基于超聲影像分析的功能性電刺激肌肉形態(tài)及活動(dòng)研究.pdf

1、近年來，脊髓損傷導(dǎo)致癱瘓的發(fā)病率呈顯著上升趨勢(shì)。肢體功能重建是截癱患者康復(fù)治療時(shí)關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)與難點(diǎn)。在肢體功能重建方面，功能性電刺激(functional electrical stimulation，F(xiàn)ES)技術(shù)被普遍認(rèn)為是一種有效的臨床工具。
　　 但是，很多新的FES技術(shù)還只局限于實(shí)驗(yàn)室階段，臨床應(yīng)用的FES刺激模式以及達(dá)到的效果都非常有限，其原因之一就是對(duì)于FES作用的機(jī)理方面的研究還有所欠缺，目前還鮮有研究在宏觀水平

2、上說明FES如何影響肌肉的功能活動(dòng)和狀態(tài)。而骨骼肌的收縮和舒張是人體各種運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，骨骼肌的結(jié)構(gòu)是其功能活動(dòng)的首要決定因素。所以，要想利用FES實(shí)現(xiàn)骨骼肌功能重建并使其得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的目的，就必然需要對(duì)FES作用下骨骼肌的結(jié)構(gòu)及其功能活動(dòng)與狀態(tài)的機(jī)理進(jìn)行更深入的探究。
　　 本研究設(shè)計(jì)了等角和等矩兩種收縮狀態(tài)，每種狀態(tài)包含F(xiàn)ES誘發(fā)和自主運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)模式。利用B型超聲成像系統(tǒng)對(duì)FES下的目標(biāo)肌肉進(jìn)行成像，提取目標(biāo)肌肉的功

3、能活動(dòng)信息--肌肉厚度和紋理特征，同時(shí)采集關(guān)節(jié)角度并將其作為反饋信號(hào)，采集相應(yīng)角度的自主收縮下肌肉的超聲圖像信息。
　　 在每種收縮狀態(tài)下，本研究提取了FES誘發(fā)和自主運(yùn)動(dòng)下受試者的肌肉厚度和紋理特征。首先，計(jì)算了FES下肌肉厚度、紋理特征與關(guān)節(jié)角度的相關(guān)性，結(jié)果顯著，表明周期性FES是周期性肌肉活動(dòng)的直接原因；其次，在達(dá)到相同的運(yùn)動(dòng)效果前提下，利用比值對(duì)比了FES誘發(fā)的和自主運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的肌肉特征信息的差異，然后根據(jù)受試者的個(gè)體差

4、異性分析造成這種差異的影響因素，并利用逐步篩選的多元線性回歸方法對(duì)影響因素進(jìn)行主因素分析，從而確定每個(gè)肌肉特征的主要影響因素，旨在通過調(diào)節(jié)FES的刺激模式和強(qiáng)度以調(diào)整主因素，使得FES誘發(fā)下的肌肉特征參數(shù)向著達(dá)到相同運(yùn)動(dòng)效果下的自主收縮的肌肉特征參數(shù)回歸。
　　 本研究利用支持向量機(jī)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，利用FES條件下的既定刺激強(qiáng)度、肌肉厚度和紋理信息對(duì)關(guān)節(jié)角度進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，采用肌肉信息與FES相結(jié)合的方法在預(yù)測(cè)