基于经皮神经电刺激的幻指感的辨识研究

发布时间：2020-08-07 15:02

【摘要】：商业化的肌电假肢能够帮助上肢截肢者重建部分运动功能,从而显著提高假肢使用者对物体的操控能力。目前的人工假肢已经达到了较高的控制水平,但是感觉反馈功能的缺失仍然使得假肢动作依赖于视觉反馈。这不但影响了控制精度,而且严重降低了截肢者对假肢的接受率和使用率。截肢后,前臂截肢患者残肢端存在对应失去手指的幻指感区,对该区域进行非侵入式的经皮神经电刺激,能够使得患者重现手指的触觉感觉,这有望帮助假肢实现可靠的触觉感觉反馈。通过调节电刺激参数和电刺激位置,来编码人工感觉的感知强度和感知位置,使得使用者能获得仿生的人工触觉。但是,对感知强度和感知位置的编码依赖于截肢受试对此种人工感觉的感知强度和感知位置的辨识能力,而量化评价其辨识能力的问题还有待进一步解决。在本论文的研究工作中,我们采用经典的心理物理学实验,基于恒定刺激以及二项迫选法,通过调节脉冲幅度(PA),脉冲频率(PF)和脉冲宽度(PW),测量评估幻指感的感知阈值、最小可觉差(差别阈值)、感知强度,以及对多个幻指的辨识能力。实验结果显示6名受试在在三种调制方式下都能感受到丰富的感知强度,其平均感知阈值为,PA:0.78~1.26 mA,PF:2.17~3.13 Hz,PW:98.3~131μs,且对于不同刺激参数下的感知强度具有非常好的辨识能力(韦伯系数在0.1~0.2左右)。受试在多通道刺激下对一指、二指、四指刺激实验中的准确率分别达到85.83%,67.67%,46.44%。本研究工作为基于幻指感区的经皮神经电刺激为假肢实现感觉反馈时,如何利用感觉强度和感知位置编码外界刺激提供了指导。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R496;TN911.6
【图文】：

上海交通大学硕士学位论文肢手更像使用者身体的一部分，真正实现灵巧控制，仍然还与自然人手相差甚远。1.2 手部感知及感觉通路1.2.1 手部感知单元研究假肢手的感觉反馈，首先要了解人手部的感觉原型特点。手部感觉主要指触觉，触觉是皮肤器官的一种基本感知能力，是人类获取所接触物体的压力、纹理质地、形状、硬度等特征的能力，狭义的触觉一般指接触面上的力学状态感知能力，即接触觉、压觉、滑觉。广义的触觉还包括温度觉和痛觉[25]。本文所提到的触觉一般指狭义触觉（因为假肢中温度反馈不需要考虑精确空间分布等因素，可以用少量温度传感器和发热元件来实现温度信息传递）。

感觉通路[33]

图 2-1 实验平台搭建示意图Fig.2-1 The sketch of experimental platform2.3.1 刺激器STG 4004 电刺激器是一款四通道电刺激器，在生物和生理实验中应用广泛。其输出精度（设置精度）为：脉冲幅度（Pulse Amplitude, PA）200 nA, 脉冲宽度(Pulse Width, PD) 20μs，脉冲周期（Pulse Period, 1/PF）40 μs。设备的 compliancevoltage 为 120V。设备在背部面板提供四通道的 Trigger input 和四通道的 Syncoutput 接口,可以通过数字信号与外部设备同步。在本实验中，因为 trial 数较多，每次刺激参数不同，且随机排序。更不可能将在实验中逐次输入刺激参数。所以选用刺激器的 Multi-File Mode 模式。在本模式下可以一次向刺激器中载入多个刺激 pattern，然后按照编号进行选取。我们提前将实验所需要的刺激 pattern 文件编写好，然后将其依次编号（共 170 个）。然后将刺激文件载入该刺激器中。利用外界的 8 位 trigger in 信号去选择相应的文件并开始刺激。

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 徐飞;张定国;许恒;;电触觉的皮肤神经机理仿真及实验验证[J];中国生物医学工程学报;2014年01期

2 沈凌;喻洪流;;国内外假肢的发展历程[J];中国组织工程研究;2012年13期

3 张晓文,杨煜普,许晓鸣,胡天培;上肢假肢控制模式的信息源研究[J];生物医学工程学杂志;2002年04期

本文编号：2784150