基于透皮穴位電刺激的肢體運動功能重建方法與實驗研究.pdf

1、肢體殘疾是所有殘疾中發(fā)生率最高的一種。在所有肢殘患者當中，有相當高的比例是因脊髓損傷導(dǎo)致的截癱和腦卒中導(dǎo)致的偏癱患者。為此，課題組提出了“微電子神經(jīng)/肌電橋”的概念與方法進行癱瘓肢體的運動功能重建。
　　考慮到植入式刺激與體表刺激存在的不足之處，本論文提出了基于透皮穴位電刺激的癱瘓肢體運動功能重建方法，其實現(xiàn)思路是:以體表肌電探測電極采集健康肢體不同動作時的肌電信號，經(jīng)“微電子肌電橋”系統(tǒng)進行信號處理后，將刺激信號施加到刺入人體特

2、定穴位的針狀電極上，從而實現(xiàn)癱瘓肢體運動功能重建的現(xiàn)場效果和功能恢復(fù)的長期效果。
　　本論文首先使用四棱形同心圓電極，以損脊蟾蜍為實驗對象，進行了透皮電刺激下蟾蜍伸腿與縮腿動作刺激位點的探測實驗。在蟾蜍下肢股外肌找到4個伸腿動作刺激位點，在半膜肌找到3個縮腿動作刺激位點，得到了小于2V的閾值電壓。
　　接著，進行了基于八通道信號處理系統(tǒng)與MENB-Ⅱ-02型癱瘓肢體運動功能重建儀的人體體表肌電信號實時控制蟾蜍伸腿與縮腿運動實

3、驗。采用體表電極作為肌電信號探測電極，以四棱形同心圓電極作為刺激電極，開展透皮電刺激下的癱瘓肢體運動控制實驗，初步證明了以透皮電刺激方式和“微電子肌電橋”技術(shù)實現(xiàn)癱瘓肢體運動功能重建的可行性。
　　隨后，在以透皮電刺激方式實現(xiàn)了損脊蟾蜍運動功能重建的基礎(chǔ)上，開展了透皮電刺激下肢體運動時電刺激參數(shù)的特性實驗。分別進行了刺激信號脈寬與刺激信號頻率兩種參數(shù)的特性實驗。對刺激信號脈寬，采用肢體受到電刺激后的運動情況為指標進行評價，實驗結(jié)果

4、表明，在脈寬為50-300μs的刺激信號作用下，刺激信號的脈寬越小所需要的閾值電壓越大，在刺激脈寬小于150μs范圍內(nèi)運動閾值在以電壓作用量（電壓與脈寬之積）表示時基本為常數(shù)，在刺激脈寬大于150μs后，閾值電壓趨于不變。對刺激信號頻率，通過對肢體（受到電刺激后）運動時的針電極肌電信號進行分析來評價刺激頻率對于肢體運動狀態(tài)的影響，實驗結(jié)果表明10-80Hz刺激信號作用下，其肌電信號的積分肌電值(iEMG)與均方根值(RMS)存在顯著性的

5、差異，在刺激信號頻率Hz值為60時，iEMG與RMS存在最大值，之后呈現(xiàn)減小趨勢，其原因可能是由于肌肉在相對高頻刺激后產(chǎn)生肌肉疲勞效應(yīng)所致。所以考慮在實際應(yīng)用中刺激信號頻率的選取范圍在30-60Hz之間。
　　最后，開展了基于骨度折量定位法和小面積體表電極的人體腕伸動作刺激位點的探測實驗以及不同尺寸體表刺激電極的敏感度差異實驗。在位點探測實驗中，統(tǒng)一采用1.5cm×1.5cm的小面積無紡布自粘附體表刺激電極，對5名志愿者進行了腕伸