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摘要：功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation，FES）通过小电流刺激患者肌肉组织，引起肌肉收缩,以而使肢体产生动作，使瘫痪或衰退的肌肉重建或恢复功能，达到治疗和功能康复与重建的目的。表面式电刺激具有无创、利用方便等优点，但是也有着刺激准确度与选择性差的缺陷。本课题研制一种基于表面阵列电极的多通道FES刺激器，同时利用有限元策略对电刺激条件下人体前臂电场分布进行仿真，旨在优化表面电刺激的准确度与选择性。本论文在FES的电生理学原理基础上，设计多通道便携式FES系统，该系统以C8051F020单片机作为主制约芯片，具有四路电荷平衡可独立制约的刺激通道，每个刺激通道的参数独立可调，且能输出五种不同的双相刺激波形，同时该系统还具有良好的人机交互界面，操作方便可靠。系统硬件部分包括制约模块、DA转换模块、输出模块、人机交互模块以及电源模块五个基本模块。系统软件的设计及其调试是在Sipcon Labs IDE集成开发环境中进行的，通过软件中的波形产生模块实现了五种不同的刺激波形。系统实现后，通过人体实验对系统的性能进行了测试，实验表明本系统适用于人体功能电刺激实验，并且在设定合适的刺激信号参数后，能地引起刺激的目标肌肉不自主地收缩。本论文进行了在2×2阵列电极刺激下人体前臂电场分布的有限元仿真，采取神经纤维激励函数表征外加电场对神经轴突电活动的影响，利用激励函数峰值和半宽度确定靶向性能的评价函数，对电极触点尺寸、间距及排列方式对电刺激靶向性能的影响进行探讨，探讨结果表明大小触点交叉排列、触点间距较小的表面阵列电极靶向性能最好。最后在此探讨的基础上设计表面阵列电极。关键词：功能性电刺激论文便携式多通道刺激器论文表面阵列电极论文有限元仿真论文激活函数论文选择性论文
摘要4-5
Abstract5-9
1 绪论9-14
1.1 课题探讨背景及作用9-11
1.2 国内外探讨近况11-13
1.3 论文的主要内容13-14
2 功能性电刺激原理14-18
2.1 电生理介绍14-16
2.2 功能性电刺激原理16-18
3 多通道便携式 FES 系统设计18-39
3.1 系统刺激波形及参数设计18-20
3.2 系统的硬件实现20-31
3.3 系统的软件编程31-36
3.4 系统实验及性能浅析36-39
4 采取表面阵列电极的电刺激仿真探讨39-53
4.1 神经纤维的激活函数39-41
4.2 前臂组织内电场分布的有限元仿真41-47
4.3 电刺激的靶向性能评价47-49
4.4 电极触点尺寸、间距及排列方式对电刺激靶向性能的影响49-51
4.5 表面阵列电极设计51-53
5 总结与展望53-55
致谢55-56