FES-trike: a model of sport therapy for people with spinal cord injury

Since its first use, Functional Electrical Stimulation (FES) applied to cycling has been developed to perform a recreational activity that allows people with Spinal Cord Injury (SCI) to increase their mobility. This aspect is relevant considering the role that physical activity can have in rehabilitation and in promoting a good quality of life for people with SCI. Over the years, FES-cycling has established itself as a recognised therapeutic technique that has been shown to provide muscular, cardiovascular, and psychological benefits among its advantages. The sportive potential of this activity has also been explored through various competitions, which have encouraged the researchers to work to improve the low efficiency of the exercise and address the early-onset fatigue, which are among the main limitations. Considering this context, the present work aims to develop a FES-cycling trike prototype and to investigate its usability as well as the effect of its long-term use in people with SCI. The work addresses three sub-objectives. The first is related to usability, aiming to gather feedback from the end users and identify possible improvements. The second objective focuses on evaluating the FES-cycling prototype as an effective form of sport therapy for individuals with SCI to explore how a sport-oriented approach can enhance its adoption while also studying the therapeutic benefits. The last aim of the research is related to the customisation of the use of the device on a single pilot to participate in Cybathlon 2024, with the ultimate goal of optimising the performance and the competitive results. Comprehensively, this work explores the functional role that FES-cycling can have in promoting physical activity for people with SCI. The user-centred design approach followed during the different studies provided useful suggestions that can help in improving the setup’s acceptance and that can be useful for future developments. However, this work presents limitations, such as the small sample size, that should be enlarged to generalise the results. Further investigation that includes more sessions, ideally conducted also outdoor, would be beneficial in improving the solution for a widespread adoption and a comprehensive sport therapy approach. A possible future direction is to promote more autonomous and regular use of the FES-cycling system within structured and integrated healthcare programs to increase its impact.

Fin dal suo primo utilizzo, la Stimolazione Elettrica Funzionale applicata al ciclismo (FES-cycling) è stata sviluppata per svolgere un'attività ricreativa che consenta alle persone con lesione al midollo spinale (SCI) di incrementare la propria mobilità. Questo aspetto è rilevante se si considera il ruolo che l'attività fisica può avere nella riabilitazione e nel promuovere una buona qualità della vita per le persone con SCI. Nel corso degli anni, il FES-cycling si è affermato come una tecnica terapeutica che ha dimostrato di apportare benefici muscolari, cardiovascolari e psicologici. Il potenziale sportivo di questa attività è stato esplorato anche attraverso varie competizioni, che hanno incoraggiato i ricercatori a lavorare per migliorare la bassa efficienza dell'esercizio e ad affrontare l'affaticamento muscolare precoce, che figurano tra i limiti principali di questa tecnologia. In questo contesto, il presente lavoro mira a sviluppare un prototipo di trike per FES-cycling e a indagarne l'usabilità, nonché l'effetto del suo utilizzo a lungo termine in persone con SCI. Il lavoro persegue tre sotto-obiettivi. Il primo è legato all'usabilità e mira a raccogliere feedback dagli utenti e a identificare possibili miglioramenti. Il secondo obiettivo si concentra sulla valutazione del prototipo come forma efficace di sport-terapia per individui con SCI, al fine di esplorare come un approccio orientato allo sport possa favorirne l'adozione, studiandone al contempo i benefici terapeutici. L'ultimo scopo della ricerca è legato alla personalizzazione dell'uso del dispositivo su un singolo pilota per la partecipazione a Cybathlon 2024, con l'obiettivo finale di ottimizzare le prestazioni e i risultati agonistici. Nel complesso, questo lavoro esplora il ruolo funzionale che il FES-cycling può avere nel promuovere l'attività fisica per le persone con SCI. L'approccio di progettazione centrato sull'utente, seguito durante i diversi studi, ha fornito suggerimenti utili che possono contribuire a migliorare l'accettazione del dispositivo e che potranno essere utili per sviluppi futuri. Tuttavia, questo lavoro presenta dei limiti, come il ridotto numero di partecipanti, che dovrebbe essere ampliato per generalizzare i risultati. Ulteriori indagini che includano più sessioni, idealmente condotte anche all'aperto, sarebbero utili per migliorare la soluzione in vista di un'adozione più diffusa. Una possibile direzione futura consiste nel promuovere un uso più autonomo e regolare del sistema di FES-cycling all'interno di programmi sanitari strutturati e integrati, in modo da aumentarne l'impatto.