Case study of a hybrid rehabilitation approach: integrating functional electrical stimulation and lower-limb exoskeleton for gait recovery

Neurological disorders often lead to severe gait impairments, limiting independence and quality of life. Robotic exoskeletons and functional electrical stimulation (FES) have emerged as promising rehabilitation tools, though their combined application remains largely unexplored. This case study evaluates the effects of a hybrid program integrating the UAN.GO lower-limb active exoskeleton with the VIK8 Adaptive Functional Electrical Stimulation Kinesitherapy (AFESK) system in a 14-year-old boy with severe spastic paraplegia due to mosaic trisomy 9 and secondary spinal cord injury. The 12-week intervention included exoskeleton-assisted gait training, multichannel FES, and conventional physiotherapy. Assessments at baseline and follow-up comprised clinical scales (Motricity Index, Modified Ashworth Scale), quadriceps strength testing, and surface electromyography (sEMG) of rectus femoris and semitendinosus during gait. Results demonstrated a one-point reduction in spasticity (MAS) for quadriceps and semitendinosus bilaterally, while Motricity Index scores remained unchanged. Right quadriceps strength increased markedly (+124%), whereas the left side remained stable. sEMG revealed a substantial rise in semitendinosus activation (up to +686% RMS and +340% iEMG), alongside a pronounced reduction in rectus femoris activity (−70% iEMG). These findings suggest that hybrid exoskeleton–FES training can reduce hypertonia, enhance voluntary strength, and modulate neuromuscular activation even in severely impaired individuals, supporting its potential role in advanced neurorehabilitation.

I disturbi neurologici comportano spesso gravi compromissioni del cammino, limitando l’indipendenza e la qualità della vita. Gli esoscheletri robotici e la stimolazione elettrica funzionale (FES) sono emersi come strumenti riabilitativi promettenti, sebbene la loro applicazione combinata sia ancora poco esplorata. Questo studio di caso valuta gli effetti di un programma ibrido che integra l’esoscheletro attivo per gli arti inferiori UAN.GO con il sistema VIK8 di Stimolazione Elettrica Funzionale Adattiva Kinesiterapica (AFESK) in un ragazzo di 14 anni affetto da paraplegia spastica grave dovuta a trisomia 9 a mosaico e a una lesione midollare secondaria. L’intervento, della durata di 12 settimane, ha incluso training al cammino assistito da esoscheletro, FES multicanale e fisioterapia convenzionale. Le valutazioni al basale e al follow-up hanno compreso scale cliniche (Motricity Index, Modified Ashworth Scale), test di forza dei quadricipiti ed elettromiografia di superficie (sEMG) del retto femorale e del semitendinoso durante il cammino. I risultati hanno mostrato una riduzione di un punto della spasticità (MAS) per quadricipite e semitendinoso bilateralmente, mentre i punteggi del Motricity Index sono rimasti invariati. La forza del quadricipite destro è aumentata in modo significativo (+124%), mentre il lato sinistro è rimasto stabile. L’analisi EMG ha rivelato un sostanziale incremento dell’attivazione del semitendinoso (fino a +686% RMS e +340% iEMG), accompagnato da una marcata riduzione dell’attività del retto femorale (−70% iEMG). Questi risultati suggeriscono che l’allenamento ibrido esoscheletro–FES possa ridurre l’ipertonia, aumentare la forza volontaria e modulare l’attivazione neuromuscolare anche in soggetti con grave compromissione, supportandone il potenziale ruolo nella neuroriabilitazione avanzata.