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Thesis approved in public session to obtain the PhD Degree in Bioengineering

Bibliografia: pp. 115-130.

Resumo: As deficiências motoras afectam muitas das funções básicas do dia-a-dia de milhões de pessoas.
De facto, de acordo com a Organização Mundial de Saúde, todos os anos mais de 5 milhões de pessoas ficam permanentemente incapacitadas devido a lesões dos neurónios motores superiores. Técnicas como a Estimulação Elétrica Funcional (EEF) têm tido um papel fundamental na recuperação funcional destes doentes. Neste contexto, esta tese tem como objectivo o desenvolvimento de novos sistemas e estratégias direcionadas para o tratamento da patologia do pé pendente.
Neste âmbito, um novo sistema modular de EEF foi desenvolvido e testado, revelando uma plataforma segura e robusta, capaz de promover contrações fortes, com controlo em tempo real do estímulo elétrico. Posteriormente, foi integrado numa plataforma unificada, contendo sensores inerciais e de força, por forma a permitir a prototipagem rápida de novas estratégias para corrigir o pé pendente. Duas estratégias de controlo para corrigir o pé pendente demonstraram a capacidade do sistema como plataforma flexível para a prototipagem rápida de neuropróteses da marcha. Por último, os primeiros testes de identificação do tipo caixa-preta da
dinâmica dos músculos envolvidos no pé pendente foram efetuados com successo, abrindo portas para o desenvolvimento da nova geração de neuropróteses baseadas em modelos.

Abstract: Motor disabilities affect the everyday functions of millions of people worldwide. In fact, according to the World Health Organization, every year more than 5 million people become permanently disabled due to upper motor neuron lesions. Techniques such as Functional Electrical Stimulation (FES) have been charting the way in the recovery of these patients.
Within this scope, this thesis aims at developing new systems and strategies towards modelbased correction of such disabilities, namely drop foot, one of stroke’s most frequent
consequences.
Hence, a new modular state-of-the-art FES system was designed and tested, revealing a safe, robust and reliable system, capable of promoting forceful contractions, along with real time capabilities to control the electrical pulse parameters. This system was then integrated in a unified platform, with inertial and force sensors, so that new strategies to correct drop foot could be rapidly prototyped. Successful implementation of two strategies to correct drop foot shown the platform’s capabilities to fast prototype different FES-based gait neuroprostheses. Finally, the first reported results on black-box modelling of the electrically stimulated muscles involved
in drop foot showed accurate predictions of the ankle kinematics, opening the doors to the next generation of model-based FES system to correct drop foot.

Referências bibliográficas: Melo, Paulo Emanuel Luzio de.A novel functional electrical stimulation system and strategies for motor rehabilitation.Lisboa:Universidade de Lisboa,Instituto Superior Técnico.2014.Tese de doutoramento.

Inglês.

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