中風、步態障礙與功能性電刺激FES

1.正常步態周期相位說明（圖1）

支撐相（60%周期）：

腳跟觸地（Heel strike）→ 承重反應（Loading response）→ 支撐中期（Mid-stance）→ 支撐末期（Terminal stance）→ 擺動前期（Pre-swing）

雙支撐期：步態周期開始和結束階段（各占10-12%），雙腳同時觸地，增加穩定性。

擺動相（40%周期）：

腳尖離地（Toe-off）→ 擺動中期（Mid-swing）→ 擺動末期（Terminal swing）→ 腳跟再次觸地。

單支撐期：單腿承重，另一腿擺動。

圖1 步態周期相位

2.步態參數術語說明(圖2)：

步長（Step length）：一足觸地點到對側足觸地點的距離。

步寬（Step width）：雙足跟中點的橫向距離（老年人比年輕人寬40%）。

步頻（Cadence）：單位時間步數（青年成人115-120步/分）。

步速（Gait speed）：健康成人≤59歲約1.4 m/s，80歲以上降至0.95 m/s（步長縮短是主因）

圖2 步態參數定義

3.中風如何導致步態障礙

中風通過損傷不同腦區引發特異性步態障礙：

皮質脊髓束損傷 → 痙攣性偏癱步態（圖3b）

丘腦或豆狀核病變 → 丘腦性站立不能（Thalamic astasia）：

額葉/白質病變 → 額葉步態障礙（圖3e）

圖3 經典障礙步態模式

關鍵機制：

運動控制通路（錐體束、基底節-丘腦-皮質環路）中斷 → 肌張力異常、協調喪失。

感覺整合障礙（如本體覺缺失）→ 步態不穩，需視覺代償（Romberg征陽性）

4.FES解決中風下肢問題的機制

FES原理：通過時序性電刺激股四頭肌（支撐期）和脛骨前肌（擺動期），模擬自然步態（圖4）。

圖4 功能性電刺激FES核心機制

5.關鍵腦區功能及其與FES的關聯

HUIYING

fNIRS如何驗證FES的神經效應

技術原理：fNIRS通過近紅外光檢測皮層血氧（Oxy-Hb/Deoxy-Hb），抗運動偽影強，適合步行研究

關鍵證據：

ΔOxy-Hb作為核心指標：信噪比優于Deoxy-Hb。

FES-on時cPMC的ΔOxy-Hb顯著降低（圖4）：表明健側運動前區資源消耗減少，支持"步態自動化"假說。

相關性分析：cPMC激活降低與步行速度提升顯著相關（*r* = 0.509, *p* = 0.026），證明神經效率改善直接關聯功能進步。

與上肢研究的對比：類似上肢FES訓練，下肢FES也減少健側代償，促進患側激活。

HUIYING

臨床研究方法與結果

采用功能性近紅外光譜（fNIRS）技術，觀察19例腦卒中患者在佩戴雙通道功能性電刺激（FES）設備步行時的皮質激活變化。結果顯示：與未使用FES相比，對側前運動皮層（cPMC）的氧合血紅蛋白（ΔOxy-Hb）顯著降低（*z* = -2.803, *p* = 0.005），且所有腦區均呈現ΔOxy-Hb下降趨勢；同時，FES輔助下步行速度提升（10米步行時間減少），且cPMC激活降低與步行速度改善呈正相關（ρ= 0.509, *p* = 0.026）。這表明FES可能通過減少對側皮質資源依賴，促進更自動化的步行模式，為神經康復機制提供依據

研究方法

設計：交叉試驗（圖5），19例中風患者完成FES-on/FES-off步行任務。

圖5 臨床研究示意

技術：

fNIRS：監測6個腦區（PFC、PMC、SMC等）血氧變化（圖6通道布局）。

圖6（fNIRS通道）：覆蓋前額葉（PFC）、運動前區（PMC）、感覺運動區（SMC），健/患側分區對比

FES設備：雙通道（股四頭肌+脛前肌），同步足壓傳感器觸發（圖7刺激時序）。

圖7 刺激時序示意

指標：ΔOxy-Hb（主要）、ΔDeoxy-Hb、10米步行時間。

研究結果

圖8數據：

健側前運動區（cPMC）：FES-on時ΔOxy-Hb顯著降低（*z* = -2.803, *p* = 0.005）。

其他腦區：激活均下降（無統計學差異）。

步行速度：FES-on縮短步行時間（9.61s vs. 10.85s），且與cPMC激活降低顯著相關（*r* = 0.509, *p* = 0.026）。

圖8 柱狀圖直觀顯示cPMC區ΔOxy-Hb在FES-on下的顯著下降

結論圖示：圖8柱狀圖清晰展示cPMC在FES-on下的激活減少，支持“FES促進自動化步態”假說。

總結

FES的神經效益：通過降低健側PMC激活，減少步態控制的皮質資源消耗，促進自動化、對稱步態。

臨床意義：雙通道FES可作為中風康復輔助工具，尤其改善亞急性/慢性患者步行效率。

總結邏輯：聚焦FES干預→fNIRS揭示皮質激活變化→核心發現（cPMC資源節省）→機制解讀（自動化步態）→臨床與科研價值

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回映產品 ：外周神經系統（PNS）調控設備

產品1：經皮耳迷走神經刺激（taVNS）本產品采用經皮耳迷走神經刺激（taVNS）技術，通過非侵入性電刺激耳甲腔及耳甲艇的迷走神經分支，精準調控耳部迷走神經分支（耳甲腔CO10、耳甲艇CO15等穴位）；具有多種刺激模式、信號調節范圍大，直接作用于神經生理機制，可適用于睡眠障礙、焦慮癥狀、認知障礙、乏力、食欲減退、偏頭痛、以及癲癇等多種疾病的輔助治療。

回映經皮耳迷走神經電刺激taVNS設備示意圖

回映自研經耳迷走神經電刺激耳甲電極

基本參數

刺激強度：0 - 30mA;

刺激頻率：1 - 200Hz;

刺激脈寬：100 - 1000us;

刺激維持ON狀態：1 - 500s;

刺激間歇OFF狀態：1 - 500s;

淡入淡出時間：0 - 10s.

產品2：手持式功能性電刺激儀 FES

該設備基于功能性電刺激（FES）技術，通過 低頻脈沖電流（1–100Hz） 刺激目標神經或肌肉，繞過受損的中樞神經系統（如中風、脊髓損傷部位），直接誘發肌肉收縮，以恢復或輔助運動功能。該手持式FES設備通過 精準電刺激+智能反饋，為神經損傷患者提供非侵入、可定制的運動功能重建方案，覆蓋從臨床到家庭的康復需求。其核心價值在于 “替代-訓練-重塑” 三重作用：短期替代癱瘓肌肉，中期促進神經可塑性，長期恢復自主運動功能。
適應癥:

該設備適用于 神經系統損傷導致的運動功能障礙，主要臨床應用包括：

1.中風康復

上肢功能重建：輔助手部抓握、腕部伸展（如改善勺子握持能力）。

下肢步態訓練：糾正足下垂（如刺激腓神經實現踝背屈）。

2.脊髓損傷（SCI）

肌肉激活：預防廢用性萎縮（如股四頭肌電刺激維持肌力）。

膀胱功能管理：刺激骶神經根改善排尿（需專業配置）。

3.多發性硬化（MS） & 腦癱（CP）

痙攣管理：通過拮抗肌刺激抑制異常肌張力（如腕屈肌痙攣緩解）。

4.運動醫學

術后肌肉再訓練：如膝關節置換后股四頭肌激活。

回映手持式功能性電刺激FES設備示意圖

基本參數

幅值：0~80mA

頻率：1~100Hz

脈寬：0~1000us

淡入淡出時間：0~4s

通斷比：1:5 ~ 1:1

刺激時間：0~30min

脫落檢測：通過實時阻抗檢測分析電極脫落狀態確保刺激有效性；

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回映產品 ：多模態生理參數采集設備

產品1：單通道肌電/心電/皮電采集設備

單通道肌電采集設備創新性地采用type-C轉腦電電極以簡單輕便的方式實現了單通道肌電、心電、皮電采集，且基于結構與硬件的特殊設計，支持高原環境下進行采集。另外產品總體結構采用魔術貼設計，方便于全身佩戴。

適用領域:單通道生理參數采集

單通道肌電/心電/皮電采集設備

基本參數

1.模數轉換：24位；

2.通道數：2；

3.示值準確度：誤差不大于±10%或±2μV,兩者取較大值；

4.測量范圍：測量范圍±350mV；

5.分辨率：分辨率≤2uV；

6.系統噪聲：系統噪聲≤1uV；

7.通頻帶：通頻帶為20Hz~250Hz(不包括陷波波段)；

8.差模輸入阻抗：差模輸入阻抗大于5MΩ；

9.共模抑制比：共模抑制比大于100dB；

10.工頻陷波器：設備有50Hz陷波器,衰減后幅值不大于5μV(峰-谷值)；

11.工作噪音：工作噪音不大于65dB(A)；

產品2.基于干電極的32通道腦電采集儀

高質量腦電信號采集對于精準識別和分析非癲癇樣異常（如彌漫性慢波、局灶性δ活動）至關重要。為此可以了解我們研發的一款32通道可穿戴腦電采集儀，采用高精度干電極采集腦電信號，無需導電膏即可快速佩戴，極大提升了受試者的舒適度和操作效率，特別適合長時間或動態環境下的數據采集。該設備不僅能通過全覆蓋設計捕捉全腦電活動細節，還采用了type-C智能轉接技術和抗干擾硬件架構，有效減少了運動噪聲和電磁干擾對信號的影響，在高原或移動場景中也能穩定輸出低噪聲波形。

適用范圍：多通道生理參數采集

基本參數

采樣率：≤ 16KSPS，每個通道獨立可控制；

共模抑制比：≥ 120dB；

系統噪聲：≤ 5uVrms；

模數轉換率：24 位；

輸入信號范圍：±375mVpp；

通頻帶：直流耦合放大，保留全部低頻信號；

事件同步輸入：無線同步，時間精度＜1ms；

供電方式：可充電鋰電池；

工作時間：單電池供電不低于4 小時；

優勢：可支持高原環境采集。

參考文獻

1.What is the probability of patients who are nonambulatory after stroke regaining independent walking? A

systematic review.

2.Feasibility and preliminary efficacy of gait training assisted by multichannel functional electrical stimulation in early stroke rehabilitation: a pilot randomized controlled trial.

3.Gait post-stroke: pathophysiology and rehabilitation strategies.

4.Changes in balance and walking from stroke rehabilitation to the community: a follow-up observational study.

5.A randomized clinical trial of a functional electrical stimulation mimic to gait promotes motor recovery and brain remodeling in acute stroke.