采用表面陣列電極的功能電刺激仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、功能性電刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)是一種使用電流激活由于脊髓損傷(Spinal Cord Injury,SCI),頭部外傷,中風(fēng)和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病導(dǎo)致的癱瘓肢體所影響的神經(jīng)纖維的物理治療技術(shù)。FES主要幫助殘疾人士恢復(fù)一定的生理功能。它有時(shí)被稱為“神經(jīng)肌肉電刺激(Neuromuscular Electrical Stimulation,NMES)。我們把用于激活神經(jīng)系統(tǒng)的功能電刺激

2、設(shè)備稱為神經(jīng)假體,神經(jīng)假體主要包括刺激器和刺激電極兩部分,刺激器將外界光信號(hào)或電圖像信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、編碼成電脈沖序列,經(jīng)由刺激電極直接刺激神經(jīng)系統(tǒng)中仍有部分功能的神經(jīng)組織,產(chǎn)生神經(jīng)電生理信號(hào)以恢復(fù)其功能。功能性電刺激的刺激方式目前主要有三種:表面式電刺激、經(jīng)皮式電刺激和全植入式電刺激。表面式FES具有無(wú)創(chuàng)、無(wú)痛和適應(yīng)癥廣泛等優(yōu)點(diǎn),但也有刺激效果不佳和靶點(diǎn)選擇性差的缺陷。本課題主要對(duì)FES采用的表面陣列電極進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和對(duì)不同類型的刺激

3、波形的刺激效果進(jìn)行對(duì)比分析,旨在設(shè)計(jì)理想的陣列電極和選擇合適的刺激波形,為優(yōu)化設(shè)計(jì)FES系統(tǒng)奠定一定的理論基礎(chǔ)。
　　本文在研究FES電生理學(xué)基礎(chǔ)上,對(duì)采用表面陣列電極的人體前臂FES系統(tǒng)建立幾何和數(shù)理模型,通過(guò)有限元法仿真人體前臂組織的電場(chǎng)分布,使用神經(jīng)纖維激勵(lì)函數(shù)表征外加電場(chǎng)對(duì)神經(jīng)軸突電活動(dòng)的影響。在此基礎(chǔ)上,選擇前臂深層神經(jīng)纖維激勵(lì)函數(shù)的峰值和半寬度乘積之比作為靶向性能評(píng)價(jià)函數(shù),利用粒子群算法對(duì)表面陣列電極的觸點(diǎn)尺寸和間距進(jìn)