中風(fēng)、步態(tài)障礙與功能性電刺激FES

1.正常步態(tài)周期相位說明（圖1）

支撐相（60%周期）：

腳跟觸地（Heel strike）→ 承重反應(yīng)（Loading response）→ 支撐中期（Mid-stance）→ 支撐末期（Terminal stance）→ 擺動(dòng)前期（Pre-swing）

雙支撐期：步態(tài)周期開始和結(jié)束階段（各占10-12%），雙腳同時(shí)觸地，增加穩(wěn)定性。

擺動(dòng)相（40%周期）：

腳尖離地（Toe-off）→ 擺動(dòng)中期（Mid-swing）→ 擺動(dòng)末期（Terminal swing）→ 腳跟再次觸地。

單支撐期：?jiǎn)瓮瘸兄?，另一腿擺動(dòng)。

圖1 步態(tài)周期相位

2.步態(tài)參數(shù)術(shù)語(yǔ)說明(圖2)：

步長(zhǎng)（Step length）：一足觸地點(diǎn)到對(duì)側(cè)足觸地點(diǎn)的距離。

步寬（Step width）：雙足跟中點(diǎn)的橫向距離（老年人比年輕人寬40%）。

步頻（Cadence）：單位時(shí)間步數(shù)（青年成人115-120步/分）。

步速（Gait speed）：健康成人≤59歲約1.4 m/s，80歲以上降至0.95 m/s（步長(zhǎng)縮短是主因）

圖2 步態(tài)參數(shù)定義

3.中風(fēng)如何導(dǎo)致步態(tài)障礙

中風(fēng)通過損傷不同腦區(qū)引發(fā)特異性步態(tài)障礙：

皮質(zhì)脊髓束損傷 → 痙攣性偏癱步態(tài)（圖3b）

丘腦或豆?fàn)詈瞬∽?→ 丘腦性站立不能（Thalamic astasia）：

額葉/白質(zhì)病變 → 額葉步態(tài)障礙（圖3e）

圖3 經(jīng)典障礙步態(tài)模式

關(guān)鍵機(jī)制：

運(yùn)動(dòng)控制通路（錐體束、基底節(jié)-丘腦-皮質(zhì)環(huán)路）中斷 → 肌張力異常、協(xié)調(diào)喪失。

感覺整合障礙（如本體覺缺失）→ 步態(tài)不穩(wěn)，需視覺代償（Romberg征陽(yáng)性）

4.FES解決中風(fēng)下肢問題的機(jī)制

FES原理：通過時(shí)序性電刺激股四頭肌（支撐期）和脛骨前?。〝[動(dòng)期），模擬自然步態(tài)（圖4）。

圖4 功能性電刺激FES核心機(jī)制

5.關(guān)鍵腦區(qū)功能及其與FES的關(guān)聯(lián)

HUIYING

fNIRS如何驗(yàn)證FES的神經(jīng)效應(yīng)

技術(shù)原理：fNIRS通過近紅外光檢測(cè)皮層血氧（Oxy-Hb/Deoxy-Hb），抗運(yùn)動(dòng)偽影強(qiáng)，適合步行研究

關(guān)鍵證據(jù)：

ΔOxy-Hb作為核心指標(biāo)：信噪比優(yōu)于Deoxy-Hb。

FES-on時(shí)cPMC的ΔOxy-Hb顯著降低（圖4）：表明健側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)資源消耗減少，支持"步態(tài)自動(dòng)化"假說。

相關(guān)性分析：cPMC激活降低與步行速度提升顯著相關(guān)（*r* = 0.509, *p* = 0.026），證明神經(jīng)效率改善直接關(guān)聯(lián)功能進(jìn)步。

與上肢研究的對(duì)比：類似上肢FES訓(xùn)練，下肢FES也減少健側(cè)代償，促進(jìn)患側(cè)激活。

HUIYING

臨床研究方法與結(jié)果

采用功能性近紅外光譜（fNIRS）技術(shù)，觀察19例腦卒中患者在佩戴雙通道功能性電刺激（FES）設(shè)備步行時(shí)的皮質(zhì)激活變化。結(jié)果顯示：與未使用FES相比，對(duì)側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層（cPMC）的氧合血紅蛋白（ΔOxy-Hb）顯著降低（*z* = -2.803, *p* = 0.005），且所有腦區(qū)均呈現(xiàn)ΔOxy-Hb下降趨勢(shì)；同時(shí)，F(xiàn)ES輔助下步行速度提升（10米步行時(shí)間減少），且cPMC激活降低與步行速度改善呈正相關(guān)（ρ= 0.509, *p* = 0.026）。這表明FES可能通過減少對(duì)側(cè)皮質(zhì)資源依賴，促進(jìn)更自動(dòng)化的步行模式，為神經(jīng)康復(fù)機(jī)制提供依據(jù)

研究方法

設(shè)計(jì)：交叉試驗(yàn)（圖5），19例中風(fēng)患者完成FES-on/FES-off步行任務(wù)。

圖5 臨床研究示意

技術(shù)：

fNIRS：監(jiān)測(cè)6個(gè)腦區(qū)（PFC、PMC、SMC等）血氧變化（圖6通道布局）。

圖6（fNIRS通道）：覆蓋前額葉（PFC）、運(yùn)動(dòng)前區(qū)（PMC）、感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)（SMC），健/患側(cè)分區(qū)對(duì)比

FES設(shè)備：雙通道（股四頭肌+脛前?。阶銐?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/117/" target="_blank">傳感器觸發(fā)（圖7刺激時(shí)序）。

圖7 刺激時(shí)序示意

指標(biāo)：ΔOxy-Hb（主要）、ΔDeoxy-Hb、10米步行時(shí)間。

研究結(jié)果

圖8數(shù)據(jù)：

健側(cè)前運(yùn)動(dòng)區(qū)（cPMC）：FES-on時(shí)ΔOxy-Hb顯著降低（*z* = -2.803, *p* = 0.005）。

其他腦區(qū)：激活均下降（無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異）。

步行速度：FES-on縮短步行時(shí)間（9.61s vs. 10.85s），且與cPMC激活降低顯著相關(guān)（*r* = 0.509, *p* = 0.026）。

圖8 柱狀圖直觀顯示cPMC區(qū)ΔOxy-Hb在FES-on下的顯著下降

結(jié)論圖示：圖8柱狀圖清晰展示cPMC在FES-on下的激活減少，支持“FES促進(jìn)自動(dòng)化步態(tài)”假說。

總結(jié)

FES的神經(jīng)效益：通過降低健側(cè)PMC激活，減少步態(tài)控制的皮質(zhì)資源消耗，促進(jìn)自動(dòng)化、對(duì)稱步態(tài)。

臨床意義：雙通道FES可作為中風(fēng)康復(fù)輔助工具，尤其改善亞急性/慢性患者步行效率。

總結(jié)邏輯：聚焦FES干預(yù)→fNIRS揭示皮質(zhì)激活變化→核心發(fā)現(xiàn)（cPMC資源節(jié)?。鷻C(jī)制解讀（自動(dòng)化步態(tài)）→臨床與科研價(jià)值

HUIYING

回映產(chǎn)品 ：外周神經(jīng)系統(tǒng)（PNS）調(diào)控設(shè)備

產(chǎn)品1：經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激（taVNS）本產(chǎn)品采用經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激（taVNS）技術(shù)，通過非侵入性電刺激耳甲腔及耳甲艇的迷走神經(jīng)分支，精準(zhǔn)調(diào)控耳部迷走神經(jīng)分支（耳甲腔CO10、耳甲艇CO15等穴位）；具有多種刺激模式、信號(hào)調(diào)節(jié)范圍大，直接作用于神經(jīng)生理機(jī)制，可適用于睡眠障礙、焦慮癥狀、認(rèn)知障礙、乏力、食欲減退、偏頭痛、以及癲癇等多種疾病的輔助治療。

回映經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)電刺激taVNS設(shè)備示意圖

回映自研經(jīng)耳迷走神經(jīng)電刺激耳甲電極

基本參數(shù)

刺激強(qiáng)度：0 - 30mA;

刺激頻率：1 - 200Hz;

刺激脈寬：100 - 1000us;

刺激維持ON狀態(tài)：1 - 500s;

刺激間歇OFF狀態(tài)：1 - 500s;

淡入淡出時(shí)間：0 - 10s.

產(chǎn)品2：手持式功能性電刺激儀 FES

該設(shè)備基于功能性電刺激（FES）技術(shù)，通過 低頻脈沖電流（1–100Hz） 刺激目標(biāo)神經(jīng)或肌肉，繞過受損的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（如中風(fēng)、脊髓損傷部位），直接誘發(fā)肌肉收縮，以恢復(fù)或輔助運(yùn)動(dòng)功能。該手持式FES設(shè)備通過 精準(zhǔn)電刺激+智能反饋，為神經(jīng)損傷患者提供非侵入、可定制的運(yùn)動(dòng)功能重建方案，覆蓋從臨床到家庭的康復(fù)需求。其核心價(jià)值在于 “替代-訓(xùn)練-重塑” 三重作用：短期替代癱瘓肌肉，中期促進(jìn)神經(jīng)可塑性，長(zhǎng)期恢復(fù)自主運(yùn)動(dòng)功能。
適應(yīng)癥:

該設(shè)備適用于 神經(jīng)系統(tǒng)損傷導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)功能障礙，主要臨床應(yīng)用包括：

1.中風(fēng)康復(fù)

上肢功能重建：輔助手部抓握、腕部伸展（如改善勺子握持能力）。

下肢步態(tài)訓(xùn)練：糾正足下垂（如刺激腓神經(jīng)實(shí)現(xiàn)踝背屈）。

2.脊髓損傷（SCI）

肌肉激活：預(yù)防廢用性萎縮（如股四頭肌電刺激維持肌力）。

膀胱功能管理：刺激骶神經(jīng)根改善排尿（需專業(yè)配置）。

3.多發(fā)性硬化（MS） & 腦癱（CP）

痙攣管理：通過拮抗肌刺激抑制異常肌張力（如腕屈肌痙攣緩解）。

4.運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)

術(shù)后肌肉再訓(xùn)練：如膝關(guān)節(jié)置換后股四頭肌激活。

回映手持式功能性電刺激FES設(shè)備示意圖

基本參數(shù)

幅值：0~80mA

頻率：1~100Hz

脈寬：0~1000us

淡入淡出時(shí)間：0~4s

通斷比：1:5 ~ 1:1

刺激時(shí)間：0~30min

脫落檢測(cè)：通過實(shí)時(shí)阻抗檢測(cè)分析電極脫落狀態(tài)確保刺激有效性；

HUIYING

回映產(chǎn)品 ：多模態(tài)生理參數(shù)采集設(shè)備

產(chǎn)品1：?jiǎn)瓮ǖ兰‰?心電/皮電采集設(shè)備

單通道肌電采集設(shè)備創(chuàng)新性地采用type-C轉(zhuǎn)腦電電極以簡(jiǎn)單輕便的方式實(shí)現(xiàn)了單通道肌電、心電、皮電采集，且基于結(jié)構(gòu)與硬件的特殊設(shè)計(jì)，支持高原環(huán)境下進(jìn)行采集。另外產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)采用魔術(shù)貼設(shè)計(jì)，方便于全身佩戴。

適用領(lǐng)域:單通道生理參數(shù)采集

單通道肌電/心電/皮電采集設(shè)備

基本參數(shù)

1.模數(shù)轉(zhuǎn)換：24位；

2.通道數(shù)：2；

3.示值準(zhǔn)確度：誤差不大于±10%或±2μV,兩者取較大值；

4.測(cè)量范圍：測(cè)量范圍±350mV；

5.分辨率：分辨率≤2uV；

6.系統(tǒng)噪聲：系統(tǒng)噪聲≤1uV；

7.通頻帶：通頻帶為20Hz~250Hz(不包括陷波波段)；

8.差模輸入阻抗：差模輸入阻抗大于5MΩ；

9.共模抑制比：共模抑制比大于100dB；

10.工頻陷波器：設(shè)備有50Hz陷波器,衰減后幅值不大于5μV(峰-谷值)；

11.工作噪音：工作噪音不大于65dB(A)；

產(chǎn)品2.基于干電極的32通道腦電采集儀

高質(zhì)量腦電信號(hào)采集對(duì)于精準(zhǔn)識(shí)別和分析非癲癇樣異常（如彌漫性慢波、局灶性δ活動(dòng)）至關(guān)重要。為此可以了解我們研發(fā)的一款32通道可穿戴腦電采集儀，采用高精度干電極采集腦電信號(hào)，無需導(dǎo)電膏即可快速佩戴，極大提升了受試者的舒適度和操作效率，特別適合長(zhǎng)時(shí)間或動(dòng)態(tài)環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集。該設(shè)備不僅能通過全覆蓋設(shè)計(jì)捕捉全腦電活動(dòng)細(xì)節(jié)，還采用了type-C智能轉(zhuǎn)接技術(shù)和抗干擾硬件架構(gòu)，有效減少了運(yùn)動(dòng)噪聲和電磁干擾對(duì)信號(hào)的影響，在高原或移動(dòng)場(chǎng)景中也能穩(wěn)定輸出低噪聲波形。

適用范圍：多通道生理參數(shù)采集

基本參數(shù)

采樣率：≤ 16KSPS，每個(gè)通道獨(dú)立可控制；

共模抑制比：≥ 120dB；

系統(tǒng)噪聲：≤ 5uVrms；

模數(shù)轉(zhuǎn)換率：24 位；

輸入信號(hào)范圍：±375mVpp；

通頻帶：直流耦合放大，保留全部低頻信號(hào)；

事件同步輸入：無線同步，時(shí)間精度＜1ms；

供電方式：可充電鋰電池；

工作時(shí)間：單電池供電不低于4 小時(shí)；

優(yōu)勢(shì)：可支持高原環(huán)境采集。

參考文獻(xiàn)

1.What is the probability of patients who are nonambulatory after stroke regaining independent walking? A

systematic review.

2.Feasibility and preliminary efficacy of gait training assisted by multichannel functional electrical stimulation in early stroke rehabilitation: a pilot randomized controlled trial.

3.Gait post-stroke: pathophysiology and rehabilitation strategies.

4.Changes in balance and walking from stroke rehabilitation to the community: a follow-up observational study.

5.A randomized clinical trial of a functional electrical stimulation mimic to gait promotes motor recovery and brain remodeling in acute stroke.