【摘要】：研究目的 視覺假體是對盲人視覺通路上某個神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)施加人工電刺激,使其產(chǎn)生興奮,在皮層產(chǎn)生視覺感知的植入式醫(yī)用電子設(shè)備。視覺假體的目的是使那些由于疾病或外傷導(dǎo)致失明的患者通過人工的方法產(chǎn)生視覺感知,輔助他們完成一些活動,如閱讀文本,識別物體或應(yīng)對陌生環(huán)境等。 視覺假體研究的主要內(nèi)容之一是提高神經(jīng)刺激的有效性。電刺激脈沖波形的形狀(包括幅度、頻率、脈寬等)和電極幾何結(jié)構(gòu)是影響有效神經(jīng)刺激的重要因素。脈沖波形的形狀直接影響電刺激時的組織損傷、電極腐蝕和電荷損失等,因此選擇合適的脈沖波形對有效降低電刺激時引起的負(fù)作用至關(guān)重要。鑒于矩形雙相脈沖波形相比于其他脈沖波形(線性波,正弦波,指數(shù)波等)在視覺假體電刺激中使用較為普遍,本文選擇相對較成熟的矩形雙相波形來進行優(yōu)化設(shè)計,來獲得更理想的刺激效果。研究內(nèi)容 1視覺假體電刺激仿真。用MATLAB平臺下的Simulink仿真電極刺激生理組織的過程,電極——組織界面使用Randles電極——電解液界面等效電路模型,輸入波形使用優(yōu)化的矩形波,觀察峰值電壓、功率和能量等結(jié)果。 2矩形雙相波的優(yōu)化設(shè)計。利用控制系統(tǒng)理論中零階保持器的特性,在波形輸入裝置后加入零階保持器,使得通常恒定電流刺激相由定期采樣的階梯形波取代,以此作為優(yōu)化的矩形波。改變零階保持器的參數(shù)可使優(yōu)化波形的幅度和時間發(fā)生變化,使之成為二階、三階等階梯形波。 3視覺假體電刺激優(yōu)化電流波形的刺激效果。電極——電解液界面等效電路的輸入電流脈沖波形為優(yōu)化的階梯形波,計算優(yōu)化電流波形輸入等效電路后的峰值電壓、功率和能量；與原始矩形波的刺激效果進行對比,分析比較優(yōu)化波形相對于傳統(tǒng)矩形波的特點。研究結(jié)果 1視覺假體電刺激矩形波經(jīng)優(yōu)化后成為階梯形波。改變參數(shù)可使優(yōu)化波形成為二階、三階等多階階梯形波。優(yōu)化的二階階梯形波輸入時,輸出電壓峰值減少了11.05%；五階階梯形波時其峰值電壓下降達到了11.89%。 2在峰值電壓減少的同時,等效電路模型中的平均功率和瞬時功率也發(fā)生了變化。五階階梯形波的平均功率減少率最大,為10.13%。二階、三階等多階階梯形波的瞬時功率增大較為明顯,但五階階梯形波的最大瞬時功率增大只有7.75%,相比于其他階梯形波較為理想。 3系統(tǒng)的能量消耗隨著電極峰值電壓的減少也出現(xiàn)了降低,而且階梯形波的階數(shù)越多,其能量消耗減少越大,在階數(shù)趨近于無窮大時能量消耗減少了11.79%,而五階階梯形波的能量消耗減少了5.96%。研究結(jié)論： 1矩形波優(yōu)化為階梯形波后,具有明顯的降低峰值電壓的效果。五階階梯形波減少峰值電壓達到最大。優(yōu)化波形達到了降低電路電壓減少組織損傷的目的。 2功率和電路耗能同時是優(yōu)化波形的衡量標(biāo)準(zhǔn)。五階階梯形波的瞬時功率的功率增大率最小,平均功率的減少率最大。系統(tǒng)耗能隨著階數(shù)的增大而逐漸減小,在階數(shù)趨近于無窮時達到最大。 3五階階梯形波雖然沒有達到能耗減少最大,但是卻能夠使峰值電壓減少最大,平均功率減少最大,瞬時功率增大最小,因此五階階梯形波是較為理想的優(yōu)化的階梯形波。
[Abstract]:Purpose of the study The visual prosthesis is an implantable medical electronic device for applying artificial electrical stimulation to a nerve tissue structure on the visual path of the blind, The purpose of the visual prosthesis is to make visual perception of those who are blind due to disease or trauma, and to assist them in completing some of the activities, such as reading text, identifying objects, or dealing with unfamiliar environments and the like. One of the main contents of the visual prosthesis study is to increase the nerve stimulation. Effectiveness. The shape of the electrical stimulation pulse waveform (including amplitude, frequency, pulse width, etc.) and the electrode geometry are the weight that affects the effective nerve stimulation. the shape of the pulse waveform directly influences the tissue damage, the electrode corrosion and the charge loss when the electrical stimulation is applied, so that the appropriate pulse waveform is selected to effectively reduce the negative effect caused when the electric stimulation is effectively reduced, It is important to use a relatively mature rectangular two-phase waveform for optimal design in view of the fact that the rectangular two-phase pulse waveform is more common than other pulse waveforms (linear wave, sine wave, exponential wave, etc.) compared with other pulse waveforms (linear wave, sine wave, exponential wave, etc.). shock effect. Study content 1 Visual Prosthesis Electrical stimulation simulation. The process of stimulating the physiological tissue by using the Simulink simulation electrode under the MATLAB platform, the electrode _ tissue interface uses the Randles electrode _ electrolyte interface equivalent circuit model, the input waveform uses the optimized rectangular wave, and the peak voltage, the power and the power are observed. result of energy, etc. 2 rectangular double The optimal design of phase wave. With the characteristic of the zero-order holder in the theory of the control system, a zero-order holder is added to the waveform input device, so that the constant-current stimulation phase is replaced by a regular-sampled stepped wave, changing the parameters of the zero-order holder may cause the amplitude and time of the optimized waveform to change, making it a second order, third-order stepped-wave. 3-visual prosthetic electrical stimulation optimization The stimulation effect of the current waveform is that the input current pulse waveform of the electrode _ electrolyte interface equivalent circuit is the optimized stepped wave, and the peak voltage, the power and the energy after the equivalent circuit of the optimized current waveform are input; and the original rectangular wave and compared with the stimulation effect, the comparative optimization waveform is analyzed and compared with each other, traditional moment Characteristics of the shape wave. The results of the study are 1. The electrical stimulation of the visual prosthesis is rectangular. the wave is optimized to form a stepped wave, and the change parameter can make the optimized wave form a two-step wave. In order to optimize the second-order step-wave input, the peak value of the output voltage is reduced by 11. 05%, and the peak voltage at the time of the step-step wave of the fifth order the drop has reached 11.89%. At the same time the peak voltage is reduced, the average value of the equivalent circuit model the power and the instantaneous power also change. the average power of the fifth-order stepped wave and the maximum instantaneous power of the five-order stepped wave is increased by only 7.75%, Compared with other stepped waves, the energy consumption of the system decreases with the reduction of the peak voltage of the electrode, and the higher the order number of the stepped wave, the higher the energy consumption, the energy consumption is reduced by 11. 79% when the order number approaches infinity, and the five-step ladder energy of a wave The consumption is reduced by 5.96%. The results of the study: 1 rectangular wave is optimized to be stepped After the wave, it has the obvious effect of reducing the peak voltage.. The step-step wave of the fifth order reduces the peak voltage to the maximum. the purpose of reducing the circuit voltage to reduce tissue damage is reached. The power and circuit energy consumption are the measure of the optimization of the waveform. The instantaneous power of the step-step wave of the fifth order The power increase rate of the system is the minimum, and the reduction rate of the average power is the maximum. The energy consumption of the system increases with the order number. and the peak voltage is reduced to the maximum, the average power is reduced to the maximum, and the instantaneous power is increased to a minimum,
【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R318.18

【共引文獻】

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本文編號：2362188