cycling induced by functional electrical stimulation: user experience evaluation and long-term performances assessment

One of most used rehabilitation technique to help improving motor function and overall quality of life in Spinal Cord Injury (SCI) individuals is Func- tional Electrical Stimulation (FES). Many applications include FES coupled with aerobic activities such as cycling, resulting in additional physiological and psycho- logical benefits. This case study is carried out in collaboration with IRCCS Medea and INAIL Cen- tro Protesi, within the project FESleg. Firstly, we investigated the acceptability and the usability of a FES-cycling prototype, FES-bike, developed by Politecnico di Milano, compared to a commercial model (BerkelBike). The FES-bike is a recum- bent trike, which integrates two four-channel stimulators and a measuring system composed by an encoder, sensorized pedals and a heart rate sensor. FES-bike was evaluated by ten SCI subjects in terms of SUS (77.5 out of 100), TAM (5.4 out of 7), UEQ (1.92 out of 2.5), ergonomic (3.5 out of 5) questionnaires’ values, that compared to those of BerkelBike, brought excellent results regarding the usability and comparability between the two bikes (from Wilcoxon test all p-values close to 1). Then, FES-bike and its prolonged use was investigated. In particular, a com- parison between different stimulation strategies in terms of spatial and temporal distribution was performed. During this longitudinal protocol, two pilots have been recruited. Saturation time and distance travelled have been used to evaluate differences between four strategies, which have not been found at the moment. Moreover, power at pedals was used to evaluate the growth in performance in the form of work, that we can already notice after a month equals to 10.77%. The principal future aim is to further optimize the prototype and investigate dif- ferences between strategies with more subjects.

Una delle tecniche di riabilitazione più utilizzate per aiutare a migliorare la funzione motoria e la qualità complessiva della vita negli individui con lesioni del midollo spinale (SCI), è la stimolazione elettrica funzionale (FES). Molte applicazioni includono la FES abbinata ad attività aerobiche come il ciclismo, con conseguenti benefici fisiologici e psicologici. Questo caso di studio è stato realizzato in collaborazione con IRCCS Medea e INAIL Centro Protesi, nell’ambito del progetto FESleg. In primo luogo, abbiamo studiato l’accettabilità e l’usabilità di un prototipo FES-bike, sviluppato dal Politecnico di Milano, confrontato con un modello commerciale (BerkelBike). La FES-bike è un triciclo reclinato, che integra due stimolatori a quattro canali e un sistema di misurazione composto da un encoder, pedali sensorizzati e un sensore di frequenza cardiaca. La bici è stata valutata da dieci soggetti con LM, basandoci sui valori ottenuti dai questionari SUS (77,5 su 100), TAM (5,4 su 7), UEQ (1,92 su 2,5), ergonomia (3,5 su 5), comparati a quelli acquisiti per la BerkelBike. Essi hanno portato ottimi risultati per quanto riguarda l’usabilità e la comparabilità tra le due bici (confermata tramite Wilcoxon test, con tutti i p-value pari circa ad 1). Inoltre, è stata analizzata la FES-bike in uno studio longitudinale. In particolare, è stato eseguito un confronto tra diverse strategie di stimolazione in termini di distribuzione spaziale e temporale. Durante questo protocollo sono stati reclutati due piloti. L’analisi si è basata sul tempo di saturazione e la distanza percorsa, per valutare le differenze tra le quattro strategie, che al momento non sono emerse. Mentre su un terzo outcome, la potenza ai pedali, per studiare la crescita delle prestazioni (sotto forma di lavoro), che già dopo un mese si è registrata pari al 10,77%. Obiettivo futuro è quello di ottimizzare ulteriormente il prototipo e valutare le differenze tra le strategie, analizzando più soggetti.