صدمات نخاعی ممکن است مسیر ارتباطی میان سیستم اعصاب مرکزی و اعصاب محیطی پایین بخش صدمه دیده نخاع را قطع کند. این صدمات سبب فلج شدن و از دست رفتن حسهای اندامهای پایین بخش زیرین نخاع صدمه دیده می شود. افرادی که دچار ضایعه نخاعی هستند در اثر عدم تحرک، دچار عوارضی از قبیل پوکی استخوان، اتروفی عضلاتی ، سفتی مفاصل، ناراحتی های کلیوی و قلب و عروق می شوند. همچنین این افراد کنترل ادرار ندارند و عمل دفع آنها با مشکل مواجه است. عضلات فلج در اثر عدم امکان انقباض، رفته رفته شل شده و توانائی خود را از دست می دهند. از همه مهمتر این افراد دچار افسردگی می شوند و نگه داری این افراد برای خانواده مشکل و دارای هزینه است.
در صورت سالم ماندن بخشهای زیرین نخاع، حرکت اندامها با استفاده از تحریک الکتریکی اعصاب محیطی بصورت مستقیم و یا از طریق پوست امکان پذیر است. یکی از روشهای موثر جهت ایجاد حرکت در اعضای فلج و رفع عوارض ناشی از عدم تحرک، استفاده از تحریک الکتریکی عملکردی تحت عنوان پروتزهای نرونی حرکتی است. از روش تحریک الکتریکی عملکردی علاوه بر ایجاد حرکت در اندام فلج، برای کاهش درد، تحریک مثانه، جلوگیری از پیشرفت پوکی استخوان، افزایش جریان خون در ناحیه خاصی از بدن، تحریک رشد استخوان، تحریک نرونهای نخاعی، کنترل تنفس، تحریک اعصاب شنوایی و حتی کورتکس بینایی بکار می رود.
هدف از انجام این پروژه طراحی و ساخت یک سیستم تحریک الکتریکی عملکردی قابل حمل و با کنترل ریز پردازنده ای است. در تحریک الکتریکی کارکردی، انقباض عضلات فلج بوسیله تحریک الکتریکی انجام می شود. با استفاده از پارامترهای سیگنال تحریک می توان میزان انقباض عضله را کنترل کرد. سیستم عصبی مرکزی با دو روش میزان انقباض عضلانی را کنترل می کند: (1) تعداد واحدهای حرکتی، (2) میزان فرکانس عمل واحدهای حرکتی فعال. در تحریک الکتریکی می توان تعداد واحدهای حرکتی را با عرض پالس تحریک و فرکانس عمل را می توان بوسیله فرکانس سیگنال تحریک کنترل کرد. لذا طراحی سیستمی که قابلیت تغییر پارامترهای سیگنال تحریک را دارا باشد از اهداف مهم این پروژه می باشد. در این پروژه از روش مدولاسیون عرض پالس جهت تنظیم انقباض عضله استفاده شده است. یکی از عوامل مهم در طراحی سیستم های FNS شکل پالس تحریک است که باید از لحاظ بار الکتریکی بالانس باشد. به همین جهت در این پروژه از شکل پالس دو فازه متقارن استفاده شده است.
سیستم های تحریک الکتریکی عصبی عضلانی، در حقیقت نقش قشر حرکتی سیستم عصبی مرکزی انسان را در ایجاد حرکت ایفا می کنند. برای ایجاد یک حرکت لازم است که عضلات مختلف درگیر یک حرکت خاص به میزان مناسب در طول حرکت منقبض شوند تا نیروی لازم و متعاقب آن گشتاور لازم در سطح مفاصل ایجاد شود. برای انقباض عضلات به میزان مناسب لازم است که سیگنال های مناسب الکتریکی به عضلات درگیر حرکت اعمال شود. این الگوهای الکتریکی در حقیقت نقش دستورات موتوری سیستم عصبی مرکزی را به سیستم عصبی – عضلانی در انسان سالم جهت ایجاد حرکت ایفاء می کنند. در این پروژه نرم افزاری گسترش داده شده است (شبیه ساز دستورات حرکتی مغز انسان) که براحتی به استفاده کننده امکان طراحی الگوهای حرکتی و تغییر آنها را می دهد. علاوه بر این سیستم دارای یک نمایشگر LCD و یک صفحه کلید است که امکان ارتباط کاربر را با سیستم فراهم می کند. با استفاده از این صفحه کلید می توان دستور تحریک، توقف، ایستادن، گام برداشتن ، دستور نشستن و تمرین صادر کرد و پارامترهای سیگنال تحریک را تغییر داد. سیستم دایما ولتاژهای تحریک و تغذیه مدار را مورد بازبینی و در صورت افت ولتاژ تغذیه مدار با صدور هشدارهای صوتی وضعیت را به کاربر اطلاع می دهد. سیستم قابلیت ارتباط با کامپیوتر را جهت وارد کردن الگوهای حرکتی طراحی شده داراست.
به منظور ارزیابی سیستم طراحی شده در این پروژه، آزمایشات متعددی بر روی یک فرد ضایعه نخاعی در سطح T7 انجام گرفته است. این فرد ضایعه نخاعی مذکر با سن 27 سال است و از مدت ضایعه وی 5 سال می گذرد. نتیج این بررسی نشان می دهد که سیستم طراحی شده در این پروژه، بخوبی قادر به بازیابی قدرت عضلانی در عضلات فلج می باشد. این فرد در ابتدای برنامه درمانی بعلت ضعیف بودن عضلات دارای هیچگونه عملکرد حرکتی در اندام تحتانی نبوده است. اما در حال حاضر با استفاده از سیستم FNS قادر به باز کردن کامل زانوهای جفت پا، رکاب زدن، بلند شدن از ویلچر، ایستادن و نشستن شده است.