穴位刺激的比较研究

穴位刺激的比较研究

在现代康复医学中，外部刺激疗法虽非占有主要的地位，但却是扮演着重要的角色。在对神

经系统疾病的康复及其并发症(如痉挛)的治疗过程中，刺激疗法有着手术和药物疗法不可取

代的优势。此外，通过感觉刺激，可以提高运动功能恢复的效果；通过对肌梭中的传入神经

纤维进行刺激，可以兴奋运动神经元，使较多的神经元参与活动，这将有助于对患者运动功

能的重构。而在单一重复的运动训练中，加入外部刺激，有助于维持大脑皮层兴奋度，保证

训练的效果外部刺激疗法中的穴位电刺激疗法与运动训练宜同时进行，为验证这种结合方式

对运动训练的影响，已进行了正常人的相关实验研究，结果显示持续电刺激的对多数肌肉的

影响并不明显。故在此提出根据运动训练时患者肢体的不同动作阶段，变换刺激模式的结合

方法。利用机器人系统搭建实验平台，一方面可以提供一般运动训练器械和功能电刺激不能

实现的自主循迹训练，另一方面可以根据患者肢体的位置和运动意向，给予适合的刺激。

2、平台的总体框架

平台包含康复机器人部份 (由电机驱动器和机器臂组成)、TENS部份(由电刺激控制模块和TENS仪组成)、sEMG采集部份 (由位置信息采集模块和sEMG采集仪组成)和工控机(负责控制

和提供视觉反馈)。工控机利用 RS232与另外三个部分进行通信，由电机驱动器获取机器臂的

当前位置信息，同时将位置信息作为视觉反馈输出到显示器上；电机驱动器根据工控机发出

的指令，控制机器臂上的电机，并利用电机上的光电编码器测量机器臂的当前位置反馈给工

控机；电刺激控制模块利用由工控机发出的机械臂位置信息来控制TENS仪；位置信息采集

模块则将工控机发出的位置信息由数字信号转换成模拟信号，并发送至 sEMG采集仪上以供

日后数据分析时作为参考之用。

3、平台的系统结构与实验方法

平台的系统结构图

平台控制系统的结构如图所示，图中JT 为坐标空间转换的雅可比矩阵。

工控机利用从机器臂上获取的当前位置信息，位置信息与规划中的轨迹进行比较，以确定电

机下一步的控制方针，然后通过特定的算法，控制电机驱动器、位置信息采集模块和电刺激

控制模块。

为了验证实针、电针和经皮电刺激的区别，并了解刺激后对人体s EMG 的影响趋势，对同一

实验对象分别进行扎实针、电针和经皮电刺激下的循迹运动，观察各刺激方式对sEMG 的影

响效果。

实验：健康男性10 名，年龄25 ～ 35 岁，身高170 ～ 178 cm，体重60 ～ 78kg，惯用手为

右手。

实验采用市面上常用的T E N S 仪进行，进行实针刺激( 针灸和电针) 时使用一次性针灸用针，而经皮电刺激则采用50mm×50mm 的硅胶电极片。实验时对实验对象施予0.5 ～ 2Hz 的电刺激，电流在50mA 以下，刺激强度以实验对象耐受程度为准，本实验采用Noraxon Myosystem-2400 表面肌电信号采集仪及 Noraxon 的固定间距肌电片( 间距为20mm)，采样频

率为1500Hz。

实验过程中，实验对象在机器人平台上进行阻抗约束模式下的自主循迹训练，同时接受穴位

刺激。刺激方式分为扎实针、电针和经皮电刺激三种，其间进行sEMG 采集，在循迹训练过

程中，选择为作业平面，肢体高度以对象胸前为准，轨迹尺寸则依照实验对象的活动域设置。实验中刺激点选取肩髎 (TE14)、曲池(LI11) 、手三里(LI10)、合谷(LI4) 四个穴位。s EMG 采集的肌肉为肱桡肌、肱二头肌、肱三头肌和三角肌中共四个通路。

数据分析过程中，先对原始的sEMG 去除直流分量以消除干扰，并进行全波整波，然后再通

过Butterworth 低通滤波得到sEMG 的包络线，分析主要针对s EMG 包络线的幅值均值进行。由于本实验采用的是0.5 ～ 2Hz 的电刺激，因此用低通滤波已经可以消除电刺激的干扰。

4、实验结果

实验获得电针下的直线循迹运动、低频经皮电刺激下的直线循迹运动和低频经皮电刺激下的

外展圆循迹运动，共三组数据；各组包含刺激前、刺激时和刺激后的sEMG。各肌肉sEMG 的幅值均值，得到如下数据：

根据表1 和表2 中的数据，计算实验对象在不同刺激方式下进行有刺激和没有刺激的直线循

迹运动之间的sEMG 幅值均值的变化率，各组变化率分别为实针刺激、电针刺激和经皮电刺

激相对该组中的无刺激运动而言的。从结果中可以看出，扎实针与电针刺激之间在大部分肌

肉上的sEMG 幅值均值变化率都有较明显的差异，而电针与经皮电刺激之间则在大部分肌肉

上的sEMG 幅值均值变化率都没有明显差异。

由结果可以看出，电针刺激与扎实针的刺激效果之间区别明显，而扎实针情况下的电刺激与

经皮电刺激的效果则在大部分肌肉上没有明显区别，由此可以判断，没有电刺激的针刺疗法

效果并不如有电刺激的针刺疗法能带来较大的影响，而侵入式电刺激和非侵入式电刺激的效

果基本相当。这一结果与文献中所述相似，验证了经皮电刺激可以取代电针灸的可行性。

大部份外部刺激存在的是暂时的效果，提高效率，应该在运动训练的同时加入电刺激，但电

刺激引发的肌肉收缩不单有辅助的效果，也能成为一种阻抗，所以应该因应不同的动作阶段

给予不同的刺激，机器人辅助下的运动训练存在优势，不是单一动作，可支持较多的动作阶

段的不同刺激模式，不是单个动作，而是可以给合循迹训练进行的综合式训练方式，以实际

的运动动作来决定刺激方式。现代康复治疗中重视患者在训练过程中的参与度，在运动中应

该尽量调动患者对其患肢残余的自主运动意向在运动。

研究指出，在运动疗法中结合针刺穴位的刺激方式可以缓解痉挛，其效果明显优于单独使用运动疗法。然而，该研究中所使用的是实针的刺激，如前文所述，实针刺激并不利于与运动

疗法相结合，扎针时活动患者的肢体可能会对患者造成伤害。因此本研究在实现运动与穴位

刺激结合的疗法时，使用经皮电刺激的方式。