中樞神經系統損傷的核心機制

中風導致的上肢運動障礙本質上是中樞神經系統結構性與功能性損傷的綜合表現。大腦中動脈供血區的梗死或出血(約占缺血性中風的60%-80%)常累及基底節、內囊后肢等關鍵結構，造成皮質脊髓束（CST）的軸突中斷或脫髓鞘改變。組織病理學研究顯示，急性期病灶周圍神經元出現細胞水腫、線粒體腫脹，突觸密度在72小時內下降34%±5%。這種結構性破壞導致運動皮層（M1區）至脊髓前角運動神經元的神經傳導通路中斷，表現為患側上肢的主動運動啟動困難。

皮質脊髓束（CST）

功能影像學研究進一步揭示，中風后健側大腦半球出現異常激活代償正電子發射斷層掃描（PET）顯示，患側M1區葡萄糖代謝率較健側低降41%±7%，而健側輔助運動區（SMA）和前額葉皮層代謝率升高28%±4%。這種跨半球抑制失衡引發鏡像運動增多，表現為執行單側動作時對側肢體不自主運動，嚴重影響精細動作控制。

健康受試者和腦卒中患者在左手和右手運動時的大腦激活情況

神經可塑性的受限與重構特征

中風后中樞神經系統啟動神經重塑機制，但存在顯著的時空局限性。軸突芽生主要發生在病灶周邊2-5mm范圍內，新生軸突每日生長速度約50-100μm。樹突棘密度在亞急性期（2-4周）出現短暫升高，主要集中在初級運動皮層和感覺皮層的Ⅱ/Ⅲ層，隨后因神經營養因子（BDNF,NGF）供應不足而逐漸回落。

突觸傳遞效率的改變是功能重構的關鍵環節。單突觸反射（H反射）檢測顯示，患側上肢α運動神經元興奮性在中風后1周內下降65%±9%，3個月時恢復至42%±8%。經顱磁刺激（TMS）研究發現，運動皮層興奮性閾值升高（從1.2T升至1.5T），皮質內抑制（ICI）增強而皮質內易化（ICF）減弱，這種失衡狀態持續6-12個月。

感覺運動整合功能的紊亂

本體感覺傳入障礙是上肢運動障礙的重要誘因。正中神經體感誘發電位（SEP）顯示，N20波幅降低58%±11%，潛伏期延長12ms±3ms。這種外周感覺輸入的缺失導致運動皮層無法獲取準確的肢體位置信息，形成"運動計劃-執行-反饋"環路的斷裂。

運動感覺神經傳導通路

運動單位募集模式的改變進一步加劇功能障礙。表面肌電（sEMG）分析表明，患側上肢在抓握動作時，肱二頭肌與肱三頭肌的協同收縮指數升高至0.72±0.08（健側為0.35±0.06），拮抗肌異常激活導致關節穩定性下降。這種異常的神經肌肉控制模式在中風后早期即形成，并隨病程發展出現肌肉萎縮（每月肌肉橫截面積減少1.2%-1.5%）。

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FES刺激改善上肢功能的原理機制

外周神經肌肉的直接激活效應

功能性電刺激（FES）通過表面電極或植入電極產生的脈沖電流，直接興奮運動神經纖維。當刺激頻率達到30-50Hz時，可引發運動單位的強直性收縮，募集Ⅰ型和Ⅱa型肌纖維。動態力學測試顯示，單次FES刺激可使患側腕伸肌肌力即刻提升22%±5%，握力增加15%±4%。

功能性電刺激產生脈沖電流刺激引發肌肉收縮

電刺激的空間-時間參數決定激活效果：矩形波（波寬200-300μs）對運動神經的激活效率最高，而交流電（頻率> 100Hz）更易引起感覺神經興奮。電極間距15-20mm時可形成有效的電場分布，覆蓋目標肌群的運動終板區。這種直接的肌肉激活效應在改善關節活動度（ROM）方面尤為顯著，肘關節被動屈曲角度可增加18°±3°。

中樞神經系統的可塑性誘導

FES刺激通過逆向神經傳導激活中樞重塑機制。經顱磁刺激聯合FES實驗顯示，刺激后M1區的運動誘發電位（MEP）波幅升高35%±8%，潛伏期縮短5ms±2ms，持續效應可達60分鐘。功能磁共振成像（fMRI）證實，刺激患側上肢伸肌時，對側M1區血流量增加21%±6%，同側SMA激活強度提升18%±5%。

長期FES干預可改變大腦皮層的功能重組模式。慢性期（>6個月）患者接受8周FES治療后，患側M1區的皮層代表區面積擴大19%±4%，而健側SMA的異常激活程度降低25%±7%。這種重塑與突觸結構的改變相關：海馬區突觸后致密蛋白- 95（PSD-95）表達增加32%±9%，突觸素（Synapsin）水平升高28%±6%。

功能性電刺激（FES）如何增強中風患者神經元功能連接的示意圖

感覺運動環路的重建作用

FES在激活肌肉收縮的同時，同步激活本體感覺傳入。脛后神經FES可使脊髓后角神經元放電頻率增加40%±12%，經丘腦腹后外側核投射至中央后回的信號強度提升25%±8%。這種感覺輸入的恢復有助于重建"運動執行-感覺反饋"閉環，改善動作的協調性。

運動控制理論模型顯示，FES通過以下途徑優化運動模式：①降低拮抗肌的異常協同收縮（協同收縮指數下降至0.51±0.09）；②調整運動單位募集順序，優先激活低閾值慢肌纖維；③增強脊髓水平的反射調節，使H反射與M波的比值從0.68±0.11恢復至0.45±0.07。這些效應共同促進抓握、伸手等功能性動作的完成。

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臨床實驗研究驗證

急性期干預效果（發病1-4周）

多中心隨機對照試驗（RCT）納入120例急性缺血性中風患者，發病72小時內啟動FES治療。干預組（n=60）接受每日2次、每次30分鐘的伸腕肌FES（頻率40Hz，強度20-30mA），對照組（n=60）接受假刺激。4周后評估顯示：

經顱磁刺激監測發現，干預組的皮質靜息期（CSP）從58ms±10ms縮短至39ms±8ms，提示皮層抑制性調控改善。

改良Ashworth量表評定受試者上肢痙攣程度的結果

亞慢性期療效對比（發病1-6個月）

一項包含5項RCT的Meta分析（n=350）比較了不同FES方案的效果。結果顯示：高頻刺激（50-70Hz）在改善肌肉力量（SMD=0.89, 95% CI:0.62-1.16）和關節活動度（SMD=0.78, 0.51-1.05）方面優于低頻刺激（20-30Hz）。

同步刺激多個肌群（如伸腕肌+指伸肌）的ARAT評分提升幅度（18.5±4.2）顯著高于單肌群刺激（12.3±3.5, p<0.01）

結合任務導向訓練（TOT）的FES組，6個月時的Wolf運動功能測試（WMFT）完成時間縮短42%±11%，顯著優于單純FES組（28%±9%, p<0.05）。

表面肌電圖評估肌肉活性結果

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臨床實驗研究驗證

電刺激基礎參數

目標肌群電極放置

1.腕伸肌群

陽極：肱骨外上髁上方2cm（對應伸肌總腱起點）

陰極：腕背橫紋上3cm（肌腱移行區）電極尺寸：5cm×7cm，間距8-10cm

2.指伸肌群

陽極：尺骨背面中1/3（肌腹中部）

陰極：掌指關節背側（肌腱附著點近端）采用雙電極對置法，覆蓋第2-5指伸肌

3.拇指外展肌群

陽極：橈骨莖突上方4cm（肌腹起點）

陰極：第一掌骨背側中點（肌腱走行區）使用2cm×3cm小型電極，電流強度15-25mA

目標肌群位置

結語

FES刺激通過直接激活神經肌肉、誘導中樞重塑、重建感覺運動環路，成為中風后上肢功能康復的重要手段。現有研究明確了其作用的神經生理基礎在于修復皮質脊髓束傳導、促進突觸重塑和優化運動單位募集。臨床證據顯示，早期介入（發病72小時內）聯合任務導向訓練可顯著提升功能恢復效果，具體參數需根據病程階段、肌肉狀態進行個體化調整。未來研究應進一步探索FES與神經調控技術（如tDCS、TMS）的協同機制，以及長期療效的神經影像學生物標志物，為精準康復方案制定提供依據。

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回映產品

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

回映自研type-C轉生物電極示意圖

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；

參考文獻

1.Effectiveness of upper limb functional electrical stimulation after stroke for the improvement of activities of daily living and motor function: a systematic review and meta-analysis

2.Effect of transcranial direct current stimulation and functional electrical stimulation on upper limb rehabilitation of stroke patients

3.Usability of Functional Electrical Stimulation in Upper Limb Rehabilitation in Post-Stroke Patients: A Narrative Review

4.Upper Extremity Functional Electrical Stimulation (FES)

5.A systematic review on functional electrical stimulation based rehabilitation systems for upper limb post-stroke recovery