本文關(guān)鍵詞：多功能神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的設(shè)計及其在深部腦刺激實驗研究中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：深部腦刺激(Deep brain stimulation, DBS)被認為是目前治療癲癇、帕金森等腦部疾病的有效手段,也是腦科學研究的熱點。為了進一步探究DBS的作用機制,尋求更加有效的刺激參數(shù),DBS對于電刺激器的要求越來越高。常規(guī)電刺激器可輸出的信號波形比較簡單,參數(shù)的設(shè)置和改變不夠靈活,這些因素阻礙了DBS的深入研究。為了解決此問題,本文設(shè)計了一種多功能神經(jīng)電刺激系統(tǒng)。該系統(tǒng)以Lab VIEW編寫的控制軟件為核心,將軟件生成的波形信號通過數(shù)據(jù)采集卡輸出,控制通用型電刺激器產(chǎn)生復雜的刺激波形,實現(xiàn)了刺激波形的多樣化。本文還利用該系統(tǒng)生成了多種不同的刺激模式,用于考察它們對于大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元群體興奮性的作用。本文的創(chuàng)新點和主要研究結(jié)果如下：(1) 利用LabVIEW編程實現(xiàn)了多功能神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的控制程序。測試結(jié)果表明,該程序的用戶界面簡潔美觀,可擴展性好,通用性強,能夠驅(qū)動數(shù)據(jù)采集卡精確地輸出所需的刺激波形。用戶可以方便地設(shè)計并輸出多種刺激波形用于電刺激實驗。(2) 利用本系統(tǒng)生成了相同極性的單相脈沖與雙相脈沖,考察大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元群體在刺激作用下的響應(yīng),并定量分析了不同刺激波形的作用效果。動物實驗結(jié)果顯示,在CA1區(qū)輸出通道施加100 Hz持續(xù)高頻刺激期間,刺激起始0.5 s時間內(nèi)單相脈沖引起群峰電位的幅值下降率(54.2±21.3%,n=6)顯著高于同極性(前相與其一致)的雙相脈沖所引起的幅值下降率(39.0±10.2%,n=6),說明高頻刺激時單相脈沖序列的作用效果比雙相脈沖序列要強,但是單相脈沖可能會造成神經(jīng)組織的損傷。(3) 設(shè)計了3種新型的刺激波形并考察了它們對于軸突阻滯的作用效果。基于常規(guī)的強度、頻率都恒定的高頻刺激(High frequency stimulation, HFS),本文設(shè)計了3種特殊的高頻刺激,分別是強度線性遞增的高頻刺激、頻率漸變的高頻刺激以及間歇式的非連續(xù)高頻刺激。大鼠在體實驗顯示,海馬CA1區(qū)上游神經(jīng)元群體對于軸突上的這3種HFS的響應(yīng)與對常規(guī)HFS有所不同：強度線性遞增的逆向高頻刺激可以在實現(xiàn)軸突傳導阻滯的同時避免產(chǎn)生大幅值群峰電位；在頻率漸變的高頻刺激下,軸突傳導阻滯程度隨著頻率的升高而增大；在間歇式高頻刺激中,被阻滯的軸突狀態(tài)會在停頓的時間間隔內(nèi)有所恢復,但恢復程度可能與停頓時長有關(guān)�？傊�,本文所設(shè)計的多功能神經(jīng)電刺激系統(tǒng),可以根據(jù)用戶需求設(shè)計并輸出多樣化的刺激波形,輸出精度高、通用性強,為電生理實驗中刺激波形的獲取提供了便利。實驗結(jié)果顯示,單相高頻刺激對神經(jīng)元群體的刺激作用強于前相與其一致的雙相高頻刺激,但同時,單相脈沖可能會對神經(jīng)組織帶來更大損傷；并且,本文所設(shè)計的3種新型刺激波形也具有一定的研究價值,為深部腦刺激研究提供了新思路。這些研究結(jié)果對于深入了解深部腦刺激的作用機制以及安全有效地推廣其臨床應(yīng)用都具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：深部腦刺激 電刺激器 刺激波形 LabVIEW 軸突傳導阻滯
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R741
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 縮略詞9-12
• 第1章 緒論12-16
• 1.1 研究目的及意義12-13
• 1.2 研究內(nèi)容13-14
• 1.3 論文創(chuàng)新點14-16
• 第2章 神經(jīng)電刺激器的應(yīng)用與發(fā)展16-20
• 2.1 神經(jīng)電刺激器的臨床應(yīng)用16-17
• 2.2 深部腦刺激對于電刺激參數(shù)的要求17-19
• 2.3 深部腦刺激器的研究進展19-20
• 第3章 多功能電刺激系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)20-34
• 3.1 LabVIEW軟件與NI USB-6251數(shù)據(jù)采集卡簡介20-22
• 3.1.1 LabVIEW軟件20-21
• 3.1.2 NI USB-6251數(shù)據(jù)采集卡及其LabVIEW控制方式21-22
• 3.2 輸出模擬信號的刺激隔離器22-23
• 3.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計23-34
• 3.3.1 主要的程序結(jié)構(gòu)23-27
• 3.3.2 系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)27-34
• 第4章 系統(tǒng)測試結(jié)果34-46
• 4.1 系統(tǒng)軟件界面與操作34-39
• 4.1.1 刺激波形生成36
• 4.1.2 刺激波形組合36-37
• 4.1.3 刺激波形輸出37
• 4.1.4 系統(tǒng)功能列表37-39
• 4.2 系統(tǒng)性能測試39-46
• 4.2.1 輸出波形的頻率測試39-40
• 4.2.2 幅值線性變化的波形測試40-42
• 4.2.3 疊加波形測試42
• 4.2.4 頻率漸變的波形測試42-43
• 4.2.5 組合后的波形測試43-46
• 第5章 電刺激系統(tǒng)在深部腦刺激研究中的應(yīng)用46-58
• 5.1 動物實驗及信號采集46-50
• 5.1.1 動物手術(shù)和電極植入46-47
• 5.1.2 記錄電極與刺激電極47-49
• 5.1.3 電刺激作用效果的評價指標49-50
• 5.2 單相與雙相脈沖高頻刺激串作用的比較50-52
• 5.3 不同刺激模式的作用52-58
• 5.3.1 強度線性遞增的高頻刺激的作用52-54
• 5.3.2 頻率漸變的高頻刺激的作用54-55
• 5.3.3 間歇式高頻刺激的作用55-58
• 第6章 討論58-62
• 6.1 多功能神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的特點58-59
• 6.2 單相和雙相脈沖刺激對于神經(jīng)元的作用分析59
• 6.3 不同刺激模式下神經(jīng)元群體響應(yīng)的分析59-62
• 6.3.1 強度線性遞增的高頻刺激對于神經(jīng)元群體興奮性的影響60
• 6.3.2 頻率漸變的的高頻刺激對于神經(jīng)元群體興奮性的影響60-61
• 6.3.3 間歇式非連續(xù)高頻刺激對于神經(jīng)元群體興奮性的影響61-62
• 第7章 總結(jié)與展望62-64
• 參考文獻64-70
• 致謝70-71
• 作者簡歷71-72
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文72

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