用于腦卒中病人手功能康復(fù)的功能性電刺激系統(tǒng)的研制

腦卒中病人幸存者中有大約四分之三的患者具有不同程度的運(yùn)動(dòng)功能障礙。功能性電刺激(Function Electrical Stimulation, FES)技術(shù)可以幫助腦卒中病人恢復(fù)麻痹肢體的運(yùn)動(dòng)功能。使用FES技術(shù)重建腦卒中病人手的抓、握、捏動(dòng)作,對(duì)提高病人生活自理能力、減輕醫(yī)生和家人的負(fù)擔(dān)具有非常重要的意義。本文在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外用于上肢功能康復(fù)的FES刺激器的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于TMS320F2812DSP處理芯片的FES刺激系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的刺激器包括主控部分、驅(qū)動(dòng)部分、升壓部分和電源部分等。設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的目的在于幫助腦卒中病人重建手的抓、握、捏動(dòng)作。系統(tǒng)具有便攜、安全、可擴(kuò)展、刺激參數(shù)可調(diào)節(jié)可保存、刺激參數(shù)范圍較寬等優(yōu)點(diǎn)。本文還設(shè)計(jì)了抓、握、捏三種動(dòng)作的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),使用該刺激系統(tǒng)分別刺激5名健康人和5名腦卒中病人的指伸肌、指淺屈肌、拇長(zhǎng)屈肌和大魚際肌等肌肉群。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在該系統(tǒng)的控制下,5名健康人都完成了抓、握、捏動(dòng)作,5名腦卒中病人中有4名病人完成了抓、握、捏動(dòng)作。為了客觀檢測(cè)肌肉疲勞程度,防止FES過度刺激造成肌肉損傷。本文還設(shè)計(jì)了疲勞行為實(shí)驗(yàn),對(duì)肌肉疲勞程度和肌電信號(hào)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明,隨著肌肉疲勞程度的加深,最大握力逐漸下降,肌電信號(hào)幅度積分呈整體上升的趨勢(shì)(與最大握力的平均CC=-0.485),肌電信號(hào)過零數(shù)和中值頻率呈整體下降的趨勢(shì)(與最大握力的平均CC分別為0.657和0.476)。因此,我們可以在以后的研究中采用這些定量的指標(biāo)客觀表征肌肉的疲勞程度,避免FES過度刺激造成肌肉損傷。

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