采用表面陣列電極的功能性電刺激系統(tǒng)研究.pdf

1、功能性電刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)通過小電流刺激患者肌肉組織,引起肌肉收縮,從而使肢體產(chǎn)生動作,使癱瘓或衰退的肌肉重建或恢復(fù)功能,達(dá)到治療和功能康復(fù)與重建的目的。表面式電刺激具有無創(chuàng)、使用方便等優(yōu)點,但是也存在刺激準(zhǔn)確度與選擇性差的缺陷。本課題研制一種基于表面陣列電極的多通道FES刺激器,同時利用有限元方法對電刺激條件下人體前臂電場分布進(jìn)行仿真,旨在優(yōu)化表面電刺激的準(zhǔn)確度與選擇性。

2、
　　本文在FES的電生理學(xué)原理基礎(chǔ)上,設(shè)計多通道便攜式FES系統(tǒng),該系統(tǒng)以C8051F020單片機(jī)作為主控制芯片,具有四路電荷平衡可獨立控制的刺激通道,每個刺激通道的參數(shù)獨立可調(diào),且能輸出五種不同的雙相刺激波形,同時該系統(tǒng)還具有良好的人機(jī)交互界面,操作方便可靠。系統(tǒng)硬件部分包括控制模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、輸出模塊、人機(jī)交互模塊以及電源模塊五個基本模塊。系統(tǒng)軟件的設(shè)計及其調(diào)試是在Silicon Labs IDE集成開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行的,通

3、過軟件中的波形產(chǎn)生模塊實現(xiàn)了五種不同的刺激波形。系統(tǒng)實現(xiàn)后,通過人體實驗對系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測試,實驗表明本系統(tǒng)適用于人體功能電刺激實驗,并且在設(shè)定合適的刺激信號參數(shù)后,能地引起刺激的目標(biāo)肌肉不自主地收縮。
　　本文進(jìn)行了在2×2陣列電極刺激下人體前臂電場分布的有限元仿真,采用神經(jīng)纖維激勵函數(shù)表征外加電場對神經(jīng)軸突電活動的影響,利用激勵函數(shù)峰值和半寬度確定靶向性能的評價函數(shù),對電極觸點尺寸、間距及排列模式對電刺激靶向性能的影響進(jìn)行研