基于功能性電刺激抑制人體病理性震顫的研究.pdf

1、人體病理性震顫作為一種運動性障礙神經(jīng)疾病，表現(xiàn)出不自主的節(jié)律性抖動，嚴重影響患者的日常生活和社會交往。目前，醫(yī)學尚無法確定震顫的產(chǎn)生機理，但研究表明患者仍有完整的神經(jīng)傳導通路和正常肌肉收縮能力。功能性電刺激作為一種新興的康復技術因具有集成度高、外形美觀、易于患者接受的特點，而被廣泛地應用于腦卒中、關節(jié)肌肉疾病和傷殘或老年康復等領域。功能性電刺激將低頻電脈沖替代患者所缺失的正常神經(jīng)指令，激勵由于疾病或損傷而喪失功能的肢體，誘發(fā)肌肉收縮產(chǎn)生

2、即時效應，實現(xiàn)肢體運動功能的重建。因此，通過研究基于功能性電刺激抑制病理性震顫以實現(xiàn)根據(jù)震顫信號輸出適應強度的脈沖，觸發(fā)肌肉收縮抑制震顫，而不影響患者的主觀意向運動。
　　通過分析人體生理特性和電刺激系統(tǒng)輸出特性，明確了電刺激觸發(fā)肌肉收縮實現(xiàn)肢體運動的工作機理。綜合對上肢生物機械特性的研究，將上肢近似為以肌肉力矩為輸入和肢體運動為輸出的二階系統(tǒng)，進而建立了人體與功能性電刺激系統(tǒng)交互作用的系統(tǒng)。分析了電刺激對交互系統(tǒng)阻抗特性的影響以

3、及系統(tǒng)對外界激勵響應與阻抗系數(shù)間的關系，驗證了電刺激可調(diào)節(jié)肌肉收縮強度和肘關節(jié)的阻抗以實現(xiàn)抑震而不影響意向運動。
　　實際測取的患者運動信號包含震顫和意向運動信號，且常被用于反饋調(diào)節(jié)抑震元件的抑震輸出力，因此震顫和意向運動信號的分離是有效抑制震顫而不影響意向運動的關鍵?；趯ΤＲ婎愋驼痤澋奶卣骷皵?shù)據(jù)的分析，特定個體的震顫運動可近似為類正弦信號，且頻率分布區(qū)間穩(wěn)定而幅值變化較大。根據(jù)對線性傅里葉擬合算法原理的分析，設計了可在常見類型

4、震顫的頻帶內(nèi)隨信號主頻自適應滑動限窗線性傅里葉擬合算法，實現(xiàn)了不同患者震顫和意向運動信號的分離，避免了對患者震顫信號的頻帶進行預分析的操作。同時結(jié)合滑動傅里葉變換模塊、插值算法和頻帶阻尼模塊設計了自適應滑動傅里葉變換算法用于實時估測震顫信號的主頻，以便為電刺激控制系統(tǒng)提供震顫的有效特征參數(shù)。
　　基于改進Hill-type模型對肘關節(jié)工程建模，分析了模型參數(shù)的靈敏度，選用模型參數(shù)優(yōu)化算法建立了面向個體特征的肌肉骨骼模型。基于肌電信

5、號調(diào)制出刺激脈沖并作用于優(yōu)化的肌肉骨骼模型，驗證了電脈沖可替代神經(jīng)信號觸發(fā)肢體產(chǎn)生近似反相位的運動。分析肘關節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)以及肌梭位置反饋、高爾基腱器官力反饋的工作機理，建立肘關節(jié)的神經(jīng)肌肉骨骼仿真模型，以檢驗控制方法優(yōu)化電刺激活化度抑制震顫的效果。定性分析了Matsuoka振蕩器參數(shù)與輸出幅值和頻率間的關系，并對振蕩器的非線性閾值函數(shù)近似線性化處理，建立了振蕩器在自由和受迫激勵狀態(tài)下參數(shù)與輸出幅值和頻率間的顯性關系式。提出了以中樞神經(jīng)

6、振蕩器為前饋控制器，以模糊邏輯控制的幅值調(diào)節(jié)和間隔估測的主頻調(diào)節(jié)為反饋的控制方法，實現(xiàn)了根據(jù)抑震效果優(yōu)化模型幅值和時間參數(shù)，以調(diào)節(jié)作用于人體的電刺激強度。
　　基于自主設計的可編程電刺激器搭建肘關節(jié)的抑震實驗平臺，分析健康參與者身體對不同幅值，頻率刺激脈沖的響應，確定了可觸發(fā)肢體產(chǎn)生類似震顫的脈沖特性參數(shù)。實驗研究分析了肢體對不同的電極貼片位置和負載的響應，驗證了貼片位置的合理性。通過對比分析健康人體在自然狀態(tài)和電刺激作用下日?；?/p>