Thesis (M.Sc.)-Cairo University, 2023.

Bibliography: pages 111-121.

Multiple sclerosis (MS) is a chronic disease that affects the brain and spinal cord (central nervous system) causing numerous symptoms. These symptoms include sensory loss specially the loss of plantar surface sensation which is a common symptom in people with multiple sclerosis (PwMS). This decreased or absent proprioceptive sensation of plantar pressure affects normal gait and balance, and leads to further deleterious effects on the patient’s stability and consequently results in repetitive falls.
This study presents the design, implementation and validation of a prototype for a smart assistive device which substitutes the lack of plantar pressure sensation by stimulating the patient’s back muscles proprioceptors. The proposed smart assistive device is composed of two main components, the first includes two identical slim compact shoe insoles one for the right foot and one for the left foot. Each insole has six embedded force sensing resistors (FSR) to measure plantar pressure as well as a wireless transmitter. When the patient walks, the dynamic plantar pressure is transmitted wirelessly to the belt which is the second component. The belt houses two arrays of six small micro-vibrating motors corresponding to the location of the six sensors located in each of the two insoles worn in the patient’s shoes. The receiver module located in the belt initiates the micro-vibrators such that they are activated in a pattern that mirrors exactly the plantar pressure recorded from the insoles. Thus the back of the patient receives real time feedback from the plantar pressure in the form of sensory stimulation.
The data between the insole and belt components are transmitted wirelessly to offer obvious advantages for any wearable device. The absence of visible wires makes the device unobtrusive and reduces the need for the user to learn the correct connection of the wires, and thus makes the device easier to put on and off. Furthermore, the thin size of the insole component makes it easy to be fitted inside any normal shoes without hindering the gait of the patient.
With continuous training, neuroplasticity plays an important role in the patient’s rehabilitation. With time, the patient can be retrained to use the back proprioceptors to convey the plantar sensation to the brain, hence a method of posterior column injury compensation via bypassing the functionally impaired segment.
The smart assistive device was evaluated in several ways. First a patient satisfaction questionnaire was used. Next, two types of experimental evaluation were conducted: quantitative balance assessment and quantitative gait assessment. The results showed that there was an improvement of PwMS balance while using the smart assistive device during different postures of quiet stance. In addition, the results of the case study participating in gait assessment showed an improvement of gait kinematic parameters after rehabilitation with the device for one week.

التصلب المتعدد هو مرض مزمن يصيب المخ والحبل الشوكي (الجهاز العصبي المركزي) ويسبب العديد من الأعراض. تشمل هذه الأعراض فقدان الإحساس وخاصة فقدان الإحساس بالضغط الأخمصي وهو عرض شائع لدى الأشخاص المصابين بالتصلب المتعدد. هذا الإحساس بالضغط الأخمصي المنخفض أو الغائب يؤثر على المشية الطبيعية والتوازن ، ويؤدي إلى مزيد من الآثار الضارة على استقرار المريض ، وبالتالي يؤدي إلى السقوط المتكرر.
تقدم هذه الدراسة تصميم وتنفيذ والتحقق من نتائج نموذج أولي لجهاز مساعد ذكي يستبدل نقص الإحساس بالضغط الأخمصي عن طريق تحفيز عضلات الظهر للمريض. يتكون الجهاز المساعد الذكي المقترح من مكونين رئيسيين ، الأول يشتمل على نعلين داخليين متماثلين يتم وضعهم داخل الحذاء أحدهما للقدم اليمنى والآخر للقدم اليسرى. يحتوي كل نعل على ستة مقاومات استشعار القوة لقياس الضغط الأخمصي بالإضافة إلى جهاز إرسال لاسلكي. عندما يمشي المريض ، ينتقل الضغط الأخمصي الديناميكي لاسلكيًا إلى الحزام وهو المكون الثاني. يحتوي الحزام على مصفوفتين من ستة محركات اهتزازية صغيرة تتوافق مع موقع المستشعرات الستة الموجودة في كل من النعلين الداخليين اللذين يتم ارتداؤهما في حذاء المريض. يبدأ عمل وحدة الاستقبال الموجودة في الحزام بتنشيط الهزازات الدقيقة بحيث يتم تنشيطها في نمط يعكس بالضبط الضغط الأخمصي المسجل من النعال. وهكذا يتلقى الجزء الخلفي من المريض ردود فعل في الوقت الفعلي من الضغط الأخمصي في شكل تحفيز حسي.
يتم نقل البيانات بين مكونات النعل والحزام لاسلكيًا لتقديم مزايا واضحة لأي جهاز يمكن ارتداؤه. عدم وجود أسلاك مرئية يجعل الجهاز غير مزعج ويقلل من حاجة المستخدم إلى معرفة التوصيل الصحيح للأسلاك ، وبالتالي يجعل الجهاز أسهل في التشغيل والإيقاف. علاوة على ذلك ، فإن الحجم الرقيق لمكون النعل يجعل من السهل تركيبه داخل أي حذاء عادي دون إعاقة مشية المريض. من خلال التدريب المستمر ، تلعب المرونة العصبية دورًا مهمًا في إعادة تأهيل المريض و مع مرور الوقت ، يمكن إعادة تدريب المريض على استخدام المستقبِلات الخلفية لنقل الإحساس الأخمصي إلى المخ ، ومن ثم طريقة لتعويض إصابة العمود الخلفي عن طريق تجاوز الجزء المعطل وظيفيًا.
تم تقييم الجهاز المساعد الذكي بعدة طرق. في البداية تم استخدام استبيان رضا المريض. بعد ذلك ، تم إجراء نوعين من التقييم التجريبي: تقييم التوازن الكمي وتقييم المشية الكمي. أظهرت النتائج أن هناك تحسنًا في توازن المرضي أثناء استخدام الجهاز المساعد الذكي أثناء الأوضاع المختلفة للوقوف الهادئ. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت نتائج دراسة الحالة المشاركة في تقييم المشي تحسنًا في معايير المشي الحركية بعد إعادة التأهيل بالجهاز لمدة أسبوع واحد.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.