【摘要】：無創(chuàng)經(jīng)皮脊髓電刺激(tSCS)可用于治療慢性疼痛和促進(jìn)脊髓損傷后肢體功能恢復(fù),采用計算機仿真研究tSCS對神經(jīng)元的影響,可為臨床應(yīng)用中tSCS刺激參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)。本文進(jìn)行了經(jīng)皮脊髓電刺激的仿真研究,并設(shè)計了一種可用的便攜式電刺激器。首先創(chuàng)建人體腰骶段在tSCS條件下的有限元模型,使用Comsol的求解器計算得到沿神經(jīng)元軸突的膜外電位,通過Matlab進(jìn)行插值得到神經(jīng)元軸突上郎飛結(jié)處的膜外電位,進(jìn)而采用Neuron軟件建立人體神經(jīng)元雙電纜模型,逐步調(diào)整刺激電流強度,從而計算得到神經(jīng)元的激活門限電流值。仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)背根神經(jīng)元軸突DR1的入椎間孔點距刺激電極最近,其激活門限電流值最低;腹根神經(jīng)元軸突VR3的出脊髓點距椎骨T12棘突中心最近,其激活門限電流值最高;神經(jīng)元的激活門限電流值隨著刺激脈沖脈寬的增加而降低,但過長的脈寬會使得激活門限電流值的降幅變緩,因此選擇合適的刺激脈寬有利于激活神經(jīng)元,且不會因刺激強度過大導(dǎo)致使皮膚表層電流密度過高而引起患者的不適感。本文設(shè)計了一種便攜式可編程電流型刺激器,旨在為臨床試驗研究提供有效手段。通過仿真結(jié)果和文獻(xiàn)中的臨床試驗參數(shù),確定刺激波形以及頻率、電流強度、脈沖寬度的調(diào)整范圍,并給出了系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)框圖,然后分別介紹了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計,最后進(jìn)行了帶負(fù)載能力測試和人體測試,結(jié)果表明該刺激器能夠輸出穩(wěn)定而有效的刺激波形。
【圖文】：

[2-4]，目前廣泛使用的是硬膜外脊髓電刺激(epidural Spinal Cord Electrical Stimulation, eSCS)，如圖1-1所示，接受這種療法的病人首先需做一個3到7天的短期試驗，測試脊髓電刺激的治療效果；在試驗階段，刺激電極通常在X射線的引導(dǎo)下插入患者的硬膜外腔，逐步調(diào)整電極位置，直到獲得最佳鎮(zhèn)痛效果, 通過導(dǎo)線把刺激電極連接至體外的刺激器。若試驗效果良好，則刺激器被永久植入患者腹部或臀部皮下，用于緩解患者的慢性疼痛。圖 1-1 硬膜外脊髓神經(jīng)元電刺激示意圖

刺激電極靠近目標(biāo)神經(jīng)組織，因而治療的靶向性好，刺激強度、術(shù)后感染風(fēng)險、電極折斷或移位、需二次手術(shù)更換電池等意味著這種治療方式可能會是一把雙刃劍，患者在享受它帶時，也可能會因它而承受痛苦，因而部分患者難以接受這種治電刺激(transcutaneous Spinal Cord Electrical Stimulation, tSCS)刺激電極被貼于皮膚表面，通過采用合適的電流脈沖或電壓脈疾病[6, 7]，如圖 1-2 所示，圖中左側(cè)腹部較大的矩形代表正相矩形代表刺激電極，中間藍(lán)色矩形代表刺激器。Gerasimenko經(jīng)皮脊髓電刺激能夠誘發(fā)脊髓損傷后癱瘓患者的下肢運動[8]。、成本低，，但是也存在一定缺陷，由于刺激電極距離目標(biāo)神經(jīng)焦，因而刺激準(zhǔn)確度低，易激活目標(biāo)神經(jīng)元軸突附近的神經(jīng)，位置最佳位置的選擇較為困難，運動訓(xùn)練時隨著身體姿勢的變動，可能影響到刺激效果。因此需要進(jìn)一步研究 tSCS 作用下化刺激參數(shù)，以達(dá)到更好的治療效果。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH77;R496

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2672996