Ved hjælp af elektroder, sensorer, algoritmer og måleinstrumenter har ph.d.-studerende Jonas Emborg udviklet et nyt system til genoptræning af gangbesværede.
»Formålet var at udvikle et system, der kunne teste, om en kombination af intensiv gangtræning og elektrisk stimulation af afværgerefleksen fremmer genoptræningen af gangfunktionen hos patienterne. Det synes jeg, er lykkedes,« siger Jonas Emborg.
Helt konkret har han udviklet et system, hvor man sætter fire selvklæbende overfladeelektroder under fødderne - en på forfoden, en i svangen, en under hælen og en bag på hælen. Oven på foden sidder en referenceelektrode, der fungerer som fælles anode og som er på størrelse med en håndflade.
Dertil er koblet en intelligent stimulator, som er adaptiv og hele tiden måler på og tilpasser sig patientens gang ud fra Jonas Emborgs modelleringer af patienternes gang. På den måde slipper patienten eller fysioterapeuten for manuelt at skulle aktivere elektroderne for hvert skridt.
»Den største udfordring var at finde en metode til at udvikle de nødvendige algoritmer til modellering og kontrol af gang. Som proceskontrolmand ville jeg jo gerne have et lineært system, som jeg kunne modellere og regulere, men så simpelt er det neuro-muskulære system desværre ikke,« siger han.
Sensorer i alle led
For at regulere og styre skridtene, blev patienten derfor udstyret med sensorer, som målte benets bevægelser ved hofte- knæ- og ankelled og afsætningskraften mellem fod og underlag. Signalerne fra sensorerne blev opsamlet via forstærkerbokse og sendt til en bærbar pc. Her blev der udført signalbehandling, der beregnede hvor, hvornår og hvordan, der skulle stimuleres næste gang for optimalt at støtte gangen.
En stimulation på hælen fik anklen til at bøje sig nedad, hvorimod en stimulation på forfoden resulterede i, at anklen blev bøjet opad samtidig med, at benet blev løftet ved et bøj i hoften.
Målingen af bevægelser og afsætningskraft foregik på et acquisition board fra National Instruments med 16 analoge inputkanaler og otte digitale input/output-kanaler. Softwaren er designet i NI's LabView, hvor målingerne blev evalueret i realtid og sammenlignet med et træningsmål, som fysioterapeuterne havde defineret.
Elektroderne sender ved behandlingen fem individuelle 1 ms pulser med 200 Hz af sted mod nervebanerne, og det foregår i fire puls-tog med en frekvens på 15 Hz. Dermed bliver nerverne under huden aktiveret og fremprovokerer via rygraden den afværgerefleks, der opstår pr. automatik, når man for eksempel brænder sig eller træder på noget spidst. Det kan lade sig gøre, fordi skaden som regel sidder i hjernen, ikke i rygraden.
»Hvis man placerer elektroderne under foden, kan man styre reflekserne lidt bedre, fordi vi kan trække på flere forskellige afværgestrategier,« siger Jonas Emborg med henvisning til de kommercielt tilgængelige dropfodsstimulatorer, hvor blot en enkelt muskel i underbenet bliver aktiveret, men uden hensyntagen til hofte- og knæsvinget.
Væsentlige forbedringer
Jonas Emborg har med sin forskergruppe og vejleder, Ole K. Andersen og Erika G. Spaich, afprøvet en lidt mere simpel og manuel udgave af systemet på 15 patienter i Brønderslevs Neurorehabiliteringscenter. Patienterne blev udsat for en halv times daglig stimulation under fødderne i fire uger, hvilket medførte væsentlige forbedringer på mange patienter, fortæller fysioterapeut Bodil Ottosen:
»Stimulationen giver kroppen et direkte praj om, hvor patienten skal lægge sin energi ved genoptræningen. Signalerne bliver tydeligere, og mange patienter har sagt, at strømmen fik dem på benene. Selvfølgelig kan vi ikke udelukke, at det var sket alligevel, men det er mit indtryk, at systemet er en genvej,« siger Bodil Ottosen, som blot venter på, at der kommer en CE-godkendt model, hun må bruge uden for forskningsregi.
I alt rammes ca. 10.000 mennesker årligt af et slagtilfælde, en femtedel overlever ikke det akutte tilfælde, og mange dør senere af følgesygdomme. Af den gruppe, der overlever, har ca. halvdelen nedsat motorisk funktion, som f.eks gangproblemer, vurderer Jonas Emborg.
Eneste bivirkning ved stimuleringen er, ifølge forskeren, den smerte, de elektriske stød giver. Jonas Emborg, som selv har prøvet systemet, siger, at det føles som at blive prikket gentagne gange med en spids genstand.
Planen er efter ph.d.-periodens udløb til sommer at fortsætte med at gøre systemet mere intelligent og mere kompakt. I dag må terapeuterne trille et stort rullebord rundt med målesystemerne, hvor Jonas Emborg gerne så, at man kunne lave en lille lommemodel, patienten kunne have på sig uden at være lænket til rullebordet.
