Research on Biomedical Engineering
https://rbejournal.org/article/doi/10.4322/rbeb.2013.012
Research on Biomedical Engineering
Original Article

Influência de parâmetros da estimulação elétrica funcional na contração concêntrica do quadríceps

Influence of functional electrical stimulation parameters in quadriceps concentric contraction

Bohórquez, Ingrid Johanna R.; Souza, Marcio Nogueira de; Pino, Alexandre Visintainer

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Resumo

Introdução: Sistemas de estimulação elétrica funcional (FES) são usados na prática clínica para o fortalecimento muscular, assim como para a recuperação e preservação funcional dos músculos enfraquecidos. Porém, uma das dificuldades encontradas na sua aplicação é a falta de padrões adequados para a realização de um movimento pré-estabelecido, uma vez que os parâmetros da estimulação (frequência, intensidade de corrente e duração do pulso) são variados heuristicamente. O presente trabalho investigou a influência dos parâmetros da FES usada no estabelecimento da posição angular e força produzida na extensão de joelho. Métodos: O procedimento experimental foi dividido em duas fases chamadas Fase I e Fase II. A amostra total do estudo foi composta por 41 voluntários saudáveis de ambos os sexos (27 na Fase I e 14 na Fase II). Durante a Fase I cada voluntário foi estimulado com 18 combinações diferentes de parâmetros para a FES, com o objetivo de determinar um modelo capaz de prever o movimento realizado para cada padrão de estimulação. Resultados: As diferentes durações de pulso aplicadas não resultaram em alterações significativas nos movimentos produzidos. Dentre os valores de frequência investigados, 50 Hz foi escolhida para a Fase II, por ter apresentado maior diferença estatisticamente significativa para os valores de intensidade de corrente avaliados. Durante a Fase II, a intensidade de corrente da FES foi ajustada segundo um modelo linear estabelecido durante a primeira fase e que considerou características antropométricas dos sujeitos; encontrando-se um coeficiente de correlação r = 0,798 entre o ângulo pré-estabelecido e o ângulo alcançado. Conclusão: Este trabalho apresenta um modelo para a determinação de parâmetros de FES que permitem estabelecer variações angulares da articulação do joelho associadas à eletroestimulação. Considerando a frequência e a duração de pulsos constantes, se estima, usando uma equação de primeira ordem e com coeficiente de correlação em torno de 0,72, a intensidade de corrente dependente da variação de angulação desejada

Palavras-chave

Estimulação elétrica funcional FES, Variação angular, Força muscular

Abstract

Introduction: Functional electrical stimulation (FES) is used in clinical practice for muscle strengthening, as well as for functional recovery and preservation of weakened muscles. However, one of the problems in clinical application is the lack of adequate standards for determining the attainment of a predetermined movement, since the stimulation parameters are often adjusted heuristically. The present study investigated the influence of some parameters (frequency, current intensity and pulse duration) of the FES used to establish the joint angle and force produced in knee extension. Methods: The experimental procedure was divided in two phases (Phase I and Phase II). The total sample included 41 healthy volunteers of both sexes (27 and 14 in Phase I and Phase II). During Phase I 18 profiles of FES were applied in the quadriceps muscle of subjects, changing the above-mentioned FES parameters. Results: It was observed that the pulse duration of the electrical stimulation pulse did not exhibit significant relevance in the evoked movements. Among the discrete values of frequency investigated, the stimulation at 50 Hz was selected because it showed higher statistical significant difference considering the values of current intensity measured. During the Phase II, devoted to place the knee joint angle in a pre-determined value, the current intensity of the FES was adjusted according to the linear model established during the Phase I, which considered anthropometric characteristics of the subjects. In this Phase we found a correlation coefficient r = 0,798 between the pre-determined angle and the reached one. Conclusion: This paper presents a model for the determination of FES parameters for establishing angular variations of the knee associated with electrical stimulation. Considering frequency and pulse duration constants we estimate, using a first order equation and correlation coefficient of 0.72, the current intensity dependent of desired angle variation.

Keywords

Functional Electrical Stimulation FES, Angular variation, Muscle force
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