Nova Órtese Elétrica para Auxílio da Marcha Humana

Abstract

A marcha humana, responsável por mover o corpo para frente, pode apresentar alterações funcionais, com parâmetros alterados como a cadência e velocidade. A diminuição de força muscular dos membros inferiores é uma das causas dessas alterações. Entre os recursos terapêuticos utilizados pelo fisioterapeuta para o fortalecimento muscular está a eletroestimulação muscular transcutânea (EMT), que consiste na aplicação terapêutica de corrente elétrica nos grupos musculares, e pode ser realizada através de uma órtese elétrica. Atualmente são poucas as opções dessas órteses elétricas no mercado, e com preços não acessíveis aos serviços de saúde. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo projetar, desenvolver, montar e testar uma órtese elétrica, baseada na integração de um aparelho comercial, gerador de EMT, com um novo sistema de sensoriamento da marcha humana. Neste trabalho foi possível realizar o desenvolvimento de um sistema composto por uma palmilha instrumentada com sensores piezorresistivos, capaz de identificar a fase de marcha, um módulo de comando, que realiza o tratamento dos sinais dos sensores, comunicação com um software especialista e chaveamento das saídas da eletroestimulação, e um software especialista para controle da eletroestimulação. Os testes realizados mostraram que o sistema é capaz de atuar durante um ciclo de marcha, com um atraso de apenas 40 ms, sem alterar a forma de onda dos trens de pulso gerados pelo eletroestimulador. Um ensaio de fadiga mostrou que a integridade dos sensores é mantida mesmo após cinco mil ciclos de força aplicada sobre sua área sensitiva. Foi desenvolvida também uma unidade de demonstração para realizar a simulação e estudos do sistema proposto. O sistema desenvolvido mostrou-se, então, uma opção eficiente e de baixo custo para o tratamento das disfunções da marcha humana.

The human gait, responsible for moving the body forward, may present functional alterations, with altered parameters such as cadence and velocity. Decreased muscle strength of the lower limbs is one of the causes of these changes. Transcutaneous muscular electrical stimulation (TME), which consists on the therapeutic application of electric current in muscle groups, is one of the therapeutic resources used by the physiotherapist for muscle strengthening, and can be performed through an electrical orthosis. Currently, there are few options for these electrical orthoses on the market, and with inaccessible prices to health services. Therefore, the aim of this study was to design, develop, assemble and test an electrical orthosis based on the integration of a commercial TME generator with a new human gait sensing system. It was possible to accomplish the development of a system composed of an insole instrumented with four piezoresistive sensors, capable of identifying the phase of the gait, a control module, which does the treatment of sensor signals, communication with specialized software and switching of the outputs of the electrical stimulation, and a specialized software to control electrical stimulation. The tests showed that the system is able to act during a walking cycle, with a delay of only 40 ms, without changing the waveform of the pulse trains generated by the electrical stimulator. A fatigue test showed that the integrity of the sensors is maintained even after fifty thousand cycles of force applied over their sensitive area. A demonstration unit was also developed to carry out the simulation and studies of the proposed system. The developed system proved to be an efficient and low cost option for the treatment of human gait dysfunctions.