基于超聲影像分析的功能性電刺激肌肉形態(tài)及活動研究.pdf

1、近年來，脊髓損傷導致癱瘓的發(fā)病率呈顯著上升趨勢。肢體功能重建是截癱患者康復治療時關注的一個重點與難點。在肢體功能重建方面，功能性電刺激(functional electrical stimulation，F(xiàn)ES)技術被普遍認為是一種有效的臨床工具。
　　 但是，很多新的FES技術還只局限于實驗室階段，臨床應用的FES刺激模式以及達到的效果都非常有限，其原因之一就是對于FES作用的機理方面的研究還有所欠缺，目前還鮮有研究在宏觀水平

2、上說明FES如何影響肌肉的功能活動和狀態(tài)。而骨骼肌的收縮和舒張是人體各種運動的基礎，骨骼肌的結構是其功能活動的首要決定因素。所以，要想利用FES實現(xiàn)骨骼肌功能重建并使其得到快速發(fā)展和廣泛應用的目的，就必然需要對FES作用下骨骼肌的結構及其功能活動與狀態(tài)的機理進行更深入的探究。
　　 本研究設計了等角和等矩兩種收縮狀態(tài)，每種狀態(tài)包含F(xiàn)ES誘發(fā)和自主運動兩種運動模式。利用B型超聲成像系統(tǒng)對FES下的目標肌肉進行成像，提取目標肌肉的功

3、能活動信息--肌肉厚度和紋理特征，同時采集關節(jié)角度并將其作為反饋信號，采集相應角度的自主收縮下肌肉的超聲圖像信息。
　　 在每種收縮狀態(tài)下，本研究提取了FES誘發(fā)和自主運動下受試者的肌肉厚度和紋理特征。首先，計算了FES下肌肉厚度、紋理特征與關節(jié)角度的相關性，結果顯著，表明周期性FES是周期性肌肉活動的直接原因；其次，在達到相同的運動效果前提下，利用比值對比了FES誘發(fā)的和自主運動產(chǎn)生的肌肉特征信息的差異，然后根據(jù)受試者的個體差

4、異性分析造成這種差異的影響因素，并利用逐步篩選的多元線性回歸方法對影響因素進行主因素分析，從而確定每個肌肉特征的主要影響因素，旨在通過調(diào)節(jié)FES的刺激模式和強度以調(diào)整主因素，使得FES誘發(fā)下的肌肉特征參數(shù)向著達到相同運動效果下的自主收縮的肌肉特征參數(shù)回歸。
　　 本研究利用支持向量機和人工神經(jīng)網(wǎng)絡的機器學習方法，利用FES條件下的既定刺激強度、肌肉厚度和紋理信息對關節(jié)角度進行預測。結果表明，采用肌肉信息與FES相結合的方法在預測