) - grosimea straturilor pe care se plasează cusătura (mm);

- lăţimea cusăturii (T) - distanţa dintre două împunsături successive sau simultane ale acului/acelor, măsurată perpendicular pe direcţia de coasere; poate fi pusă în evidenţă doar la cusături cusături de acoperire şi cusături cu ace multiple.

Pentru cele cinci variante de electrozi realizaţi prin coasere, consumul estimativ de fir electroconductiv este:

V1C - 1,4 m;

V2C - 2,8 m;

V3C - 7,4 m;

V4C - 12.6 m;

V5C – 5,3 m.

 

3.       Testarea in laborator în laborator a produselor textile cu electrozi incorporaţi

 

Produsele textile cu electrozi incorporaţi au fost testate în laborator, urmărindu-se exact paşii care s-ar realiza în cadrul unei testări clinice. S-a avut în vedere în principal stimularea membrelor inferioare şi a celor superioare, care, conform indicaţiilor personalului medical de recuperare al partenerului P1-SREC, reprezintă potenţial mare de aplicabilitate pentru recuperarea mersului sau a facilitării mişcărilor braţului paretic la persoanele cu AVC.

 

Structura platformei de testare cu FES este prezentată în figura de mai jos:

In cadrul platformei de testare FES sunt incluse:

•              Aparatele existente uzual in cadrul sectiilor de recuperare neuromotorie: O2CHS, MS2v2, O4CHS, ODFSIII, ODFS PACE. Acestea sînt utilizate pentru tonifierea musculaturii şi testare în mod static (MS2v2, O4CHS) sau în corectarea mersului (ODFSIII, ODFS PACE, ODFS PACE XL). În ambele cazuri se pot utiliza produsele textile cu electrozi incorporaţi pentru a înlocui electrozii clasici cu gel;

•              Structura de stimulare transcutanată cu neurostimulator programabil MotionStim8 (stânga sus). Acesta poate stimula pe opt canale de stimulare şi astfel se pot realiza si miscări mai complexe de genul mersului sau ridicări controlate în ortostaţiune. Pentru acesta s-a realizat o interfaţă Matlab@Simulink pentru programare şi control, care oferă şi posibilitatea de testare pe fiecare dintre canalele selectate, pentru determinarea valorii parametrilor de stimulare (curent, durata puls) pentru care se obţin contracţiile generând mişcarea funcţională.

•              Aparatura cu cameră Fluke Ti125 pentru testarea eventualelor creşteri de temperatură la nivelul pielii, şi astfel a fi perfect convinşi că electrozii textili proiectaţi nu pot produce leziuni la suprafaţa pielii.

•              Sistemul robot de reabilitare GE-O (partener P1) pe care s-au efectuat deja primele teste cu electrozii cu care a venit dotat, pentru a identifica modalităţile de implementare practică a produselor textile cu electrozi incorporaţi pentru exerciţiile cu suport procentual al greutăţii, utile în reabilitarea mersului la pacienţi cu leziuni medulare.

Platforma FES configurată a fost utilizată pentru testele de laborator efectuate şi pentru primele teste de iniţiere cu robotul de reabilitare GE-O.

 

Exemplificare rezultate testare:

V2T – stimularea la nivelul antebraţului pentru producerea flexiei pumnului

I[mA]	Flexie dorsală [%]	Comentarii cu privire la senzaţia electrostimulării, confort etc.
20	0	stimularea electrică nu se simte
25	0	se simt furnicături incipiente electrostimulării
30	0	se simt furnicături mai puternice şi unele fasciculaţii
35	20	fasciculaţii mai puternice, se produce mişcarea
40	100	contracţie musculară consistentă care produce mişcarea dorită

 

 

Fazele aplicării electrostimulării şi producerii flexiei pumnului (aici cu aparat de electrostimulare MS2v2)

 

 

 

 

 

 

Detalii legate de imaginea termografică preluată în timpul electrostimulării

 

Metode clinice de evaluare pentru utilizatorii NOVAFES

Datele epidemiologice sugerează că evoluția pacienților cu accident vascular cerebral este relativ similară, depinzând în primul rând de severitatea afectării motorii (aceasta incluzând capacitatea de fracționare și individualizare a contracției, plasticitatea si diminuarea forței).  Asocierea altor tipuri de deficite  – de sensibilitate, tulburări de schema corporală, alte tulburări de percepție și integrare a spațiului, tulburări de vedere, tulburări cognitive – poate schimba semnificativ prognosticul si respectiv modul în care evoluează abilitățile funcționale ale unui anumit pacient. Evaluarea pacientului cu accident vascular cerebral este importantă nu numai din punctul său strict de vedere (pentru ajustarea și alegerea abordării terapeutice), dar și în procesul de evaluare și dezvoltare a unor modalități noi de tratament. Metodele de evaluare pentru pacienti cu AVC, identificate, au fost cele pentru evaluarea bratului paretic (exp. scala Fugl-Meyer, testul ARAT) şi a piciorului (testul de mers pe 10m; testul de ridicare si pornire cronometrata, etc.).

Rezultate notabile:

Cereri de brevet depuse la OSIM:

·         PRODUS TRICOTAT, TIP ORTEZA, CU ELECTROZI INCORPORATI PRIN TRICOTARE, PENTRU RECUPERAREA MEMBRELOR, LA PERSOANE  CU HANDICAP NEUROMOTOR, Cerere de brevet OSIM nr.A00673/21.09.2015; Targul International de Inventii si Idei Practice -  InvestInvent 2015, Iasi, Romania, premiul II – Sectia de idei practice.

·         ELECTROD TEXTIL CU CONDUCTIVITATE ÎMBUNĂTĂȚITĂ; Cerere de brevet OSIM nr.A00787/03.11.2015;