功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation，FES）通过小电流刺激患者肌肉组织，引起肌肉收缩,从而使肢体产生动作，使瘫痪或衰退的肌肉重建或恢复功能，达到治疗和功能康复与重建的目的。表面式电刺激具有无创、使用方便等优点，但是也存在刺激准确度与选择性差的缺陷。本课题研制一种基于表面阵列电极的多通道FES刺激器，同时利用有限元方法对电刺激条件下人体前臂电场分布进行仿真，旨在优化表面电刺激的准确度与选择性。本文在FES的电生理学原理基础上，设计多通道便携式FES系统，该系统以C8051F020单片机作为主控制芯片，具有四路电荷平衡可独立控制的刺激通道，每个刺激通道的参数独立可调，且能输出五种不同的双相刺激波形，同时该系统还具有良好的人机交互界面，操作方便可靠。系统硬件部分包括控制模块、DA转换模块、输出模块、人机交互模块以及电源模块五个基本模块。系统软件的设计及其调试是在Silicon Labs IDE集成开发环境中进行的，通过软件中的波形产生模块实现了五种不同的刺激波形。系统实现后，通过人体实验对系统的性能进行了测试，实验表明本系统适用于人体功能电刺激实验，并且在设定合适的刺激信号参数后，能地引起刺激的目标肌肉不自主地收缩。本文进行了在2×2阵列电极刺激下人体前臂电场分布的有限元仿真，采用神经纤维激励函数表征外加电场对神经轴突电活动的影响，利用激励函数峰值和半宽度确定靶向性能的评价函数，对电极触点尺寸、间距及排列模式对电刺激靶向性能的影响进行研究，研究结果表明大小触点交叉排列、触点间距较小的表面阵列电极靶向性能最好。最后在此研究的基础上设计表面阵列电极。