1、,功能性电刺激 Functional Electrical Stimulation，FES,南京医科大学第一附属医院 钱开林,机体各种运动和感觉功能，从最简化的意义上说，无非是神经冲动使相应的肌肉或神经细胞兴奋的结果。 因此，如果肌肉或神经细胞功能正常，只是由于缺乏使之兴奋的神经冲动而导致运动或感觉丧失的，应该可以人工地给以电刺激而使之恢复。这就是功能性电刺激(Funetional Eleetrieal Stimula-tion，FES)。,前言,由于人体的每一种功能都是涉及许多细胞的极其复杂而协调精确的活动，加以技术上的困难，FES真正应用于临床还只是最近十几年的事，但它已显示了巨大的价值和
2、诱人的前景，成为生物医学工程学的重要内容之一。 最突出的例子就是心脏起搏器，它已在全世界被广泛应用，拯救了千百万心脏病患者的生命。,主要内容,FES的定义及发展史 FES的物理特性及治疗作用 FES的临床应用 FES相关治疗设备的选择 总结,主要内容,FES的定义及发展史 FES的物理特性及治疗作用 FES的临床应用 FES相关治疗设备的选择 总结,定义,功能性电刺激（functional electrical stimulation，FES）属于神经肌肉电刺激（neuromuscular electrical stimulation，NES）的范畴； 是利用一定强度的低频脉冲电流，通过预先设
3、定的程序来刺激一组或多组肌肉，诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动，以达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的。,FES是目前国内外康复医学科电疗手段中最为常见的一种。,功能性电刺激是Liberson等在1961年发明的。 Liberson用脚踏开关控制电流刺激腓神经支配的肌肉，产生踝关节背屈，以帮助患者行走。当时称为功能性电疗法。 1962年正式定名为FES。,发展史,功能性电刺激踩车系统（台南大学）,功能性电刺激（FES）是SCI康复中发展最迅速的高科技技术。 美国卫生部曾经评价：FES可以“改善SCI疾病预防，促进健康，提高功能独立能力”； 美国疾病防治中心建议：“将FES作为SCI预防和缓
4、解继发性残疾的技术”；,FES概述,采用FES以增加体力活动能力和健适的研究与日俱增，比较公认的康复效果包括： 有效和安全地提高心脏功能； 刺激代谢； 心血管和肺适应以及骨骼肌训练适应。,许多研究均证明： 脊髓损伤及脑卒中后功能性电刺激对步行能力的逐步恢复有积累性增长的独立作用。,Wieler等进行多中心FES远期疗效的研究，发现： 训练近期步行速度平均增加超过20%； 继续训练1年增加达到45%，步行速度最慢(0.3 m/sec)者获益最大。,5名完全性四肢瘫（C5-C7）患者进行电刺激踏车运动训练8周（7次/周），结果发现胰岛素刺激的糖摄取能力提高 47%，磷酸果糖激酶表达和肌纤维类型无显
5、著改变。146%，己糖磷酸激酶II增加20485%，糖合成酶增加52613%，与离体肌肉胰岛素刺激的糖转运增加2.1倍的研究报道一致。股外侧肌葡萄糖运载蛋白4表达增加37833,Thomas等发现正常人FES和主动运动时心率明显高于被动运动，SCI者心率无显著改变，但FES运动时每搏量明显高于被动运动，表明： SCI患者FES运动时主要通过增加静脉回流来增加心输出量而不是心率。,SCI患者腿部FES运动增加患者VO2max的作用是研究热点之一。,Raymond等研究7例截瘫(T4-T12)，发现： 手臂与FES踏车联合运动比单独手臂运动的VO2高25%，心率低13%，氧脉搏高42%，通气量和呼
6、吸商无显著差异 Phillips和Burkett研究8例SCI（C6-T12）上身训练与腿FES对VO2的作用，FES有增加VO2max的趋向，但未达到显著差异。,Matsunaga等评估间断性20 Hz和100 Hz电刺激所导致的肌肉疲劳。电刺激为4秒/次，在开始运动后第60秒，120秒和240秒期间进行刺激。20 Hz电刺激时肌肉疲劳明显于100 Hz电刺激，提示： 100 Hz电刺激对FES闭环控制有利。,SCI由于运动受限导致心血管功能减退，因此心血管训练成为SCI康复的重要组成部分。 Gurney等报道FES踏车与手臂摇车训练12周后，峰值吸氧量（VO2peak）显著增加。但停训8周
7、后VO2peak和最大运动负荷显著降低，提示： SCI训练的外周肌肉适应和中枢适应必须坚持训练才能保持，这与神经功能正常者的研究结果一致。,主要内容,FES的定义及发展史 FES的物理特性及治疗作用 FES的临床应用 FES相关治疗设备的选择 总结,物理特性,FES的应用范围非常广泛，所用的仪器和电流参数差异很大。 神经肌肉的FES电流的性能： 波型：双相指数波、方波； 波宽：0.30.6ms； 频率：20100Hz；（理论上FES的频率为1100Hz ） 脉冲群宽度：0.81.8s； 调幅：用梯形波，上升时间0.51.5s， 下降时间01.0s可调 注：波升是指达到最大电流所需要的时间，波降
8、是指从最大电流回落到断电时所需的时间。,对运动神经和肌肉: 110Hz：可引起肌肉单收缩 2550Hz：可引起肌肉强直收缩 100Hz ：可引起肌肉收缩减弱或消失,使一种频率较高的电流的幅度和频率随着一种频率较低的电流的幅度变化而改变，称为调制。其受控制（即频率较高）的电流称被调波；控制电流（即频率较低）则称调制波。,低频调制的中频电流的生理学特点： 幅度恒定的中频电流易为人体所适应； 目前临床上已用低频（0150Hz）电流调制中频电流，使中频电流的幅度随低频电流的频率发生变化。因此，这种电流兼有低、中频电流的特点，且由于其波形、波幅、频率、调幅度的不断变化，人体不易适应。,FES工作原理：神
9、经细胞的电兴奋性 电刺激特点： 刺激时间越短，达到阈值所需要的电流强度就越大； 反之，所需电流强度越小。 电流强度不能低于一个最小值（基强度， rheobase) 募集特性:指电刺激强度与被激活的肌纤维的数目之间的关系。反映电刺激肌肉响应的一个重要的量化关系。 在理论上把刺激作用时间无限长时（一般只需超过1毫秒），引起组织兴奋所需要的最小电流强度叫做基强度。,两种募集特性比较,治疗作用,1代替或矫正肢体和器官已丧失的功能 2功能重建 FES在刺激神经肌肉的同时，也刺激传入神经，加上不断重复的运动模式信息，传入中枢神经系统，在皮层形成兴奋痕迹，逐渐恢复原有的运动功能。,主要内容,FES的定义及发
10、展史 FES的物理特性及治疗作用 FES的临床应用 FES相关治疗设备的选择 总结,目前FES的研究应用已涉及临床各个领域。如： 心脏起搏器用于心律失常和窦房结功能低下（病窦综合征）； 膈肌起搏器（膈神经刺激器）用于救治呼吸中枢麻痹、调整呼吸； 通过植入电极控制膀胱功能； 调整胃肠功能等。,临床应用,1 上运动神经元瘫痪 2 呼吸功能障碍 3 排尿功能障碍 4 特发性脊柱侧弯 5 肩关节半脱位,（一） 上运动神经元瘫痪 上运动神经元瘫痪包括脑血管意外、脑外伤、脊髓损伤、脑性瘫痪、发性硬化等。 FES治疗的目的是帮助病人完成某些功能活动，如步行、抓握，协调运动活动，加速随意控制的恢复。,1. 辅
11、助站立和步行： 最早应用单侧单通道刺激，以纠正足下垂。原理：在患侧摆动相开始时，足跟离地，放在鞋后跟里的开关接通，电流刺激腓神经或胫骨前肌，使踝背屈。进入站立相后，开关断开，电刺激停止。,对截瘫患者，可用4通道刺激。在双站立相（即双足同时站立时），刺激双侧股四头肌；在单侧站立相，一个通道刺激同侧股四头肌，同时对侧处于摆动相，一个通道刺激胫骨前肌。后来有人在此基础上，再增加了两个通道，分别刺激双侧臀中肌或臀大肌，控制骨盆活动。这样，患者使用FES可以站立、转移、行走。,1986年Petrofsky等设计了一个FES系统与RGO矫形器配合使用，能使病人行走的效率、速度均提高，减少能量消耗。 198
12、7年Peckham等成功设计了多达26通道的FES系统，控制整个下肢。它的程控化很高，能使病人上、下楼梯。,2. 控制上肢运动： 上肢的运动比下肢复杂许多。 应用48通道的FES 系统刺激手和前臂肌肉，可使病人完成各种抓握动作。因为手和前臂肌肉较小，一般用植入式电极，通过同侧肩部肌肉或对侧上肢来控制开关。,Cooper等（1988）发明了声控的FES系统。他们先将上肢运动程序输入电脑，然后训练电脑使其能识别1025个词的发音，这些词是用来控制上肢运动的。 患者为C5C6脊髓损伤的四肢瘫，经训练后病人能较好地完成手抓握、放松等动作,意念控制,（二） 呼吸功能障碍,用于控制和调节呼吸运动FES系统
13、为膈肌起搏器。 一对植入电极埋入双侧膈神经上（亦可用体表电极置于双侧颈部膈神经运动点上），与固定于胸壁上的信号接收器相连。控制器发出无线电脉冲信号，由接收器将其变为低频电流，经电极刺激膈神经，引起膈肌收缩。 主要用于脑血管意外、脑外伤、高位脊髓损伤所致的呼吸肌麻痹。,吞咽功能性电刺激,（三） 排尿功能障碍,1. 尿潴流 当骶髓排尿中枢遭到破坏或S2S4神经根损伤后，膀胱逼尿肌麻痹，出现尿潴留。 当损伤部位在骶髓以上，则出现反射性膀胱，排尿不能受意识控制。, FES对尿潴留的治疗都是采用植入式电极刺激逼尿肌，使其收缩，并达到一定的强度，克服尿道括约肌的压力，使尿排出。 电极植入的位置和刺激部位有
14、几种： 直接刺激逼尿肌； 刺激脊髓排尿中枢； 刺激单侧骶神经根； 刺激骶神经根的部分分支。 典型的刺激参数是频率20Hz，脉冲宽度1ms。,2. 尿失禁 是由于下运动神经元损伤，尿道括约肌和盆底肌无力，出现排尿淋漓不尽，或腹压轻微增高就排尿。 FES刺激尿道括约肌和盆底肌，增强其肌力。 对男性患者可用体表电极或直肠电极； 对女性患者可用阴道电极。 最早使用阴道电极是在1977年。刺激参数为频率20Hz，波宽0.15ms，通断比为8：15s，波型为交变的单相方波或双相方波。,（四） 特发性脊柱侧弯,本病常见于青少年，病因不明。 传统的治疗方法是戴脊柱矫形器。但因佩戴时间太长（每天需23小时），矫
15、形器能限制患者的活动，不舒服，影响患者的形象，病人往往不愿戴从而使治疗半途而废。 70年代开始对用电刺激替代矫形器的研究。这种能替代矫形器的FES称为“电子矫形器“（electrical orthosis）。Bobechko等首先在1979年报道用植入电极和射频发射控制的系统治疗本病获得成功。由于植入电极有危险性和副作用，80年代以来改用体表电极。,方法： 用双通道仪器，电极置于侧弯的两个曲线最高的顶椎旁，刺激髂肋肌、最长肌、棘肌。 每晚睡觉后治疗，长达每天810小时。 电流强度以引起肌肉强收缩而又不引起疲劳为限。 电流参数：推荐用Rancho Los Amigos 医院康复工程中心的标准：频
16、率25Hz，脉冲宽度0.2ms，通断比6：6s ，上升时间1.5s，下降时间0.8s，强度6080mA。 连续治疗642个月，或直到患者的骨骼成熟为止。,疗效：与矫形器的效果一致。 病人的年龄、弯曲的位置和程度、是否有并发症，能影响疗效。 一般说弯曲度（Cobb角）在2040之间的进行性侧弯，适合FES治疗。,（五） 肩关节半脱位,肩关节半脱位常见于脑血管意外、四肢瘫、格林-巴利综合征。是由于冈上肌、三角肌无力所致。可出现疼痛、上肢肿胀等症状。 本病的治疗多用支具、吊带来托住上肢，但这会限制上肢的活动。,FES可以替代支具、吊带治疗肩关节半脱位，不影响上肢运动。方法是用双相方波刺激冈上肌和三角
17、肌后部。 Baker和Parker（1986）观察了63例脑血管意外伴肩关节5cm以上半脱位的病人。FES频率为20Hz，波宽0.3ms，通断比1：3。逐渐增大电流强度和治疗时间。5天后病人可以耐受连续67小时的刺激，以后再逐渐增加通电时间，减少断电时间。 通过对肩关节X片观察，FES能显著减轻肩关节半脱位的程度。疗效与治疗前半脱位的程度和疼痛无关。而肩吊带和轮椅臂托不能改善脱位的程度。,主要内容,FES的定义及发展史 FES的物理特性及治疗作用 FES的临床应用 FES相关治疗设备的选择 总结,设备和方法,FES治疗仪有多种多样。 在医疗机构使用的一般是大型精密的多通道仪器。 电极的放置和仪
18、器操作较复杂。 便携式机，一般为单通道或双通道输出，病人可以戴着仪器回家治疗或一边工作一边治疗。 操作时治疗参数的选择，已如前述，必须因人因病而异，必须循序渐进，持之以恒。,主要内容,FES的定义及发展史 FES的物理特性及治疗作用 FES的临床应用 FES相关治疗设备的选择 总结,神经肌肉电刺激疗法 定义 低频脉冲电流刺激神经肌肉以治疗疾病的方法称神经肌肉电刺激疗法(neuromuscular electrical stimulation，NMES)，又称电体操疗法。 治疗作用 采用低频三角波治疗能避免刺激正常感觉神经，只刺激病肌，不波及临近正常肌肉，因此治疗电流较少引起疼痛。对失神经支配的
19、肌肉进行合适的电刺激，可以引起肌肉收缩，改善血液循环及营养代谢，延缓肌肉萎缩，防止纤维化和挛缩，能促进神经再生，恢复神经传导功能。 治疗技术和方法 先进行强度时间曲线检查，测定肌肉失神经支配的程度，确定应选用的脉冲电流参数；如没有电诊断条件，可根据经验确定法选择电刺激条件。治疗时阴极点状电极置于患肌运动点上，阳极电极置于肢体近端或躯干。电极下应放厚衬垫。电流强度以引起肌肉明显收缩而无疼痛为度，肌肉收缩的次数以不引起过度疲劳为度。刺激数分钟后休息数分钟，重度失神经支配的肌肉，应减少每分钟收缩次数，每次治疗共收缩4060次；收缩次数随病情改善逐渐增加，缩短休息时间，每次治疗可达80120次以上。疗程根据神经损伤程度而定，轻者3个月，重者1年。 适应证：下运动神经元损伤所致的松弛性瘫痪、失用性肌萎缩。 禁忌证：运动神经元损伤引起的瘫痪、戴有心脏起搏器者。,功能性电刺激必须在刺激过程中结合功能性活动或直接产生功能性性活动。 凡是不能产生功能活动的神经肌肉电刺激均为单纯的电刺激，包括各种无功能活动的肌电触发反馈刺激等。,qiankailin99,
