Ink-based textile electrodes for wearable Functional Electrical Stimulation: a proof-of-concept study to evaluate their comfort and efficacy.

Functional Electrical Stimulation (FES) represents a promising technique for promoting functional recovery in individuals with neuromuscular diseases. Traditionally, current delivery is provided by using self-adesive, disposable, hydrogel Ag/AgCl electrodes, advantageous for good contact with the skin, moderate cost and ease-of-use. However, skin adherence tends to decrease after a few uses because of the drying up of the moisturizing layer. Moreover, hydrogel electrodes are not washable and could cause skin irritation and allergic reactions over time. In this scenario, textile electrodes are becoming attractive in the neurorehabilitation field as an alternative means for providing FES. They assure increased durability and potential gains in terms of user comfort; furthermore, they can be easily integrated into clothes and conveniently cleaned, improving the overall wearability of the FES system. Although the theoretical feasibility and good performance of textile electrodes, some important issues related to current delivery, stimulation comfort and stimulation performance still require a deeper investigation. The present work explores these aspects making use of a novel set of ink-based printed textile electrodes. Specifically, it is a proof-of-concept study involving 14 healthy subjects performing FES-induced movements of the right leg both with hydrogel and textile electrodes under test, exploring their performance in terms of produced movement. In addition, stimulation comfort was assessed by asking subjects to fill out an evaluation questionnaire, while electric properties were retrieved making impedance measurements. By comparing the outcome measures for both types of electrodes, no statistically significant differences were obtained, demonstrating the good performance and acceptability of the proposed textile electrodes. Further work involving impaired subjects would be needed, in order to validate this application also in the rehabilitation field.

La Stimolazione Elettrica Funzionale rappresenta una tecnica promettente nell’ambito della neuroriabilitazione, finalizzata a promuovere un recupero funzionale delle abilità motorie in pazienti affetti da disturbi neuromuscolari. Tradizionalmente, i pattern di corrente vengono trasmessi tramite elettrodi Ag/AgCl (hydrogel): monouso e adesivi, assicurano un buon contatto con la pelle. Inoltre, sono reperibili a costi moderati e risultano di facile utilizzo. La loro aderenza alla pelle si riduce tuttavia nel tempo, in quanto la patina in gel tende ad asciugarsi ogni qualvolta gli elettrodi vengono rimossi e riutilizzati. In più, non sono lavabili e potrebbero causare irritazioni alla pelle e reazioni allergiche. In questo scenario, gli elettrodi textile si stanno imponendo come alternativa ai tradizionali elettrodi hydrogel per protocolli FES nell’ambito della neuroriabilitazione, grazie alla loro maggiore durabilità e ai potenziali vantaggi in termini di comfort di stimolazione. Inoltre, possono essere integrati in tessuti e sterilizzati. Nonostante le buone prestazioni teoriche degli elettrodi textile, alcuni aspetti relativi alle loro proprietà elettriche, al comfort di stimolazione e alle performance in termini di movimento prodotto richiedono un’indagine ancora più approfondita. Questo lavoro esplora questi aspetti per un nuovo set di elettrodi textile basati su inchiostro conduttivo stampato su fasce. In particolare, si tratta di uno studio “proof-of-concept” che ha coinvolto 14 soggetti sani, sottoposti a movimenti della gamba destra indotti da FES. I test sono stati realizzati sia con i tradizionali elettrodi hydrogel sia con i textile proposti, in modo da indagare le performance motorie nelle due diverse condizioni. Il comfort di stimolazione è stato esplorato sottoponendo i soggetti reclutati ad un questionario di valutazione finale, mentre le proprietà elettriche sono ottenute tramite misure di impedenza. Comparando i risultati ottenuti con entrambi i tipi di elettrodi, non sono state registrate differenze statisticamente significative, il che dimostra buone performance ed accettabilità degli elettrodiproposti. Studi successivi potrebbero mirare alla validazione dei textile anche su soggetti affetti da disturbi neuromuscolari, in maniera tale da guidarne l’utilizzo futuro nell’ambito della neuroriabilitazione.