神經(jīng)系統(tǒng)在人體內(nèi)是起主導(dǎo)作用的系統(tǒng)。機(jī)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(jí)中樞神經(jīng)進(jìn)行整合,再返回給外周神經(jīng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)機(jī)體的各個(gè)系統(tǒng)和器官活動(dòng),以維持機(jī)體內(nèi)、外界環(huán)境相對(duì)的平衡。神經(jīng)是支配人類活動(dòng)的重要組成部分,一旦人的神經(jīng)受損,人類運(yùn)動(dòng)將無法進(jìn)行。神經(jīng)纖維的電位變化是神經(jīng)傳導(dǎo)的一個(gè)重要表征,所有的神經(jīng)傳導(dǎo)都是靠電位的變化產(chǎn)生的。在神經(jīng)科,因?yàn)樯窠?jīng)功能障礙導(dǎo)致半癱或全癱的病人每年都在增加,現(xiàn)在康復(fù)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(xué)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(xué)方法所使用敷料或是藥品里面含的化學(xué)試劑,有可能會(huì)對(duì)神經(jīng)組織產(chǎn)生無法恢復(fù)的損傷,而且化學(xué)藥劑由于對(duì)人體的損傷有不確定的潛伏期,因此并不適合長(zhǎng)期的病痛患者使用。電刺激會(huì)對(duì)電極周圍的組織產(chǎn)生一定的電損傷,而且無法選擇點(diǎn)對(duì)點(diǎn)刺激,長(zhǎng)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(diǎn)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(diǎn)小,能對(duì)神經(jīng)實(shí)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(xué)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(xué)刺激和電刺激兩兩結(jié)合的刺激方法來解決單一刺激無法彌補(bǔ)的問題。基于以上的一些研究背景,本文提出了基于碳納米顆粒增強(qiáng)作用的光電組合神經(jīng)調(diào)控技術(shù),并設(shè)計(jì)和搭建了蛙坐骨神經(jīng)光電組合刺激實(shí)驗(yàn)裝置。具體研究工作如下:1.設(shè)計(jì)并搭建了蛙坐骨神經(jīng)光電組合刺激實(shí)驗(yàn)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(hào)采集儀、筆記本、磁力底座三維推進(jìn)器等。2.設(shè)計(jì)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(shí)的刺激電極和神經(jīng)動(dòng)作電位記錄電極,減輕對(duì)神經(jīng)損傷的同時(shí),并最大限度收集神經(jīng)束中所有神經(jīng)纖維的電信號(hào)。3.設(shè)計(jì)了光電刺激同步控制電路。本試驗(yàn)要對(duì)蛙坐骨神經(jīng)進(jìn)行光電同步刺激,所以設(shè)計(jì)了一個(gè)根據(jù)電刺激信號(hào)同步輸出一個(gè)控制激光的脈沖信號(hào)電路,此同步控制電路基于STC89C52單片機(jī)的PWM信號(hào)。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(duì)電刺激神經(jīng)時(shí)周圍的電場(chǎng)分布進(jìn)行求解,并用蒙特卡洛算法對(duì)激光的傳播和生物組織接受光照射后溫度分布進(jìn)行計(jì)算,最后將所得電場(chǎng)信號(hào)和溫度信息傳輸?shù)絅EURON軟件建立的神經(jīng)模型中進(jìn)行相關(guān)理論研究。5.開展了納米顆粒增強(qiáng)下的光電組合神經(jīng)刺激實(shí)驗(yàn)研究,包括納米顆粒增強(qiáng)測(cè)試、激光對(duì)電刺激的影響,電刺激對(duì)阻斷神經(jīng)動(dòng)作電位所需激光能量的影響,環(huán)境溫度對(duì)電刺激的影響。本論文對(duì)神經(jīng)功能電刺激和近紅外激光組合刺激在神經(jīng)修復(fù)方面進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了環(huán)狀卡夫電極保護(hù)神經(jīng)組織,運(yùn)用碳納米顆粒材料增強(qiáng)光電刺激的影響,并從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了光電組合刺激對(duì)神經(jīng)動(dòng)作電位的影響,為光電刺激在臨床神經(jīng)功能修復(fù)上的運(yùn)用提供了理論參考,加快了光刺激在神經(jīng)修復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)程。
【學(xué)位單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R496
【部分圖文】：

逡逑動(dòng)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(dòng)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(xì)胞沒有受到刺激時(shí)的電位，這時(shí)呈現(xiàn)出細(xì)胞內(nèi)的Ｎａ離逡逑子濃度比細(xì)胞外的低的多，細(xì)胞膜外部的Ｎａ離子有順著濃度差往細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散逡逑的趨勢(shì)，但是Ｎａ離子通道是關(guān)閉的。逡逑⑵局部電位，在細(xì)胞受到刺激，但是電位還未達(dá)到產(chǎn)生動(dòng)作電位的閾值時(shí)逡逑的動(dòng)作電位，此時(shí)有少量興奮性比較高的Ｎａ離子通道打開，少量Ｎａ離子向細(xì)逡逑胞膜內(nèi)部擴(kuò)散，細(xì)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(dāng)電位差不斷的減少，達(dá)到閾值電位時(shí)，細(xì)胞膜上的大量逡逑Ｎａ離子通道打開

逡逑動(dòng)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(dòng)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(xì)胞沒有受到刺激時(shí)的電位，這時(shí)呈現(xiàn)出細(xì)胞內(nèi)的Ｎａ離逡逑子濃度比細(xì)胞外的低的多，細(xì)胞膜外部的Ｎａ離子有順著濃度差往細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散逡逑的趨勢(shì)，但是Ｎａ離子通道是關(guān)閉的。逡逑⑵局部電位，在細(xì)胞受到刺激，但是電位還未達(dá)到產(chǎn)生動(dòng)作電位的閾值時(shí)逡逑的動(dòng)作電位，此時(shí)有少量興奮性比較高的Ｎａ離子通道打開，少量Ｎａ離子向細(xì)逡逑胞膜內(nèi)部擴(kuò)散，細(xì)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(dāng)電位差不斷的減少，達(dá)到閾值電位時(shí)，細(xì)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(zhuǎn)復(fù)除顫器Ｅｖｅｍ邋Ｓ邋ＣＩＤ，這兩種除顫逡逑器電池使用壽命更長(zhǎng)，功能更智能化，更加符合人體的生理。同時(shí)還有圣猶達(dá)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(xué)領(lǐng)域的技逡逑術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)大量的科學(xué)研宄成果進(jìn)入臨床，為廣大的病患提供減輕病情，緩逡逑解病痛，對(duì)人類做出巨大的貢獻(xiàn)。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(jì)算機(jī)處理技術(shù)，對(duì)耳蝸基底膜的聽神經(jīng)逡逑末梢進(jìn)行ＦＥＳ刺激以重建聽覺。人工耳蝸是一種幫助恢復(fù)聽力和言語交流的生逡逑物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2813407