本文選題：微電極陣列芯片　切入點：有限元仿真　出處：《西安交通大學學報》2017年01期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：為了指導腦深部電刺激動物實驗中電極植入手術(shù)操作和電極植入后刺激參數(shù)的選擇,針對自主研發(fā)的雙面硅基微電極陣列,利用有限元建模和仿真方法,對其植入過程中電極與腦組織作用的力學特性和植入后電流刺激下的電學特性進行了探究。仿真基于Comsol Multiphysics有限元建模軟件,首先依據(jù)微懸梁臂結(jié)構(gòu)對電極進行建模,并將腦組織簡化為各向同性的圓柱體以便于問題的分析和求解;然后,依據(jù)電極和腦組織的材料特性、仿真要求、模型尺寸進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置和網(wǎng)格劃分;最后通過求解器得到仿真結(jié)果。力學仿真表明:當電極尖端載荷達到0.14N時微電極達到強度極限,電極植入過程中推力達到0.06N且硬腦膜位移形變?yōu)?.8mm時被穿破。電學仿真表明:雙面雙極刺激下電流強度增大,刺激范圍在三維空間方向上同比增大;比較不同的刺激模式,單面刺激的流線彎曲和收斂程度較雙面刺激大,導致刺激范圍減小,影響了大于改變此電極刺激觸點與參考觸點的距離。通過動物實驗證實了所得結(jié)果的有效性和可靠性。
[Abstract]:In order to guide the operation of electrode implantation and the selection of stimulation parameters after electrode implantation in deep brain electrical stimulation animal experiment, the finite element modeling and simulation method was used to model and simulate the double-sided silicon microelectrode array, which was developed by ourselves. The mechanical characteristics of the electrode and brain tissue during the implantation process and the electrical characteristics under the current stimulation after implantation were investigated. Based on the finite element modeling software Comsol Multiphysics, the electrode was first modeled according to the microcantilever structure. The brain tissue is simplified as an isotropic cylinder to facilitate the analysis and solution of the problem, and then, according to the material characteristics of the electrode and brain tissue, the model size is set and meshed according to the material characteristics of the electrode and brain tissue. Finally, the simulation results are obtained by the solver. The mechanical simulation shows that when the load at the tip of the electrode reaches 0.14 N, the strength limit of the microelectrode is reached. When the thrust reaches 0.06N and the displacement of dura mater is 0.8 mm, the electric simulation shows that the electric current intensity increases and the stimulation range increases in the direction of three dimensional space, and the different stimulation modes are compared with each other. The degree of streamline bending and convergence of the single side stimulus is larger than that of the double side stimulation, which results in the decrease of the stimulation range, which affects the distance between the electrode stimulation contact and the reference contact. The validity and reliability of the obtained results are verified by animal experiments.
【作者單位】： 西安交通大學生物醫(yī)學信息工程教育部重點實驗室;
【基金】：國家自然科學基金資助項目(61271088,61431012)
【分類號】：TN40

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本文編號：1588498