功能性电刺激(Functional Electrical Stimulation, FES)是最新一种能够使得功能衰退的肌肉重建达到治疗和功能康复目的的方法,对于脑卒中引起的足下垂的治疗有良好的康复效果。虽然经皮表面电刺激具有无痛、无创伤、恢复效果好等优势,但仍旧存在刺激选择性差和刺激效果不佳等问题。因此,基于FES的表面电极的研究具有重要的理论价值以及临床应用价值。本文首先对人体组织施加FES进行了理论分析,详细阐述了神经元在外加电场作用下的响应机制,从理论上探讨了人体神经组织在外加电刺激的作用下的电场分布。之后使用COMSOL Multiphysics在人体生理学的基础上建立了人体腿部的简化有限元仿真模型,分析了电刺激作用下人体组织的电场分布,并设立评价电刺激效果的指标,同时针对使用单个电极进行电刺激时,刺激电极的形状、面积以及电极间距等参数的变化对电刺激效果的影响进行剖析,证明相同的刺激条件下电极的面积、间距对激活体积、激活深度和刺激选择性的影响较大,而电极的形状则影响不大。然后进一步对阵列电极进行建模,并探讨阵列电极中单个触点的设计以及相邻触点之间的距离对刺激效果的影响,从而选择最优的阵列电极设计。本文最后根据仿真结果设计了5×6的表面阵列电极并搭建系统实验平台,通过单通道和多通道组合的方式进行FES,获得了良好的实验效果,进一步验证了课题所设计的电极应用于临床实践的有效性。