神經(jīng)系統(tǒng)在人體內(nèi)是起主導作用的系統(tǒng)。機體內(nèi)、外環(huán)境各種各樣的信息,被感受器接收之后,通過外周末梢神經(jīng)傳遞給腦和脊髓的各級中樞神經(jīng)進行整合,再返回給外周神經(jīng)進行控制和調(diào)節(jié)機體的各個系統(tǒng)和器官活動,以維持機體內(nèi)、外界環(huán)境相對的平衡。神經(jīng)是支配人類活動的重要組成部分,一旦人的神經(jīng)受損,人類運動將無法進行。神經(jīng)纖維的電位變化是神經(jīng)傳導的一個重要表征,所有的神經(jīng)傳導都是靠電位的變化產(chǎn)生的。在神經(jīng)科,因為神經(jīng)功能障礙導致半癱或全癱的病人每年都在增加,現(xiàn)在康復治療是愈后作用比較大的一種手段,電刺激,紅外激光刺激,化學藥品敷料等都是有作用的,并且也有很多產(chǎn)品問世。但是化學方法所使用敷料或是藥品里面含的化學試劑,有可能會對神經(jīng)組織產(chǎn)生無法恢復的損傷,而且化學藥劑由于對人體的損傷有不確定的潛伏期,因此并不適合長期的病痛患者使用。電刺激會對電極周圍的組織產(chǎn)生一定的電損傷,而且無法選擇點對點刺激,長期植入體內(nèi)供電也是難題。另外一種是紅外脈沖激光刺激神經(jīng)組織,其優(yōu)點是不用跟組織接觸,由于激光聚焦集中,作用在神經(jīng)上的光點小,能對神經(jīng)實現(xiàn)選擇性的刺激。但是激光的能量不好控制,很容易造成周圍組織的灼傷。為了解決這種問題,很多科學家開始研究具有創(chuàng)新意義的組合刺激方法,比如光刺激,化學刺激和電刺激兩兩結合的刺激方法來解決單一刺激無法彌補的問題�；谝陨系囊恍┭芯勘尘�,本文提出了基于碳納米顆粒增強作用的光電組合神經(jīng)調(diào)控技術,并設計和搭建了蛙坐骨神經(jīng)光電組合刺激實驗裝置。具體研究工作如下:1.設計并搭建了蛙坐骨神經(jīng)光電組合刺激實驗裝置,包括激光器、電刺激器、光刺激跟電刺激的同步控制電路、神經(jīng)卡夫電極、多通道生理信號采集儀、筆記本、磁力底座三維推進器等。2.設計并制作了基于柔性電路板(FPC)加工工藝的三電極卡夫電極環(huán),用作電刺激時的刺激電極和神經(jīng)動作電位記錄電極,減輕對神經(jīng)損傷的同時,并最大限度收集神經(jīng)束中所有神經(jīng)纖維的電信號。3.設計了光電刺激同步控制電路。本試驗要對蛙坐骨神經(jīng)進行光電同步刺激,所以設計了一個根據(jù)電刺激信號同步輸出一個控制激光的脈沖信號電路,此同步控制電路基于STC89C52單片機的PWM信號。4.建立了光電組合刺激神經(jīng)的理論模型,利用有限元分析軟件COMSOL對電刺激神經(jīng)時周圍的電場分布進行求解,并用蒙特卡洛算法對激光的傳播和生物組織接受光照射后溫度分布進行計算,最后將所得電場信號和溫度信息傳輸?shù)絅EURON軟件建立的神經(jīng)模型中進行相關理論研究。5.開展了納米顆粒增強下的光電組合神經(jīng)刺激實驗研究,包括納米顆粒增強測試、激光對電刺激的影響,電刺激對阻斷神經(jīng)動作電位所需激光能量的影響,環(huán)境溫度對電刺激的影響。本論文對神經(jīng)功能電刺激和近紅外激光組合刺激在神經(jīng)修復方面進行了研究,設計了環(huán)狀卡夫電極保護神經(jīng)組織,運用碳納米顆粒材料增強光電刺激的影響,并從理論和實驗兩方面研究了光電組合刺激對神經(jīng)動作電位的影響,為光電刺激在臨床神經(jīng)功能修復上的運用提供了理論參考,加快了光刺激在神經(jīng)修復中的應用進程。
【學位單位】：暨南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：R496
【部分圖文】：

逡逑動作電位產(chǎn)生的過程大致如圖２．１所示。逡逑＋３５邋｜｜１｜邐邐邐逡逑＞邐／＼鋒電位逡逑趙0邐：丨」N逡逑王馬ｊｓ畢三與逡逑－５０邐（２）邐閾電位逡逑－７０－邋１邋邐靜息電位逡逑土＝知逡逑０邐２３４５６７逡逑刺激逡逑圖２．１動作電位形成過程逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ａｃｔｉｏｎ邋ｐｏｔｅｎｔｉａｌ逡逑（１）靜息電位，在細胞沒有受到刺激時的電位，這時呈現(xiàn)出細胞內(nèi)的Ｎａ離逡逑子濃度比細胞外的低的多，細胞膜外部的Ｎａ離子有順著濃度差往細胞內(nèi)擴散逡逑的趨勢，但是Ｎａ離子通道是關閉的。逡逑⑵局部電位，在細胞受到刺激，但是電位還未達到產(chǎn)生動作電位的閾值時逡逑的動作電位，此時有少量興奮性比較高的Ｎａ離子通道打開，少量Ｎａ離子向細逡逑胞膜內(nèi)部擴散，細胞膜內(nèi)外的電位差減少，產(chǎn)生一定的去極化過程。逡逑⑶去極化過程，當電位差不斷的減少，達到閾值電位時，細胞膜上的大量逡逑Ｎａ離子通道打開

逡逑動作電位產(chǎn)生的過程大致如圖２．１所示。逡逑＋３５邋｜｜１｜邐邐邐逡逑＞邐／＼鋒電位逡逑趙0邐：丨」N逡逑王馬ｊｓ畢三與逡逑－５０邐（２）邐閾電位逡逑－７０－邋１邋邐靜息電位逡逑土＝知逡逑０邐２３４５６７逡逑刺激逡逑圖２．１動作電位形成過程逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ａｃｔｉｏｎ邋ｐｏｔｅｎｔｉａｌ逡逑（１）靜息電位，在細胞沒有受到刺激時的電位，這時呈現(xiàn)出細胞內(nèi)的Ｎａ離逡逑子濃度比細胞外的低的多，細胞膜外部的Ｎａ離子有順著濃度差往細胞內(nèi)擴散逡逑的趨勢，但是Ｎａ離子通道是關閉的。逡逑⑵局部電位，在細胞受到刺激，但是電位還未達到產(chǎn)生動作電位的閾值時逡逑的動作電位，此時有少量興奮性比較高的Ｎａ離子通道打開，少量Ｎａ離子向細逡逑胞膜內(nèi)部擴散，細胞膜內(nèi)外的電位差減少，產(chǎn)生一定的去極化過程。逡逑⑶去極化過程，當電位差不斷的減少，達到閾值電位時，細胞膜上的大量逡逑Ｎａ離子通道打開

逡逑最完善的是美敦力公司的植入式除顫器，如圖２．２所示。最新一代心臟再逡逑同步除顫器Ｖｉｖａ邋ＸＴ邋ＣＲＴ－Ｄ和埋葬式心率轉復除顫器Ｅｖｅｍ邋Ｓ邋ＣＩＤ，這兩種除顫逡逑器電池使用壽命更長，功能更智能化，更加符合人體的生理。同時還有圣猶達逡逑（ＳＪＭ），百多力（ＢＴＫ）等公司的產(chǎn)品。這些就奠定了邋ＦＥＳ在科學領域的技逡逑術基礎，同時大量的科學研宄成果進入臨床，為廣大的病患提供減輕病情，緩逡逑解病痛，對人類做出巨大的貢獻。逡逑功能性電刺激的另外一種比較成熟的產(chǎn)品是如圖２．３所示的電子耳蝸，也逡逑就是植入式助聽器。用微型話筒配合計算機處理技術，對耳蝸基底膜的聽神經(jīng)逡逑末梢進行ＦＥＳ刺激以重建聽覺。人工耳蝸是一種幫助恢復聽力和言語交流的生逡逑物醫(yī)學工程技術

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

1 郭陳一;高魯楠;龐宇擎;;基于USB接口的單片機燒寫器設計與實現(xiàn)[J];電子制作;2015年04期

2 徐佳敏;王策群;林龍年;;多通道在體記錄技術——動作電位與場電位信號處理[J];生理學報;2014年03期

3 黃同;邵思飛;;一種基于CH340T的STC89C52RC編程器設計[J];電子測試;2013年12期

4 張金超;楊康寧;張海松;梁興杰;;碳納米材料在生物醫(yī)學領域的應用現(xiàn)狀及展望[J];化學進展;2013年Z1期

5 黃佳琦;張強;金涌;魏飛;;納米石墨化碳在鋰離子電池中的應用進展[J];儲能科學與技術;2012年01期

相關博士學位論文 前1條

1 陳鍇;新型碳納米材料的制備及其在催化中的應用[D];中國科學技術大學;2008年

相關碩士學位論文 前2條

1 梁偉;植入式心臟起搏器安全性風險評價及控制措施研究[D];北京理工大學;2015年

2 陶發(fā);植入式生物遙測裝置無線電能傳輸系統(tǒng)研究[D];南京航空航天大學;2005年

本文編號：2813407