Design und Analyse von zwei Elektrodensystemen zur effizienten Elektrostimulation des denervierten menschlichen Oberschenkels: eine Modellstudie

01.05.2006 - 30.04.2009
Forschungsförderungsprojekt
Die außergewöhnlichen Wiener klinischen Resultate bei Querschnittsgelähmten zeigen, dass jahrelanges intensives Training mittels Elektrostimulation einen Wiederaufbau von Muskelmasse und Kraftentwicklung auch nach langjähriger kompletter Denervierung ermöglicht. Für solche Fälle ist eine Machbarkeitstudie vorgesehen, die auf der Auswertung biomathematischer Modelle der elektrisch stimulierten unteren Gliedmaßen beruht und dabei Vorteile einer neuen Technologie mit implantierten Elektroden ausnützt, um eine Verbesserung hinsichtlich der extremen Stimulusströme und der schlechten Muskelselektivität durch die derzeit verwendeten Oberflächenelektroden zu erreichen. In Vorarbeiten wurde eine dreistufige Simulationsmethodik entwickelt, um den Ort der ausgelösten Muskelaktivitäten im Oberschenkel zu bestimmen, wenn mit Oberflächenelektroden stimuliert wird, wobei entweder von einer vereinfachten Geometrie ausgegangen wird oder CT oder MRI Patientendaten verwendet werden können: i) Auffinden der dreidimensionalen Verteilung der elektrischen Leitfähigkeiten durch Auswertung von Bildmaterial ii) Berechnen der Potenzialverteilung mittels Laplace Gleichung für eine vorgegebene Elektrodenkonfiguration iii) Abschätzen der erreichten Muskelaktivierung durch Computerauswertung des Muskelfaser-Erregungsmodells Diese Methodik muss besonders bezüglich der Erarbeitung eines geeigneten Models zur elektrischen Erregung von denervierten Muskelfasern erweitert werden und soll dann sowohl auf die derzeitig verwendeten Oberflächenelektroden als auch auf zwei neue Elektrodentypen angewandt werden: Die eine Elektrodentype soll direkt auf den Muskelfaszien implantiert werden, die andere kann eine bereits am Oberschenkelknochen montierte Platte sein; beide bedeuten eine besondere Nähe zu den Muskeleinheiten. Das Projektziel ist es durch Analyse der Computersimulationen ein optimales Elektrodendesign bezüglich Sicherheit und selektiver Muskelaktivierung zu finden.

Personen

Projektleiter_in

Projektmitarbeiter_innen

Institut

Förderungsmittel

  • Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Forschungsschwerpunkte

  • Computational Science and Engineering

Schlagwörter

DeutschEnglisch
Denervierter Muskeldenervated muscle
Funktionelle Elektrostimulationfunctional electrical stimulation
Aktivierungsfunktionactivating function
Muskel Fasermuscle fiber
Computer SimulationComputer Simulation