姚 林 张定国 王 颖

(上海交通大学机器人研究所机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240)

引言

脑机接口(brain-computer interface，BCI)和功能性电刺激(functional electrical stimulation，FES)都是康复工程领域常用的技术[1]，但两者结合应用的历史却很短暂。在2003年，脑机接口与功能性电刺激的结合有了首次应用[2]，给瘫痪患者带来了希望，引起了诸多研究者的关注。该系统的基本原理是：脑机接口作为控制源，解析人的意图;功能性电刺激技术作为驱动源，刺激肌肉使瘫痪肢体产生运动。目前的BCI-FES研究基本都是为上肢服务的，为下肢服务的系统很少见[2-9]。主要有几个原因：一是恢复瘫痪上肢运动的需求更为强烈，可以实现重要的日常活动，而下肢的瘫痪则可以借助轮椅之类的辅助设备来完成患者的移动;二是下肢的运动(如行走)会给脑电信号(electroencephalogram，EEG)带来干扰，所以需要特制的脑机接口装备，比如主动屏蔽式电极[10];三是控制下肢行走运动的大脑皮层位置较深，采集的脑电信号信息相对来说较为微弱，给后期的信号处理识别带来了困难。

虽然研发服务于下肢的BCI-FES系统颇具挑战，但同时也带来了机遇，为此笔者探索性地研究了此课题。根据全面的文献调研，发现只有一篇文章比较深入地涉及了此内容[10]，而且还有很多局限。首先，其原理是利用一条腿运动引起的脑电变化作为指令，控制电刺激系统，实现另一条腿(只是踝关节)的运动，所以该系统只能为偏瘫患者服务;其次该系统既然是设计服务于偏瘫患者的电刺激系统，那么下肢健侧的肌电信号应是个更好的控制源，效果要远远优于脑电信号。……