脊髓功能電刺激能誘發(fā)因損傷或病理引起的運動功能缺損患者的肢體運動。然而,當(dāng)前脊髓微激勵信號參數(shù)對嚙齒類動物后肢運動的調(diào)節(jié)機制尚未明確。為此,通過調(diào)節(jié)脊髓微激勵信號的幅值,對大鼠后肢關(guān)節(jié)產(chǎn)生伸展響應(yīng)和屈曲響應(yīng)時各關(guān)節(jié)角度的變化值進(jìn)行定量分析。實驗分析表明:大鼠后肢產(chǎn)生伸展響應(yīng)時,髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)的角度變化值與刺激信號幅值的決定系數(shù)R~2分別為0.58、0.87、0.74;產(chǎn)生屈曲響應(yīng)時各關(guān)節(jié)的角度變化值與刺激信號幅值的決定系數(shù)R~2分別為0.81、0.69、0.47。研究結(jié)果表明:大鼠后肢運動的各關(guān)節(jié)角度變化值與刺激幅值具有高度相關(guān)性。大鼠后肢產(chǎn)生伸展響應(yīng)的最佳刺激信號的幅值范圍為(40±5)μA;產(chǎn)生屈曲響應(yīng)的最佳刺激信號的幅值范圍為(80±10)μA。研究結(jié)果可為進(jìn)一步研制后肢步態(tài)調(diào)控用脊髓刺激器提供參考。 

【文章來源】：南通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019年02期 第19-23+48頁

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

大鼠后肢骨架與矢狀面運動模型示意圖

米?晷畔⒆?晃??應(yīng)的關(guān)節(jié)角度。對每一只動物，我們量化了不同刺激幅值下大鼠后肢產(chǎn)生伸展響應(yīng)與屈曲響應(yīng)兩種狀態(tài)下的各關(guān)節(jié)角度的變化（從初始角度開始）。以一次伸展響應(yīng)為例，數(shù)據(jù)采集與處理過程如圖2所示。選取的變量是從刺激前的基線角度到刺激時各關(guān)節(jié)形成的角度之間的變化范圍。最終繪制出6只大鼠在不同刺激幅值下各關(guān)節(jié)角度變化的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差（mean±SD）的柱狀圖。135.000104.300154.741（a）OpenMV與大鼠后肢實物圖（b）OpenMVIDE顏色標(biāo)簽識別與數(shù)據(jù)采集（c）Processing軟件的數(shù)據(jù)處理與仿真圖2大鼠后肢數(shù)據(jù)采集與處理過程Fig.2Datacollectionandprocessingofhindlimbofrat1.4統(tǒng)計分析利用MATLAB軟件對髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)以及踝關(guān)節(jié)的角度變化值與刺激電流的幅值之間的相關(guān)性進(jìn)行最小二乘回歸分析。決定系數(shù)R2的計算公式為，（4）其中：T=S+E，T為總平方和；S為回歸平方和；E為殘差平方和；y為實際值；f為預(yù)測值；為實際值的平均值。決定系數(shù)R2決定了相關(guān)的密切程度，越接近1，說明因變量與自變量兩者之間越有關(guān)聯(lián)。實驗結(jié)果用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。不同刺激幅值下的各關(guān)節(jié)角度進(jìn)行單因素方差分析比較，雙側(cè)p<0.05設(shè)定為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。2實驗結(jié)果與分析實驗結(jié)果選取大鼠后肢產(chǎn)生伸展響應(yīng)與屈曲響應(yīng)時的后肢各關(guān)節(jié)角度變化值。不同刺激幅值產(chǎn)生的各組關(guān)節(jié)角度之間的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（p<0.05）。2.1伸展響應(yīng)在大鼠后肢產(chǎn)生伸展響應(yīng)實驗中，設(shè)定每次刺激電流的幅值分別為10、15、20、25、30、35、40、45和50μA。大鼠后肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)對應(yīng)的角度變化平均值隨刺激電流幅值的變化趨勢如圖3所示。當(dāng)刺激電流為10~40μA時，髖?

·22·南通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2019年度變化呈上升趨勢；當(dāng)刺激電流>45μA時，膝關(guān)節(jié)的角度變化開始減校當(dāng)刺激電流為10~40μA時，踝關(guān)節(jié)的角度變化持續(xù)上升；之后繼續(xù)增大刺激電流幅值，踝關(guān)節(jié)的角度變化值開始減少。I/μA髖關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)踝關(guān)節(jié)角度變化平均值/（°）102001051520253035304050圖3伸展響應(yīng)時大鼠后肢各關(guān)節(jié)角度變化平均值隨刺激電流幅值的變化趨勢圖Fig.3Thetrendchartofthemeanvalueofthechangeintheangleofeachjointofhindlimbsofratswiththeamplitudeofthestimulationcurrentduringtheextensionresponse當(dāng)大鼠后肢產(chǎn)生伸展響應(yīng)且動作幅度增大階段時，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)的角度變化平均值與刺激電流幅值的線性回歸關(guān)系如圖4所示，決定系數(shù)R2分別為0.58（見圖4（a），p<0.05），0.87（見圖4（b），p<0.001），0.74（見圖4（c），p<0.05），這說明各關(guān)節(jié)的角度變化與刺激電流幅值高度相關(guān)。2.2屈曲響應(yīng)在大鼠后肢產(chǎn)生屈曲響應(yīng)實驗中，設(shè)定每次刺激電流的幅值分別為20、30、40、50、60、70、80、90和100μA。大鼠后肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)對應(yīng)的角度變化平均值隨刺激電流幅值的變化趨勢如圖5所示。當(dāng)刺激電流為20~90μA時，髖關(guān)節(jié)角度變化呈上升趨勢；達(dá)到極值后繼續(xù)增加刺激電流，髖關(guān)節(jié)的角度變化值減校當(dāng)刺激電流為20~90μA時，膝關(guān)節(jié)的角度變化持續(xù)增大，在刺激電流為90μA時，達(dá)到極值的狀態(tài)；繼續(xù)增大刺激電流，膝關(guān)節(jié)的角度變化開始減校當(dāng)刺激電流為20~80μA時，踝關(guān)節(jié)的角度變化顯著增大；繼續(xù)增大刺激電流，踝關(guān)節(jié)的角度變化呈下降趨勢。大鼠后肢產(chǎn)生屈曲響應(yīng)時，需要的閾值電流比產(chǎn)生伸展響應(yīng)的閾值電流更大。在屈曲響應(yīng)中，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于脊髓內(nèi)功能電激勵的大鼠后肢運動選擇性控制[J]. 沈曉燕,王志功,馬磊,呂曉迎,杜薇,陳軼,陶春伶.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2018(06)
[2]基于椎管內(nèi)微刺激的大鼠后肢運動脊髓功能核心區(qū)域測定[J]. 陳軼,馬磊,杜薇,沈曉燕.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2017(04)



本文編號：2904707