自适应功能性电刺激系统对中风患者步态生物力学的治疗与矫形效果研究

为改善中风患者步态，研究人员探究自适应功能性电刺激（FES）系统，发现其可优化步态生物力学，具临床潜力。

　　在当今社会，中风已成为严重威胁人类生命健康的 “杀手”。它是一种急性脑血管疾病，高死亡率和高致残率让许多患者的生活发生了翻天覆地的变化。偏瘫步态作为中风常见的后遗症，使得患者在行走时困难重重，不仅速度慢、稳定性差，还容易摔倒，严重影响了他们的日常生活。

为了帮助这些患者，功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation，FES）技术应运而生。它就像是给患者的肌肉装上了 “小马达”，通过外部设备向神经肌肉系统发送控制信号，激活那些 “偷懒” 的肌肉。自 1961 年首次应用以来，FES 系统不断发展，帮助患者纠正足下垂、增强蹬地力量、改善膝关节和髋关节控制。然而，以往的研究大多只关注 FES 的即时矫形效果，忽略了长期使用可能带来的治疗效果，而且很多研究使用的是固定参数的开环 FES 系统，无法根据患者的生理变化进行调整。更重要的是，在评估 FES 的效果时，很少有人关注压力中心（Center of Pressure，COP）的对称性，而这对于患者保持平衡控制至关重要。

为了解决这些问题，来自南方医科大学珠江医院和中山大学深圳校区生物医学工程学院等机构的研究人员开展了一项重要研究。他们的研究成果发表在《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》上。这项研究旨在评估自适应 FES 系统对中风患者步态生物力学的矫形和治疗效果，研究人员提出假设：激活中风患者特定肌肉能促进偏瘫侧压力中心移动，改善步态对称性；长期 FES 训练可能改变肌肉力量和神经兴奋性，实现治疗益处。

研究人员采用了一系列先进的技术方法。首先，他们招募了 8 名慢性中风患者和 9 名健康对照者。实验设备十分先进，包括跑步机、运动捕捉系统、三维力传感器、功能性电刺激器和足底压力传感器等。实验设置了三种电刺激模式：无刺激（No stimulation，NS）、摆动期对胫骨前肌（Tibialis anterior，TA）进行自适应 FES（SA-ILC SCS）、摆动期对 TA 和站立期对腓肠肌（Gastrocnemius，GAS）进行混合自适应 FES（SA-ILC DCS）。研究中使用了速度自适应策略来模拟正常步态时踝关节肌肉的激活时间，还运用迭代学习算法根据步态表现自适应调整电刺激强度。此外，通过运动捕捉系统和力传感器收集运动学和动力学数据，利用 MATLAB 软件进行分析，并使用特定公式计算 COP 轨迹和对称性指标，通过多种统计方法对数据进行分析。

研究结果令人欣喜。在评估测试中，研究人员发现中风患者在无刺激时，COP 轨迹明显不对称。而在 SA-ILC SCS 条件下，步态不对称有所改善；在 SA-ILC DCS 条件下，改善更为显著，部分患者的 COP 轨迹接近健康对照组。具体数据显示，SA-ILC DCS 条件下，侧向对称性（Lateral symmetry，LS）和前后对称性（Anteroposterior symmetry，APS）均显著改善（LS，P=0.008；APS，P=0.018），且此时中风组与健康对照组的对称性指标无显著差异。这表明该刺激模式能有效提升患者的平衡控制能力。

在训练测试中，研究人员对两名中风患者进行了 21 天的训练。结果发现，训练后患者的膝关节和踝关节角度、前向地面反作用力和 COP 对称性都有了明显改善。例如，最大踝关节背屈角度增加，峰值踝关节跖屈角度减小，最大膝关节屈曲角度增加，前向地面反作用力峰值升高，侧向和前后对称性更接近最佳水平。这意味着患者在不借助外部辅助的情况下，行走能力得到了显著提升。

研究结论和讨论部分表明，自适应 FES 系统具有重要的临床意义。在矫形方面，通过刺激 TA 和 GAS 肌肉，它能显著增强 COP 对称性，帮助中风患者更好地控制平衡，提高行走稳定性。在治疗方面，长期的自适应 FES 训练能改善患者的步态生物力学，这可能得益于肌肉力量的增强、运动范围的扩大以及运动学习的促进。虽然该研究存在一些局限性，如评估指标不够全面、样本量较小等，但它为中风康复治疗提供了新的方向和希望。未来，随着研究的深入和技术的改进，自适应 FES 系统有望在中风康复领域发挥更大的作用，帮助更多患者重新找回自信，回归正常生活。