This report presents the development, implementation, and testing of a current monitor system that is specifically developed for testing a neuromuscular electrical stimulation system (NMES). The NMES system, developed by KTH and its academic and industrial partners Karolinska institute and Matrix Muscle Support, incorporates advanced features aimed at preventing cardiovascular diseases. The problem statement revolves around the necessity of developing a system capable of detecting any instances of overcurrent or leakage current in the neuromuscular electrical stimulation system. The purpose of this current monitoring system is to offer real-time monitoring of current levels within the electrical stimulation system. The project’s goal is to design and implement a comprehensive software and hardware solution that allows users to simultaneously monitor voltage levels across multiple channels and detect any abnormalities. The project was executed using a top-down approach. Each subtask is processed separately and finally tested to be verified and approved according to the expectations set. Test-driven development (TDD) methodology was employed to ensure the reliability and accuracy of the software and hardware implementation. The project has produced several significant results, the most important of which include the successful implementation of a real-time monitoring system for the multi-channel NMES system. A dedicated circuit board design has been prepared according to the specified requirements described in the report. The software interface has been designed to provide the user with real-time readings of voltage levels as well as visual identification of normal and abnormal values. The measurements carried out during all the tests gave clear answers to the set question, with the exception of some displacement (offset) which can be investigated more closely in future research. Furthermore, the reference images showed that the system was functioning in accordance with its original intended purpose. / Denna rapport presenterar utvecklingen, implementeringen och testningen av ett strömmätningssystem som är speciellt utvecklat för att testa ett neuromuskulärt elektriskt stimuleringssystem (NMES). NMES-systemet, utvecklat av KTH och dess akademiska och industriella partners Karolinska institutet och Matrix Muscle Support, innehåller avancerade funktioner som syftar till att förebygga hjärt-kärlsjukdomar. Problemformuleringen kretsar kring nödvändigheten av att utveckla ett system som kan detektera fall av överström eller läckström i det neuromuskulära elektriska stimuleringssystemet. Syftet med detta strömmätningssystem är att erbjuda realtidsövervakning av strömnivåer inom det elektriska stimuleringssystemet. Projektets mål är att designa och implementera en omfattande mjukvaru- och hårdvarulösning som tillåter användare att samtidigt övervaka spänningsnivåer över flera kanaler och upptäcka eventuella avvikelser. Projektet genomfördes med en top-down-metod. Varje deluppgift bearbetas separat och testas slutligen för att verifieras och godkännas enligt de förväntningar som satts. Testdriven utvecklingsmetod (TDD) användes för att säkerställa tillförlitligheten och noggrannheten hos implementeringen av mjukvara och hårdvara. Projektet har gett flera betydande resultat, av vilka de viktigaste inkluderar framgångsrik implementering av ett realtidsövervakningssystem för flerkanals NMES-systemet. En dedikerad kretskortsdesign har utarbetats enligt de specificerade kraven som beskrivs i rapporten. Mjukvarugränssnittet har utformats för att ge användaren realtidsavläsningar av spänningsnivåer samt visuell identifiering av normala och onormala värden. De mätningar som genomfördes under samtliga tester gav tydliga svar på frågeställningen, med undantag för viss förskjutning (offset) som kan undersökas närmare i framtida forskning. Vidare visade referensbilderna att systemet fungerade i enlighet med det ursprungliga syftet.

L'ectrostimulation dite conventionnelle (CONV) est délivrée par des impulsions électriques de basse fréquence (≤ 50 Hz), de courte durée (< 400 μs) et de haute intensité. Ce type d'ESNM permet ainsi d'évoquer une contraction musculaire grâce à l'activation directe des axones moteurs et est associé à une fatigue musculaire exagérée par rapport aux contractions volontaires (VOL). Au contraire, lors de l'utilisation d'impulsions de longues durées (1 ms), de hautes fréquences (≥ 80 Hz) et de faibles intensités (i.e. protocole « Wide-Pulse, High-Frequency » (WPHF)), une partie de la force musculaire évoquée aurait pour origine des mécanismes centraux. En effet, une augmentation de la force produite en réponse à WPHF a été rapportée alors que l'intensité de stimulation était constante. Cette « extra force » (EF) refléterait le recrutement par voie réflexe des motoneurones spinaux. L'objectif de ce travail de thèse était de mieux appréhender les mécanismes neurophysiologiques à l'origine de l'EF et d'évaluer les conséquences métaboliques et corticales du protocole WPHF (1 ms - 100 Hz) par rapport à des protocoles d'exercices VOL et de type CONV (50 μs - 25 Hz). Les réponses musculaires des fléchisseurs plantaires et les réponses cérébrales ont été évalué par résonance magnétique nucléaire (la spectroscopie par résonance magnétique du phosphore 31 du muscle et l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle du cerveau) et électrophysiologie (EMG). Ces résultats constituent une première étape importante vers une meilleure prise en charge des pathologies liées à des atteintes du neuromusculaire. / Conventional neuromuscular electrical stimulation (CONV) is delivered via surface electrodes at short pulse duration (< 400 μs), low frequencies (≤ 50 Hz) and high current intensities. The motor unit recruitment pattern of CONV, however, is different from the pattern of voluntary contractions (VOL) and leads to a hastened onset of muscle fatigue. The use of wide-pulses (1ms), high frequencies (100 Hz) (WPHF) and low current intensities might approach the natural activation pattern of VOL by enhancing the neural contribution to force production. Previous studies investigating WPHF reported progressive and unexpected force increments ("Extra Forces") despite a constant stimulation intensity which might reflect the more pronounced activation of sensory pathways within the central nervous system. The objective of this thesis was to investigate this "Extra Force" (EF) phenomenon and to evaluate the efficiency of WPHF (1 ms pulse duration at 100 Hz) in terms of metabolic demand and neural contribution to force production in comparison to CONV NMES (0.05 ms pulse duration at 25 Hz) and VOL. Our experiments comprised electrophysiological (EMG) and nuclear magnetic resonance techniques (31P spectroscopy of the muscle, functional imaging of the brain). The findings should be considered in future studies investigating the potential of NMES in a clinical context as a treatment for neuromuscular pathologies.