功能性电刺激课件
(功能性)电刺激
《低频电疗法》见：南登崑主编.实用物理治疗手册.北京.人民军医出版社，2001，316-363医学上把频率1000Hz以下的脉冲电流称作低频电流，或低频脉冲电流。
应用低频脉冲电流来治疗疾病的方法称为低频电疗法。
低频电流的特点是：①均为低频小电流，电解作用较直流电弱，有些电流无明显的电解作用；②对感觉神经和运动神经都有强的刺激作用；③无明显热作用。
低频脉冲电流在医学领域的应用已有一百多年的历史。
但最早用“电”来治病要追溯到公元前420年的古希腊医生希波克拉底（Hippocrates）和公元前46年的古罗马医生Scribonius Largus，他们分别将一种放电的鱼（torpedo fish）给病人食用或放在病人患处来治疗头痛和痛风。
1700年Dureney开始了用电流刺激蛙肌肉的生理实验。
1831年法拉第（Michael Faraday）发明了感应电装置后，低频脉冲电流常用于治疗头痛、瘫痪、肾结石、坐骨神经痛，甚至心绞痛。
19世纪后期和20世纪初是“电疗的黄金时代”，电生理学研究不断深入，多种低中频电疗法得到发明并广泛应用于临床。
首先是被称为“电疗之父”的D.B.Duchenne 出版了基于电疗的电生理学著作，第一次描述肌肉运动点。
然后，1909年法国人Louis Lapicque最早使用“基强度（rheobase）”和“时值（chronaxie）”二词（直到今天仍在沿用）。
1916年Adrian首次描述了正常肌肉和病肌的强度—时间曲线。
1950年间动电疗法问世。
但在随后的本世纪中期，由于生物化学、药理学的进展，电疗一度被临床医生冷落。
直到1965年Melzack和Wall提出闸门控制学说和70年代对阿片肽（内原性吗啡样物质）的研究，电疗才又重新受到重视。
60年代，高压脉冲电流和电子生物反馈技术开始应用。
1968年我国晶体管低频脉冲电针机研制成功，使电针迅速在全国推广普及，并用于针刺麻醉上。
同年，Shealy等根据闸门控制学说推出脊髓电刺激疗法，以后相继开展了中枢性电刺激（大脑导水管周围灰质、丘脑、尾核、脑垂体埋入电极刺激法）的研究。
功能性电刺激
汇报人：XX
目 录
• 引言 • 功能性电刺激的原理 • 功能性电刺激的设备与技术 • 功能性电刺激在康复治疗中的应用 • 功能性电刺激在体育运动中的应用 • 功能性电刺激的未来发展
01
引言
功能性电刺激的定义
01
功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation，FES）是 一种通过电流刺激神经或肌肉以 产生或恢复肌肉功能的技术。
缓解疼痛
功能性电刺激可以刺激皮肤感觉神 经末梢，产生镇痛作用，对于慢性 疼痛、神经性疼痛等有缓解作用。
03
功能性电刺激的设备与技术
功能性电刺激的设备
电刺激器
用于产生和输出电刺激信 号，通常具有多种波形、 频率和幅度可调。
电极
将电刺激信号传递至目标 肌肉或神经，常用材料包 括金属、碳和导电橡胶等 。
随着科技的进步和医学理论的发展， 人们逐渐认识到电流对神经和肌肉的 刺激作用，并开始尝试使用功能性电 刺激来治疗各种疾病。
随着计算机技术和生物医学工程的发 展，功能性电刺激技术不断得到改进 和完善，其应用领域也不断扩大。
功能性电刺激的应用领域
神经康复
用于治疗神经损伤、肌肉萎缩 、偏瘫等神经系统疾病，帮助 患者恢复肌肉功能和运动能力
5. 开始治疗
启动电刺激器，观察患者反应和肌肉 收缩情况，适时调整参数以确保治疗 效果和患者舒适度。
6. 结束治疗
在治疗时间结束后，关闭电刺激器并 移除电极，对患者进行必要的后续观 察和指导。
04
功能性电刺激在康复治疗中的应用
疼痛缓解
神经调节
01
通过电刺激作用于疼痛相关的神经通路，抑制疼痛信号的传递
无线刺激技术
功能性电刺激
功能性点刺激(FES)功能性电刺激疗法是使用低频电流刺激失去神经控制的肌肉，使期收缩，以替代或矫正器官及肢体以丧失的功能。
该方法是Liberson等在1961年发明的。
他们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年才正式定名为FES。
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。
一、物理特性由于FES的应用范围非常广泛，所用的仪器和电流参数差异很大。
在此仅介绍神经肌肉的FES电流的性能：波型：双相指数波、方波；波宽：0.3~0.6ms；频率：20~100Hz；脉冲群宽度：0.8~1.8s；调幅：用梯形波，上升时间0.5~1.5s，下降时间0~1.0s可调。
二、FES的作用（一）代替或矫正肢体和器官已丧失的功能，如偏瘫患者的足下垂、脊柱侧弯。
（二）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。
三、临床应用（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. 辅助站立和步行：最早应用单侧单通道刺激，用以纠正足下垂。
其原理是：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。
理疗----功能性电刺激疗法
物理因子治疗是应用电、光、声、磁和热动力学等物理学因素结合现代科学技术方法治疗患者的方法。
主要包括利用光、电、声物理特性结合现代科技手段而采用的治疗手段，其中有音频、超声、激光、红外线、短波、微波、超短波、固频干扰、电磁、旋磁、仿生物电等许多种类；另外还有采用各种冷或热的物理特性进行治疗的方法，如水疗、蜡疗等就是利用了热动力学因素。
一、作用与应用功能性电刺激疗法（functional electrical stimulation，FES）是使用高频、低频、中频等瞬间出现的医用电流来刺激失去神经控制的横纹肌或平滑肌，引起肌肉收缩，以获得有益的功能性运动。
使肌肉产生被动的、节律性收缩。
1.引起肌肉组织的生物化学改变通过电刺激可以保留肌肉中糖原含量，节省肌中蛋白质消耗，减轻肌肉的消瘦。
规律性收缩和舒张可以促进静脉和淋巴回流，改善代谢和营养，延缓萎缩，并且防止肌肉大量失水和发生电解质、酶系统和收缩物质破坏，保留肌肉中的结缔组织正常功能。
抑制肌肉纤维化，防止肌肉组织变短和硬化。
多数脑性瘫痪等运动障碍患者由于受肌张力的影响，主动运动功能减弱或消失，严重影响了肌肉营养状况，引起肌肉血液循环不良。
可通过功能性电刺激疗法调节肌肉组织的生物化学改变，辅助康复治疗。
2.缓解痉挛痉挛是指骨骼肌、平滑肌等局部紧张，长时间收缩，是一种因牵张反射使肌肉兴奋性增高所致的以速度依赖性肌肉张力增高为特征的运动障碍，且伴有腱反射的亢进。
痉挛的原因是中枢神经系统损伤或受刺激、肌肉本身受束缚、损伤引起。
FES是着重解决患儿痉挛以及导致的运动功能障碍。
例如，对于因上肢肌肉痉挛而影响上肢运动的患儿，可用控制指腕背伸的痉挛仪，通过对桡神经或肌肉的刺激，从而达到恢复手指运动功能的目的。
FES应用于脑瘫患儿治疗，主要是缓解脑瘫患儿的肢体和躯干肌肉的痉挛，进而改善运动异常及姿势异常。
电刺激治疗应用在康复治疗中，可以被运用于再训练。
FES的疗效在某些方面优于其他神经病学治疗方法，该法可以启动反射机制，活化运动神经元活性和促进动作的形成，是必不可少的辅助治疗方法。
功能性电刺激
小于40微秒时，则需要非常高的电流量才能够 引起动作神经之冲动，而波宽较长时，则仅需 较小的电流强度，就可引起神经电位之变化。 300 微秒波宽比 50 微秒或 1000 微秒造成较好舒 服度，因此大部份NMES电刺激器采用此固定 波宽。 引起肌肉收缩之理想波宽为200至400微秒，因 此临床上以200至400微秒最多见。
波频(Pulse Rate)
波频之单位为每秒之脉波数 (pulse per second， 简称pps)。 波频与肌肉收缩的品质与肌肉疲乏的快慢有关 系，要引起持续而稳定之肌肉收缩产生动作， 则必须大於30 pps。 理论上波频愈高，则阻抗愈低、愈能产生较大 肌肉收缩力量，但神经肌肉交接处之神经传导 物质愈快用完，因此容易造成疲乏。 在寻找运动点时，通常使用1～5 pps，一般训 练时皆使用 30 ～ 50pps ，但另需考量肌肉大小 与病况。
学习目的
了解FES的原理及参数 了解FES在各肌肉的电极刺激点 了解FES的临床使用方法
内容
应用原理 肢体肌肉的刺激 临床应用
应用原理
利用电刺激动作神经引起肌肉收缩， 以达到增加肢体的功能性活动
电极片系统 电刺激参数 安全准则
电极片系统
表面电极片 (surface electrode) ：使用方便、非侵 入性。对肌肉刺激的选择性不很好，无法单独选 择刺激位於深部的肌肉；主机与电极片间需连接 许多管线，因此造成行动不便；会对皮肤造成电 化学之反应；会刺激到感觉神经，引起不必要之 不良反应；对於每天施用神经肌肉电刺激之病人， 得花费时间贴电极、拿下电极及收拾仪器。 电极片黏於紧身衣上直接套上，减少每天要寻找 置放电极片位置之麻烦。 透皮的电极片 (percutaneous electrodes) 或是植入 式电极片(inplanted electrode) 。
(优质医学)功能性电刺激
FES的治疗目的是帮助病人 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。
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Contraindications I
6
各种起 搏器
特发性脊 柱侧弯
缓解疼 痛
治疗应 恢复运
用
动功能上运动 神经元 Nhomakorabea瘫痪助听器、 助视器
排尿功 能障碍
7
起搏器
8
特发性脊柱侧弯
也叫“电子矫形 仪”，电极置于侧弯 的上下方，每天于晚 睡时刺激8~10小时， 频率25Hz,脉宽0.2ms, 通断比6:6，连续刺激 6~42个月
9
肩关节半脱位
LOGO
1
Contents
FES
什么是FES? 它有什么特性？ 它有何功用？ 它在临床上的应用？ 它有何禁忌？ 它的发展方向其趋势？
2
Introduction
功能性电刺激（functional eleetrieal stimulation，FES）
指应用低频脉冲电流，按需编定程序，以一定强度输 给人体，也可通过信号—电流转换放大后送入人体， 作用于丧失功能的器官或肢体，刺激感觉和运动神经 （含肌肉）使产生的即时效应来替代或矫正器官和肢 体已丧失的功能的一种治疗方法。
电流强度
一般FES使用表面电极时，其电流强度在0mA~100mA之间。使用肌肉 内电极时，其电流强度在0mA~20mA之间。
5
Physiological functions
代替或矫正肢体和器官已丧 失的功能，如偏瘫患者的足下 垂、脊柱侧弯。
功能性电刺激PPT课件
肘关节屈曲肌
肘关节屈曲肌常与肘关节伸直肌一同进 行交互性的电刺激，引起肘关节之动作。 肱二头肌的肌肉较肱三头肌小，所以电 极片也相对较小，主动电极通常放在肱 二头肌的肌腹上，分散性电极则在肱二 头肌的肌腹远端上 。
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腕/手指伸直肌
通常为促进动作控制、增进肌肉力量，以及改 善高张力及关节挛缩之现象。
5．在单相波电刺激状况下，主动电极在运动点(motor point) 或 神 经 近 皮 肤 表 层 处 ， 参 考 电 极 (reference electrode)在远端；在双相波电刺激状况下，两电极片置 放在欲刺激之肌肉或肌肉群上，但由於电流密度是愈近电 极片愈高，因此仍有一电极片在运动点上较易引发肌肉收 缩；
引起肌肉疲乏，因此需给予较长休息时间。
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坡升时间(Ramp Up Time) 与坡降时间(Ramp Down Time)
为使刺激较舒服，电流强度通常采渐升 及渐降之方式。坡升时间可由0.1至10 秒，坡降时间也由0至数秒钟。
22
治疗时间与治疗频率
治疗时间依病患种类、症状严重度与治 疗目的而不同，通常一次15分至数小时， 由一星期2次至每天数次 。
1．电极片愈小，则电流强度密度愈大，较易引起去极化 (depolarization)但较痛；
2．电极片愈大，则可刺激到之肌肉范围愈大，肌肉收缩 反应愈强；
3．在可能范围内，电极片愈大，则可以在不痛状况下产 生最大肌肉收缩，因此大肌肉通常使用大的电极片；
4．主动电极(active pad)使用之电极片小於分散式电极 (dispersive electrode)，如此可单独刺激到运动点 (motor point)，较不会有扩散(overflow)到不欲刺激 肌肉之现象 12
最新功能性电刺激治疗脑卒中及其机制探讨讲学课件
• To address this issue, the researchers assessed the outcomes of 46 patients who were randomly treated with standard rehabilitation alone or in combination with either FES or fake "placebo" stimulation. Stimulation began a few days after the stroke and was given five days per week for three weeks. The researchers' findings appear in the American Heart Association's journal Stroke. Compared with the other two interventions, FES plus standard rehabilitation improved several measures of lower limb function.
结论
• 3周FES 治疗可以
– 延缓偏瘫下肢痉挛的发生及其发展 – 增加拮抗肌的收缩，降低痉挛肌的协同收缩 – FES组较安慰刺激组和对照组早 2~4天恢复独立步行，
FES组患者治疗 3周后均能行走 – 回归家庭
• FES组84.6%，安慰组56.3%，对照组 41.7%
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是目前国内外康复医学科电疗手段中最为常 见的一种。
发展史
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。
功能性电刺激（FES）是SCI康复中发展最迅 速的高科技技术。
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lectrical Stimulation，FES
概述
机体的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)。
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。
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。 最近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。
注：波升是指达到最大电流所需要的时间，波降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:
1～10Hz：可引起肌肉单收缩 25～50Hz：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（0～150Hz）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。
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
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。
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：0.3~0.6ms； 频率：20~100Hz；（理论上FES的频率为1~100Hz ） 脉冲群宽度：0.8~1.8s； 调幅：用梯形波，上升时间0.5~1.5s， 下降时间0~1.0s可调
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
FES工作原理：神经细胞的电兴奋性