人的手是一种神奇的工具,具有多种功能。手部感觉运动功能涉及与受体转导和编码、神经传导、中枢处理和肌肉激活相关的复杂控制回路。人手具有高度的灵活性,可以保持各种姿势,同时能够精确控制到达、抓握、举起和握住物体所需的力。这归因于骨骼的灵活性和稳定性、肌肉力量和神经感觉反馈。手部感觉运动功能对于日常生活中的多项任务所必需的抓握和操作非常重要。感官反馈用于评估对象的大小、形状、重量和质地。大脑需要准确地解释来自手的传入感觉信息,以保证成功地达到、抓住、操纵物体。在各种肌肉骨骼疾病或意外创伤中,手的感觉运动功能容易受到肌肉、神经或肌腱损伤。腕管综合征、肘管综合征、De Quervain腱鞘炎、外上髁炎、胸廓出口综合征、扳机指、桡管综合征和肌腱炎是最常见的感觉运动障碍。手或手指的截肢也可能严重损害手的感觉运动功能。受损的手部感觉运动功能可能对日常活动产生重大影响,例如穿衣、写作、烹饪或任何其他手动任务,特别是对于高精度运动任务。为了恢复手部感觉运动功能,可以使用多种技术。最近,电刺激已被广泛研究并推荐用于感觉运动功能的恢复。经皮电神经刺激（Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation,TENS）使用带有小电极的低强度刺激电脉冲来激活神经,以实现感觉恢复、疼痛缓解和触觉诱发。功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation,FES）采用带有大电极的低强度刺激电脉冲来驱动肌肉执行特定的功能任务,即肌肉强化和恢复瘫痪或减弱的肌肉活动。为不同的感觉和功能应用领域开发的电刺激器仅限于单一操作模式,即用于感觉恢复的TENS和用于运动功能控制的FES。由于软件和硬件的功能和可编程性不足,该设计无法扩展到其他应用程序。本研究的目标是在单个原型上开发一种新颖的、完全可编程的、集成的 FES 和TENS系统,用于手的感觉运动功能,其中:第二章介绍了 TENS在单个原型上的手部感觉和运动功能的集成设计,第三章和第四章研究了 TENS用于指尖力控制,第五章分析了基于FES的手部运动刺激技术。各章节具体内容如下:第二章提出了一种在手部感觉运动功能的单一原型上集成功能性电刺激器和经皮神经电刺激器的新型系统。该设备的新颖组件涉及两种操作模式——FES和TENS,在单个设备上具有可控的频率、脉冲宽度、刺激强度和多形状脉冲。升压转换器控制刺激强度;一个Arduino Uno微控制器控制频率和脉冲宽度;H桥产生方波脉冲,拨动开关监控操作模式,RC滤波器产生多个形状脉冲。使用可变参数和多个形状脉冲分析了设备的FES和TENS模式。这种新设计为FES和TENS实现了低成本（低于50美元）、低输入（9 V）和多形状刺激脉冲,具有变频控制、可控脉冲宽度和更小的设备尺寸一个原型。与单模刺激器相比,这种设计使FES和TENS具有更低的电压输出（小于35 V）更实用、更安全。第三章和第四章分析了通过感官诱导的指尖力控制设计装置的TENS模式。感觉反馈恢复在唤起手和大脑之间的触觉和双向传入通道通信方面起着至关重要的作用。经皮电神经刺激个体参数被广泛研究用于唤起触觉,但两个参数的相互调制和通过TENS参数控制指尖力在唤起触觉方面需要研究。本研究旨在开发一种同时调节两个个体参数的方案,通过个体和相互控制的刺激参数来控制受试者的指尖力,并比较分析这些参数对诱发触觉的指尖力控制的影响。两种创新的刺激参数（直接、反向）是通过以直接和反向线性关系同时调制脉冲宽度和频率参数来开发的。为了引起指尖力控制的触觉,相互参数和单个参数以连续和离散的范式进行操作。在这两种范式中,受试者的指尖反应力与刺激参数力的诱发感觉有关,分析了灵敏度、反应时间、反应延迟、受试者指尖反应力对刺激力的模拟以及每个参数的适应性。结果发现,与单个参数相比,互参数的灵敏度、响应时间、模拟对象指尖响应力对刺激的模拟以及对刺激力感觉变化的辨别力较高,但在离散范式中,逆参数适应度较高。这项研究可能为智能假肢中的指尖力控制、抓握力和计算机触摸屏手势中的指尖力控制提供一种新的方法。最后第五章研究了设计的双指捏力装置的FES模式。由于并非所有手指的肌肉都受到独立刺激,因此当以传统方法刺激正中神经和尺神经以驱动手部运动功能时,相应手指会发生意外驱动。采用FES的新手背腰部和外展肌刺激方法适用于研究FES参数幅度强度、频率和脉冲宽度对精确两位数握力、两位数力矢量的协调角、驱动角度、频率的影响数字驱动的脉冲宽度有效范围,以产生准确的数字弯曲。振幅强度使手指在20到34 V之间弯曲,但是频率和脉冲宽度从未使手指弯曲到20 V以下,而只会影响以高振幅强度弯曲的手指。对于高于20 V的电压,100-200 μ s的脉冲宽度和20-55 Hz的频率保持弯曲手指的强烈驱动,但是超出这些范围,肌肉松弛并且不存在明显的驱动。电极放置的最佳位置和电极尺寸也对手指屈曲有影响。本研究论证了反馈策略、实验力控制任务、对象识别、对象定位任务中集成相互参数的可行性。开发的集成化电刺激装置可适用于多种感觉运动功能,即指尖力控制、精确抓握、伸手可及、举起、机械手、3D游戏、物体刚度、界面摩擦、缓解疼痛调制、感觉障碍、中风和麻痹影响的手部康复和步态功能障碍。未来可通过新开发的装置进一步研究操作模式对患者手指的多指抓握力、手指屈曲和康复的促进作用。