우리는 헌신 하는 시간과 노력을 연구에 참여 하는 참가자에 게 감사 하 고 싶습니다. 우리는 사냥꾼 홈즈 맥과 어 연구소와 척수 부상 서비스 및 장애 임상 인간 연구 실험을 실시 하는 환경을 제공 감사 하 고 싶습니다. Ashraf S. Gorgey 베테랑의 담당 부서, 베테랑 건강 관리, 재활 연구 및 개발 서비스 (B7867 W) 및 국방부-CDRMP (W81XWH-14-SCIRP-CTA) 현재 지원 됩니다.

이 원고에 설명 된 훈련 프로토콜 clinicaltrials.gov 식별자 (NCT01652040) 등록 됩니다. 훈련 프로그램 발목 무게와 FES-LEC NMES RT를 포함 한다. 모든 필요한 장비는 표 2에 나열 됩니다. 연구 프로토콜 및 동의 검토 하 고 리치몬드 VAMC 기관 검토 위원회 (IRB)의 버지니아 연방 대학 (VCU) IRB에 의해 승인 했다. 모든 연구 절차 설명 했다 재판을 시작 하기 전에 각 참가자에 게 정보.
1. 참가자 모집
<ol><li>잠재적인 참가자에 대 한 사전 심사 평가 수행 합니다.<ol>
<li>철저 하 게 연구 (24 주), 회 주 (격주) 및 세션의 길이의 길이 포함 하 여 훈련 프로토콜의 세부 사항을 설명 (NMES RT: 30 분 및 FES-LEC: 45-60 분). 참고: NMES RT에 FES-LEC의 12 주 뒤 첫 12 주 동안 실시 됩니다.</li>
		<li>잠재적인 참가자를 포함 하 여 의료 요구 사항을 설명: 남성 또는 여성 스키, 미국 척수 상해 분류 (AIS) A, B 또는 C (그는 일어서서 걸을 수 없습니다 누가 AIS "C" 분류)와 18에 65 년 오래 된, 1 년 이상 후 부상, 신체 질량 지 수 (BMI) ≤ 30 k g/m2, 상해의 모터 완전 하거나 불완전 한 C5-L2 수준.</li>
		<li>잠재적인 참가자를 포함 하 여 의료 제한 설명: 통제 유형 II 당뇨병 심혈 관 질환의 진단 또는 인슐린, 통제 고혈압에 압력 염증 단계 3 이상, 요로 감염 또는, T-점수가-2.5, 골다공증 증상과 임신 여성 과학을 위한</li>
	</ol>
</li>
</ol>2입니다. NMES-RT
<ol><li>참가자는 자신의 방광을 비운 다 고 휴식 혈압과 심장 박동을 측정. 참가자는 휠체어에 장착 되어, 하는 동안 자신의 신발을 벗고 참가자를 지시 합니다. 다음, 무릎 굴곡 하는 동안 다리를 쿠션에 종 아리 뒤에 베개를 두십시오. 참가자의 발목 (그림 1) 발목 무게 (0-26 파운드)을 적용 합니다. 참고: 초기 2 회 실시 하는 참가자는 중력에 대 한 자신의 다리를 올릴 수 있도록 발목 무게 없이.</li>
	<li>두 개의 7.5 c m x 12.7 c m 접착 탄소 전극 양측에 적용 피부 무릎 신 근 근육 그룹.<ol>
<li>원심 전극 ~1/3을 슬 개 골과 사 타 구니 겹 quadriceps의 중간에 중간 거리를 놓습니다. 엉덩이에서 무릎 관절 (그림 2)를 실행 하는 중간 축 전극 경도 평행 배치 합니다.</li>
		<li>옆으로 인접 전극 배치 및 vastus lateralis 근육에 사 타 구니 겹에 인접 한. 장소 전극 경도 및 평행 중간 축 (그림 2).</li>
	</ol>
</li>
	<li>휴대용 자극 기 30 Hz의 주파수와 450 µs의 복 형 직사각형 펄스 폭을 설정 하 고 50 µs interpulse 간격19,20,,2122,23,24 ,,3738,39. 각 전극에는 자극에서 케이블을 연결 합니다. 참고: 전극의 극성은 하지 영향을 미칠 자극 패턴으로 전극 올바르게 배치 됩니다.</li>
	<li>오른쪽 다리부터 눈에 보이는 긴장 무릎 신 근 근육 그룹에서 인식 될 때까지 점차적으로 전류를 증가. 전체 무릎 확장 (최대 200 mA) 연상 전류를 천천히 진입로를 계속 합니다. 확장에 대 한 3-5 활성화 된 모터 장치에 최대 긴장을 연상 남아 다리를 허용 합니다.</li>
	<li>점차적으로 그것의 아래 50% 현재 대상의 다리를 확장 하 고 괴상 다리를 이동 하는 데 필요한 시작 하는 위치를 다시 때까지 전류를 감소. 전체 다리 확장을 연상 하는 데 필요한 현재 진폭을 기록 합니다.</li>
	<li>다리와 왼쪽 다리 사이 대체 당 10 반복의 4 세트를 포함 하 여 일방적인 훈련을 완료 합니다. 3-5 s 각 반복 사이 세트 사이 3 분 휴식 하는 다리를 수 있습니다. 참가자 전체 무릎 확장에 도달 하지 않습니다, 만약 운동 % 범위를 기록 하 고 반복 사이 시간을 증가. 참고: 근육 피로 모션 ≤ 25%의 범위를 가진 두 개의 연속 반복으로 정의 됩니다.</li>
	<li>4 세트의 각각을 시도 하지만 참가자 근육 피로 경험, 현재 세트를 종료 하 고 반대쪽 다리에 훈련을 계속. 경우 전체 무릎 확장은 근육 피로 없이 2 연속 훈련 세션, 훈련의 다음 주 발목 무게의 2 파운드를 추가 합니다.</li>
</ol>3입니다. FES-LEC
<ol><li>참가자의 휴식 혈압과 심장 박동을 측정 합니다. FES 측 자전거 (자료 테이블) 앞 참가자의 개인 전원 또는 수동 휠체어 (그림 3a, 그림 3b)에 장착 위치.</li>
	<li>무릎 신 근에 접착 탄소 전극 적용, flexor 및 대 둔 근 근육 그룹을 양측 무릎.<ol>
<li>피부에 무릎 extensors 장소 원심 전극 (7.5 x 12.7 cm) 1/3는 슬 개 골 및 vastus medialis 근육 위로 사 타 구니 배 사이의 거리. 인접 전극을 옆으로 놓고는 vastus 통해 사 타 구니 겹에 인접 한 lateralis 근육 (그림 4a).</li>
		<li>무릎에 파편이 박 혀, 피부에 원심 전극 (7.5 x 10 cm) 장소 오 금 fossa 위에 2-3 cm. 인접 전극 20 cm 오 금 fossa (그림 4b) 위에 놓습니다. 원심 전극의 움직임을 방지 하기 위해 탄성 포장 (그림 3a) 전극의 보안 위치에 적용 됩니다.</li>
		<li>Gluteus maximus에 대 한 참가자가 앞으로 측 향을 지시 합니다. 장소 두 전극 (5 x 9 cm) 병렬 및 근육의 대량 배; 허용 ~ 두 전극 사이의 분리의 폭을 손가락.</li>
	</ol>
</li>
	<li>참가자의 휠체어에 장착 하 고는 측 앞 중심으로 각각 12 전극의 사용은 자극에서는 케이블을 연결 합니다. 전면을 확인 하 고 참가자를 확인 하는 측의 다시 올바르게 중심 이다.</li>
	<li>참가자의 휠체어 고정 고 부드럽게 페달 (그림 6) 내부 (테니스 신발을 입고) 참가자의 피트를 배치. 직물 덮 음에 싸여 탄력 있는 결박을 사용 하 여 측에 더 낮은 다리를 보호 합니다. 두 개의 교차 탄력 있는 결박과 Velcro 각 꽃잎 (그림 5)에 있는 장소에 참가자의 발을 보호 합니다.</li>
	<li>달아서 다리는 측에 수 동적으로 이동 후 다리는 그래서 순환 패턴을 관찰. 다리는 너무 압축 또는 hyperextended, 자전거의 높이 조정 하 고 수 동적으로 다리를 이동 하 여 위치를 다시 확인 하는 경우.</li>
	<li>참가자의 휠체어는 노동력의 기지에 위치한 2 개의 연장 후크를 사용 하 여 노동력을 보호 합니다. 휠체어 (그림 5) 아래 안정적인 구조를 후크를 연결 합니다. 중의 자 모든 움직임을 방지 하기 위해 휠체어의 바퀴 아래 두 나무 나누기를 배치 합니다.</li>
	<li>33.3 Hz, 350 µ s 펄스 기간을 140, 100, 100를 현재 진폭 자극 주파수 설정 mA 무릎 신 근, 무릎 flexor 및 대 둔 근 근육 그룹, 각각.</li>
	<li>사이클 매개 변수를 다음과 같이 설정: 40-45 분당 회전 (RPM);의 속도 대상 10부터 시작 하는 조정 가능한 모터 토크 Nm; 1.0의 저항 운동에 대 한 1.5 및 2.0 Nm 단계 I, II 및 III.</li>
	<li>간격 훈련 매개 변수를 다음과 같이 설정: 3 분 "워밍업" 단계; 3 10 분 운동 단계 (자극에); 2 분 휴식 단계 다음 각 운동 단계; 그리고 3 분 "진정" 단계.</li>
	<li>에 따라 (위 또는 아래 T4), 상해의 수준 측정 혈액 압력 및 심장 속도 2 ~ 5 분 마다 자율 dysreflexia의 증상의 발생을 방지 하기 위해.</li>
	<li>혈압 상승 된 경우는 노동력을 중지 하 고 무효 자신의 방광 또는 그들은 이미 무효화 하는 경우 나머지 참가자를 지시. 또한, 참가자는 어떤 압력 포인트를 줄이기 위해 신발 또는 어떤 스트랩 되는지 확인 하지 지나치게 강화를 올바르게 장착 되도록 확인 하십시오. 혈압 모니터링 밀접 하 게 모든 2 분. 혈압, 복구 하는 경우 다시 훈련; 혈압 남습니다, 세션을 종료 하 고 참가자가 자신의 주치의 볼 지시. 참고: 있는 경우 참가자 일관 되 게 그들의 혈압 약을 먹어야을 보장 하 고 FES 사이클링 하기 전에 그들의 방광을 무효화 하기 생명 이다.</li>
	<li>기록 참가자의 심장 박동, 속도, 전력, 거리, 저항 및 % 자극 각 30 s.</li>
	<li>참가자 피로 없이 전체 연습 세션을 완료 하는 경우 (활성 중 < 18 RPM의 속도), 서보 모터 토크 지원 1 감소 Nm 다음 세션 그렇지 않으면 모든 매개 변수는 그대로 유지.</li>
	<li>참가자 피로 또는 운동 단계 동안 서보 모터 지원의 사용 없이 두 운동 교육 세션을 완료 하는 경우 0.5에 의해 저항을 증가 각 운동 단계에서 Nm.</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

현재 연구는 전기 자극의 2 개의 다른 패러다임을 설명 했다. 하나의 패러다임 골격 근육 비 대를 연상 훈련된 근육에 진보적인 로드 구현에 집중 하 고 다른 패러다임 주로 에어로빅 용량 강화를 통해 심장-대사 성능을 향상 하기 위한 것. 보장 두 패러다임을 비교 하 고 각각의 찬 부 양론을 강조 하는 연구.
NMES RT 복원 근육 크기와 급성과 만성 SCI19,<...

그것은 미국에서 약 282000 명 현재 척수 상해 (SCI)1살고 추정. 평균, 대략 매년, 주로 자동차 충돌, 폭력, 그리고 스포츠 활동1의 행위에 의해 발생 하는 17000 새로운 경우가 있습니다. 스키 부상2의 수준의 밑에 걸쳐 신경 전송의 부분 또는 전체 중단 sub-lesional 감각 및 모터 손실 선도 발생 합니다. 부상 후 상해의 수준 아래 골격 근육의 활동은 크게 감소, 근육 량에 수 반하는 침투 소성 지방 조직 또는 근육 내 지방 (IMF)의 급속 한 감소에 지도. 연구 더 낮은 말단 골격 근육 부상, 첫 번째 년3,4의 끝에 걸쳐 계속의 처음 몇 주 동안 내 상당한 위축 경험으로 나타났습니다. 최대한 빨리 6 주 후 부상, 완전 한 SCI 경험된과 개인 18-46% 감소 sub-lesional 근육 크기에 연령과 체중 일치 abled 바디 컨트롤에 비해. 24 주 후 부상으로 골격 근육 단면적 (CSA)330 ~ 50 낮은 수 있습니다. Gorgey Dudley 골격 근육 위축 원래 크기의 43%로 4.5 개월 후 부상과 지적 abled 바디에 비해 불완전 한 문화를 가진 사람에서 IMF의 큰 금액 제어4세 번 계속 보여주었다. Metabolically 활성 근육 량의 손실을 기저의 신진 대사 속도 (BMR)2,6, 어떤 계정에 대 한 ∼65-70%; 총 일일 에너지 지출의 감소에 있는 결과 BMR 감소 등 해로운 에너지 불균형으로 이어질 수 있는 부상2,7,,89,10,18후 adiposity를 증가. 높아 adiposity 되었습니다 고혈압 등 만성 2 차 조건의 개발에 연결 하는 것은 II 당뇨병 mellitus (T2DM) 심혈 관 질환2,,1011, 를 입력 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18. 또한, SCI 명 영양 부족 및 높은 지방 다이어트에 대 한 의존도에서 고통을 수 있습니다. 식이 지방 섭취 량 높습니다 SCI와 사람의 체 지방 량의 29 ~ 34 %adiposity SCI 인구12,13내 비만의 확대 보급 증가 요인 설명 계정 수 있습니다.
신경 근육 학 전기 자극을 갖는 저항 훈련 (NMES-RT) 마비 골격 근육19,20,,2122,23의 비 대를 유도 하도록 설계 되었습니다. 24. 두 번 주간 NMES-RT, 골격 근육 전체 허벅지, 무릎 신 근 및 무릎 flexor 근육 그룹 28%, 35%, 16%, 각각22로 증가의 CSA의 다음 12 주. 더 들 리 외. 6 주 후 부상19에서 8 주 두 번 주간 NMES RT 복원 무릎 신 근 근육 크기 원래 크기의 75%를의 보여주었다. 또한, 마 호 외. 동일한 프로토콜을 활용 하 고 오른쪽에 35%와 39% 증가 지적 NMES RT20의 12 주 후 곧바로 femoris 근육을 왼쪽.
기능적 전기 자극-낮은 사지 사이클링 (FES-LEC) SCI25,26후 더 낮은 말단 근육 그룹을 운동 하는 일반적인 재활 기술 이다. NMES RT와 달리 FES-LEC 증가 비 대 될 수 있습니다 6 근육 그룹의 자극에 의존 하 고는 cardiometabolic에 개선 프로10,25,,2627, 28. Dolbow 외. 그 몸 전체 마른 질량 SCI27와 개인의 FES-LEC의 56 개월 다음 18.5% 증가 발견. 다음 세 번-주간 FES-LEC, 하반신 마비와 함께 60 세의 여성의 12 개월 경험 몸 전체에 7.7% 증가 기대 다 질량 그리고 다리에서 4.1% 증가 기대 대량28. 기능적 전기 자극 (FES)의 사용은 SCI10,,2526후 cardiometabolic 조건의 위험 요인 개선에 연관 된다.
전기 자극 훈련을 위한 이상적인 후보자 중 모터 완전 하거나 불완전 한 부상, 그대로 주변 모터 신경 및 제한 된 더 낮은 말단 감각을 가질 것 이다. 현재 원고 NMES RT 및 FES-LEC 만성 영향은 사람에서 전기 자극 훈련의 결과 개선 하도록 설계 된 사용 하 여 결합된 방법을 설명 합니다. NMES RT 과정 발목 아령을 사용 하 여 설명 될 것 이다, 개입 만성 문화를 가진 사람을 제공 하는 프로토콜 및 전반적인 혜택 내에서 주요 단계를 강조 하면서 두 번째 목표는 FES-LEC 개입의 전반적인 cardiometabolic 효과 극대화 하도록 설계 된 과정을 설명 하는. 이전 작업은 우리의 합리적인 결합된 훈련 프로토콜 전기 자극 훈련20,,2122,23,24의 24 주에 따라 큰 결과 그대로 보여주고 있습니다 재확인 ,25,26,31,32,33,,3435,36.

<table><tbody><tr><td>adhesive carbon electrodes (2 of each)</td><td>Physio Tech (Richmond, VA, USA 23233)</td><td>PT3X5&lt;br/&gt; PALS3X4&lt;br/&gt; E7300</td><td>7.5&#039; x 12.7&#039;&lt;br/&gt; 7.5&#039; x 10&#039;&lt;br/&gt; 5&#039; x 9&#039;</td></tr><tr><td>TheraTouch 4.7 stimulator</td><td>Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406)</td><td>400-082</td><td>41.28&#039; x 39.37&#039; x 17.78&#039; (8.91 kg)&lt;br/&gt; power: 110 VAC at 60 Hz / 220VAC at 50 Hz&lt;br/&gt; power consumption: 110 Watts</td></tr><tr><td>Red &amp;amp; White Lead Cords (2)</td><td>Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406)</td><td>A1717</td><td>2.0 m</td></tr><tr><td>RT300-SL FES Ergometer</td><td>Restorative Therapies, Inc. (Baltimore, MD, USA 21231)</td><td>RT300-SL</td><td>80&#039; x 49&#039; x 92-103&#039; (39 kg)&lt;br/&gt; 16 channel&lt;br/&gt; speed: 15 &amp;ndash; 55 rev/min</td></tr><tr><td>elastic NuStim wraps (2)</td><td>Fabrifoam (Exton, PA, USA 19341)</td><td>PP108666</td><td>36&quot;</td></tr><tr><td>wooden wheelchair break (2)</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>n/a</td></tr><tr><td>pillow/cushion</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>standard</td></tr><tr><td>ankle weights</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>2-26 lb.</td></tr></tbody></table>

paradigms of lower extremity electrical stimulation training after spinal cord injury

골격 근육 위축, 증가 시킨된 adiposity 및 감소 된 신체 활동은 척수 상해 (SCI) 후 관찰 하는 주요 변화 되며 수많은 cardiometabolic 건강 결과와 관련. 이러한 변화는 만성 보조 조건 개발의 위험을 증가 하 고 신경 근육 학 전기 자극을 갖는 저항 (NMES-RT)을 훈련 하는 전략으로 개발 되었다 과학 표면을 가진 사람의 삶의 질에 영향을 줄 것 골격 근육 위 축의 과정을 감소, 소성 adiposity 감소, 인슐린 감도 향상 고 미토 콘 드리 아 수 용량을 강화 한다. 그러나, NMES RT만 단일 근육 그룹에 제한 된다. 더 낮은 말단의 여러 근육 그룹에 관련 된 훈련의 효능 극대화 수 있습니다. 기능적 전기 자극-낮은 말단 (FES-LEC) 자전거는 큰 신진 대사 및 심혈 관계 적응을 보여주고 것 6 근육 그룹의 활성화에 대 한 수 있습니다. 적절 한 지식의 자극 매개 변수 NMES RT의 장기 사용에 대 한 영향은 채택 전략을 가진 사람에서 전기 자극 훈련의 결과 극대화 하는 열쇠 이며 재활 중 FES-LEC의 무결성을 유지할 수 있는 근육 골격 시스템, 산책 부상 후 복원 하는 것을 목표로 하는 임상 시험에 대 한 필수. 현재 원고 FES-LEC 이전 NMES-RT를 사용 하 여 결합 된 프로토콜을 제공 합니다. 우리 근육 단련에 12 주간 자전거 타기 전에 큰 힘을 생성할 수 있을 것입니다 높은 저항에 대 한 주기 및 영향은 명에 더 적응 결과 가설

발목 무게 증가 22 참가자, 점차적으로 16 주 동안 NMES RT (그림 6a). 참가자에 의해 해제 평균 무게는 19.6 ± 6.5 파운드 (오른쪽 다리)와 20 ± 6 파운드 (왼쪽된 다리) [8-24 l b]. 현재 진폭 오른쪽과 왼쪽 다리 (그림 6b)에 대 한 재판 내내 변동 했다.
완전 한 SCI FES-LEC 훈련 12 주 다음 표 ...

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Paradigms of Lower Extremity Electrical Stimulation Training After Spinal Cord Injury

척수 상해 보조 만성 대사 질환의 높은 위험에 발생할 수 있는 충격적인 건강 상태 이다. 여기, 우리는 함께 사용 하 여 표면 신경 근육 학 전기 자극-저항 훈련 전략으로 사이클링 기능적 전기 자극 더 낮은 사지와 여러 의료 문제를 개량 하는 프로토콜을 제시.

척수 손상 후 더 낮은 말단 전기 자극 교육의 패러다임

Skeletal muscle atrophy, increased adiposity and reduced physical activity are key changes observed after spinal cord injury (SCI) and are associated with ...

paradigms-lower-extremity-electrical-stimulation-training-after

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Behavior

12.6K 조회수.  Hunter Holmes McGuire VAMC. 척수 상해 보조 만성 대사 질환의 높은 위험에 발생할 수 있는 충격적인 건강 상태 이다. 여기, 우리는 함께 사용 하 여 표면 신경 근육 학 전기 자극-저항 훈련 전략으로 사이클링 기능적 전기 자극 더 낮은 사지와 여러 의료 문제를 개량 하는 프로토콜을 제시.

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A Murine Model of Muscle Training by Neuromuscular Electrical Stimulation

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a common clinical modality that is widely used to restore1, maintain2 or enhance3-5 muscle functional capacity. Transcutaneous surface stimulation of skeletal muscle involves a current flow between a cathode and an anode, thereby inducing excitement of the motor unit and the surrounding muscle fibers. 
NMES is an attractive modality to evaluate skeletal muscle adaptive responses for several reasons. First, it provides a reproducible experimental model in which physiological adaptations, such as myofiber hypertophy and muscle strengthening6, angiogenesis7-9, growth factor secretion9-11, and muscle precursor cell activation12 are well documented. Such physiological responses may be carefully titrated using different parameters of stimulation (for Cochrane review, see 13). In addition, NMES recruits motor units non-selectively, and in a spatially fixed and temporally synchronous manner14, offering the advantage of exerting a treatment effect on all fibers, regardless of fiber type. Although there are specified contraindications to NMES in clinical populations, including peripheral venous disorders or malignancy, for example, NMES is safe and feasible, even for those who are ill and/or bedridden and for populations in which rigorous exercise may be challenging. 
Here, we demonstrate the protocol for adapting commercially available electrodes and performing a NMES protocol using a murine model. This animal model has the advantage of utilizing a clinically available device and providing instant feedback regarding positioning of the electrode to elicit the desired muscle contractile effect. For the purpose of this manuscript, we will describe the protocol for muscle stimulation of the anterior compartment muscles of a mouse hindlimb.

A murine model of neuromuscular electrical stimulation (NMES), a safe and inexpensive clinical modality, to the anterior compartment muscles is described. This model has the advantage of modifying a readily available clinical device for the purpose of eliciting targeted and specific muscle contractions in mice.

신경근육학 전기적 자극에 의​​해 근육 트레이닝의 Murine 모델

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a common clinical modality that is widely used to restore1, maintain2 or enhance3-5 muscle functional ...

연구

의학

Treating Low Back Pain in Failed Back Surgery Patients with Multicolumn-lead Spinal Cord Stimulation

Failed back surgery syndrome (FBSS) refers to persistent, chronic pain following spinal surgery. Spinal cord stimulation with dorsal epidural leads can be used to treat back and leg pain in FBSS patients. This paper presents a detailed protocol for using spinal cord stimulation with surgical leads in FBSS patients. In our department, with the patient under general anesthesia, we place the lead in the epidural space by means of a small laminectomy at the 10th thoracic level. Placement of the lead is followed by a 1 month trial period with an externalized lead. If pain relief is greater than 50% at the end of this 1 month stimulation trial (required by Belgian reimbursement criteria), an internal pulse generator is then placed under the skin and connected to the lead in a second surgical procedure. We have demonstrated that using this technique in rigorously selected FBSS patients can significantly improve back pain, leg pain, patient activity, and quality of life for a sustained period of time.

This paper presents a method that uses spinal cord stimulation with a multicolumn lead to treat neuropathic low back pain in failed back surgery patients.

Multicolumn 리드 척수 자극 실패 다시 수술 환자에서 낮은 허리 통증 치료

Failed back surgery syndrome (FBSS) refers to persistent, chronic pain following spinal surgery. Spinal cord stimulation with dorsal epidural leads can be ...

행동분석학

Breathing-controlled Electrical Stimulation (BreEStim) for Management of Neuropathic Pain and Spasticity

Electrical stimulation (EStim) refers to the application of electrical current to muscles or nerves in order to achieve functional and therapeutic goals. It has been extensively used in various clinical settings. Based upon recent discoveries related to the systemic effects of voluntary breathing and intrinsic physiological interactions among systems during voluntary breathing, a new EStim protocol, Breathing-controlled Electrical Stimulation (BreEStim), has been developed to augment the effects of electrical stimulation. In BreEStim, a single-pulse electrical stimulus is triggered and delivered to the target area when the airflow rate of an isolated voluntary inspiration reaches the threshold. BreEStim integrates intrinsic physiological interactions that are activated during voluntary breathing and has demonstrated excellent clinical efficacy. Two representative applications of BreEStim are reported with detailed protocols: management of post-stroke finger flexor spasticity and neuropathic pain in spinal cord injury.

Breathing-controlled Electrical Stimulation BreEStim for Management of Neuropathic Pain and Spasticity

The purpose is to present a new method, breathing-control electrical stimulation (BreEStim) for management of neuropathic pain and spasticity.

Neuropathic 고통과 Spasticity의 관리를위한 호흡 조절 전기 자극 (BreEStim)

Electrical stimulation (EStim) refers to the application of electrical current to muscles or nerves in order to achieve functional and therapeutic goals. ...

Training Persons with Spinal Cord Injury to Ambulate Using a Powered Exoskeleton

Powered exoskeletons have become available for overground ambulation in persons with paralyses due to spinal cord injury (SCI) who have intact upper extremity function and are able to maintain upright balance using forearm crutches. To ambulate in an exoskeleton, the user must acquire the ability to maintain balance while standing, sitting and appropriate weight shifting with each step. This can be a challenging task for those with deficits in sensation and proprioception in their lower extremities. This manuscript describes screening criteria and a training program developed at the James J. Peters VA Medical Center, Bronx, NY to teach users the skills needed to utilize these devices in institutional, home or community environments. Before training can begin, potential users are screened for appropriate range of motion of the hip, knee and ankle joints. Persons with SCI are at an increased risk of sustaining lower extremity fractures, even with minimal strain or trauma, therefore a bone mineral density assessment is performed to reduce the risk of fracture. Also, as part of screening, a physical examination is performed in order to identify additional health-related contraindications. 
Once the person has successfully passed all screening requirements, they are cleared to begin the training program. The device is properly adjusted to fit the user. A series of static and dynamic balance tasks are taught and performed by the user before learning to walk. The person is taught to ambulate in various environments ranging from indoor level surfaces to outdoors over uneven or changing surfaces. Once skilled enough to be a candidate for home use with the exoskeleton, the user is then required to designate a companion-walker who will train alongside them. Together, the pair must demonstrate the ability to perform various advanced tasks in order to be permitted to use the exoskeleton in their home/community environment.

Training a person with paralysis to ambulate using a powered exoskeleton may present challenges. The goals are to present the candidate selection criteria and the training procedures for exoskeletal-assisted walking and other mobility skills that can be progressed as the participant's skill level improves.

척수 손상이있는 사람을 교육하는 것은 동력 형 외골격을 사용 Ambulate하기

Powered exoskeletons have become available for overground ambulation in persons with paralyses due to spinal cord injury (SCI) who have intact upper ...

생체공학

Standing Neurophysiological Assessment of Lower Extremity Muscles Post-Stroke

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a common tool used to measure the behavior of motor circuits in healthy and neurologically impaired populations. TMS is used extensively to study motor control and the response to neurorehabilitation of the upper extremities. However, TMS has been less utilized in the study of lower extremity postural and walking-specific motor control. The limited use and the additional methodological challenges of lower extremity TMS assessments have contributed to the lack of consistency in lower extremity TMS procedures within the literature. Inspired by the decreased ability to record lower extremity TMS motor evoked potentials (MEP), this methodological report details steps to enable post-stroke TMS assessments in a standing posture. The standing posture allows for the activation of the neuromuscular system, reflecting a state more akin to the system's state during postural and walking tasks. Using dual-top force plates, we instructed participants to equally distribute their weight between their paretic and non-paretic legs. Visual feedback of the participants' weight distribution was provided. Using image guidance software, we delivered single TMS pulses via a double-cone coil to the participants' lesioned and non-lesioned hemispheres and measured the corticomotor response of the paretic and non-paretic tibialis anterior and soleus muscles. Performing assessments in the standing position increased the TMS response rate and allowed for the use of the lower stimulation intensities compared to the standard sitting/resting position. Utilization of this TMS protocol can provide a common approach to assess the lower extremity corticomotor response post-stroke when the neurorehabilitation of postural and gait impairments are of interest.

This protocol describes the process for performing a neurophysiological assessment of the lower extremity muscles, tibialis anterior and soleus, in a standing position using TMS in people post-stroke. This position provides a greater probability of eliciting a post-stroke TMS response and allows for the use of reduced stimulator power during neurophysiological assessments.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a common tool used to measure the behavior of motor circuits in healthy and neurologically impaired ...

Quantifying Arms and Legs Contributions during Repetitive Electrically-Assisted Sit-To-Stand Exercise in Paraplegics: A Pilot Study

Execution of Sit-to-Stand (SitTS) in incomplete spinal cord injury (SCI) patients involves motor function in both upper and lower extremities. The use of arm support, in particular, is a significant assistive factor while executing SitTS movement in SCI population. In addition, the application of functional electrical stimulation (FES) onto quadriceps and gluteus maximus muscles is one of the prescribed management for incomplete SCI to improve muscle action for simple lower limb movements. However, the relative contribution of upper and lower extremities during SitTS has not been thoroughly investigated. Two motor incomplete SCI paraplegics performed repetitive SitTS to fatigue exercise challenge. Their performance was investigated as a mixed-method case-control study comparing SitTS with and without the assistance of FES. Three sets of SitTS tests were completed with 5-min resting period allocated in between sets, with mechanomyography (MMG) sensors attached over the rectus femoris muscles bilaterally. The exercise was separated into 2 sessions; Day 1 for voluntary SitTS and Day 2 for FES-assisted SitTS. Questionnaires were conducted after every session to gather the participants&#39; input about their repetitive SitTS experience. The analysis confirmed that a SitTS cycle could be divided into three phases; Phase 1 (Preparation to stand), Phase 2 (Seat-off), and Phase 3 (Initiation of hip extension), which contributed to 23% &#177; 7%, 16% &#177; 4% and 61% &#177; 6% of the SitTS cycle, respectively. The contribution of arms and legs during SitTS movement varied in different participants based on their legs&#39; Medical Research Council (MRC) muscle grade. In particular, the applied arm forces start to increase clearly when the leg forces start to decline during standing. This finding is supported by the significantly reduced MMG signal indicating leg muscle fatigue and their reported feeling of tiredness.

Arms contribution in Sit-To-Stand (SitTS) is determined by the legs' muscle condition. Several compensating strategies were discovered in efforts to achieve complete SitTS cycles. These findings triangulate the spinal cord injury (SCI) persons' biomechanical measures with their subjective feeling of load borne by both their limbs throughout the SitTS approaches.

하반신 마비 환자에서 반복적인 전기 보조 기립 운동 중 팔과 다리 기여도 정량화: 파일럿 연구

Execution of Sit-to-Stand (SitTS) in incomplete spinal cord injury (SCI) patients involves motor function in both upper and lower extremities. The use of ...

공학

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing delivery of oxygen and nutrients. About half of the stroke survivors are left with some degree of disability. Innovative methodologies for restorative neurorehabilitation are urgently required to reduce long-term disability. The ability of the nervous system to reorganize its structure, function and connections as a response to intrinsic or extrinsic stimuli is called neuroplasticity. Neuroplasticity is involved in post-stroke functional disturbances, but also in rehabilitation. Beneficial neuroplastic changes may be facilitated with non-invasive electrotherapy, such as neuromuscular electrical stimulation (NMES) and sensory electrical stimulation (SES). NMES involves coordinated electrical stimulation of motor nerves and muscles to activate them with continuous short pulses of electrical current while SES involves stimulation of sensory nerves with electrical current resulting in sensations that vary from barely perceivable to highly unpleasant. Here, active cortical participation in rehabilitation procedures may be facilitated by driving the non-invasive electrotherapy with biosignals (electromyogram (EMG), electroencephalogram (EEG), electrooculogram (EOG)) that represent simultaneous active perception and volitional effort. To achieve this in a resource-poor setting, e.g., in low- and middle-income countries, we present a low-cost human-machine-interface (HMI) by leveraging recent advances in off-the-shelf video game sensor technology. In this paper, we discuss the open-source software interface that integrates low-cost off-the-shelf sensors for visual-auditory biofeedback with non-invasive electrotherapy to assist postural control during balance rehabilitation. We demonstrate the proof-of-concept on healthy volunteers.

A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.

후 스트로크 균형 재활을위한 신경 근육 전기 자극 시스템과 저가 센서를 통합하는 인간 - 기계 인터페이스

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

신경과학

Finite Element Modelling of a Cellular Electric Microenvironment

Clinical studies show electrical stimulation (ES) to be a potential therapy for the healing and regeneration of various tissues. Understanding the mechanisms of cell response when exposed to electrical fields can therefore guide the optimization of clinical applications. In vitro experiments aim to help uncover those, offering the advantage of wider input and output ranges that can be ethically and effectively assessed. However, the advancements in in vitro experiments are difficult to reproduce directly in clinical settings. Mainly, that is because the ES devices used in vitro differ significantly from the ones suitable for patient use, and the path from the electrodes to the targeted cells is different. Translating the in vitro results into in vivo procedures is therefore not straightforward. We emphasize that the cellular microenvironment's structure and physical properties play a determining role in the actual experimental testing conditions and suggest that measures of charge distribution can be used to bridge the gap between in vitro and in vivo. Considering this, we show how in silico finite element modelling (FEM) can be used to describe the cellular microenvironment and the changes generated by electric field (EF) exposure. We highlight how the EF couples with geometric structure to determine charge distribution. We then show the impact of time dependent inputs on charge movement. Finally, we demonstrate the relevance of our new in silico model methodology using two case studies: (i) in vitro fibrous Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT-PSS) scaffolds and (ii) in vivo collagen in extracellular matrix (ECM).

This paper presents a strategy for building finite element models of fibrous conductive materials exposed to an electric field (EF). The models can be used to estimate the electrical input that cells seeded in such materials receive and assess the impact of changing the scaffold's constituent material properties, structure or orientation.

셀룰러 전기 미세 환경의 유한 요소 모델링

Clinical studies show electrical stimulation (ES) to be a potential therapy for the healing and regeneration of various tissues. Understanding the ...

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) on a treadmill is widely used as a rehabilitation tool in the SCI population with many benefits and improvements to daily life. We utilize this method of activity-based task-specific training (ABT) in rodents after SCI to both elucidate the mechanisms behind such improvements and to enhance and improve upon existing clinical rehabilitation protocols. Our current goal is to determine the mechanisms underlying ABT-induced improvements in urinary, bowel, and sexual function in SCI rats after a moderate to severe level of contusion. After securing each individual animal in a custom-made adjustable vest, they are secured to a versatile body weight support mechanism, lowered to a modified three-lane treadmill and assisted in step-training for 58 minutes, once a day for 10 weeks. This setup allows for the training of both quadrupedal and forelimb-only animals, alongside two different non-trained groups. Quadrupedal-trained animals with body weight support are aided by a technician present to assist in stepping with proper hind limb placement as necessary, while forelimb-only trained animals are raised at the caudal end to ensure no hind limb contact with the treadmill and no weight-bearing. One non-trained SCI group of animals is placed in a harness and rests next to the treadmill, while the other control SCI group remains in its home cage in the training room nearby. This paradigm allows for the training of multiple SCI animals at once, thus making it more time-efficient in addition to ensuring that our pre-clinical animal model mimics the clinical representation as close as possible, particularly with respect to the body weight support with manual assistance.

This protocol demonstrates our model of activity-based locomotor treadmill training for rats with spinal cord injury (SCI). Included is both quadrupedal and forelimb-only groups, in addition to two distinct types of non-trained control groups. Investigators are able to assess training effects on SCI rats using this protocol.

척수와 디딜 방 아에 활동 기반 교육 부상 Wistar 쥐

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...

Implantation and Control of Wireless, Battery-free Systems for Peripheral Nerve Interfacing

Peripheral nerve interfaces are frequently used in experimental neuroscience and regenerative medicine for a wide variety of applications. Such interfaces can be sensors, actuators, or both. Traditional methods of peripheral nerve interfacing must either tether to an external system or rely on battery power that limits the time frame for operation. With recent developments of wireless, battery-free, and fully implantable peripheral nerve interfaces, a new class of devices can offer capabilities that match or exceed those of their wired or battery-powered precursors. This paper describes methods to (i) surgically implant and (ii) wirelessly power and control this system in adult rats. The sciatic and phrenic nerve models were selected as examples to highlight the versatility of this approach. The paper shows how the peripheral nerve interface can evoke compound muscle action potentials (CMAPs), deliver a therapeutic electrical stimulation protocol, and incorporate a conduit for the repair of peripheral nerve injury. Such devices offer expanded treatment options for single-dose or repeated dose therapeutic stimulation and can be adapted to a variety of nerve locations.

This is a protocol for the surgical implantation and operation of a wirelessly powered interface for peripheral nerves. We demonstrate the utility of this approach with examples from nerve stimulators placed on either the rat sciatic or phrenic nerve.

말초 신경 인터페이스를 위한 배터리가 필요 없는 무선 시스템의 이식 및 제어

Peripheral nerve interfaces are frequently used in experimental neuroscience and regenerative medicine for a wide variety of applications. Such interfaces ...

척수 손상 후 더 낮은 말단 전기 자극 교육의 패러다임

요약

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이 비디오의 챕터

신경근육학 전기적 자극에 의해 근육 트레이닝의 Murine 모델

Multicolumn 리드 척수 자극 실패 다시 수술 환자에서 낮은 허리 통증 치료

Neuropathic 고통과 Spasticity의 관리를위한 호흡 조절 전기 자극 (BreEStim)

척수 손상이있는 사람을 교육하는 것은 동력 형 외골격을 사용 Ambulate하기

Standing Neurophysiological Assessment of Lower Extremity Muscles Post-Stroke

하반신 마비 환자에서 반복적인 전기 보조 기립 운동 중 팔과 다리 기여도 정량화: 파일럿 연구

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척수와 디딜 방 아에 활동 기반 교육 부상 Wistar 쥐

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