發(fā)布時間：2017-05-12 03:05

  本文關(guān)鍵詞：采用表面陣列電極的功能電刺激仿真與優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：功能性電刺激(Functional Electrical Stimulation, FES)是一種使用電流激活由于脊髓損傷(Spinal Cord Injury, SCI)，頭部外傷，中風(fēng)和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病導(dǎo)致的癱瘓肢體所影響的神經(jīng)纖維的物理治療技術(shù)。FES主要幫助殘疾人士恢復(fù)一定的生理功能。它有時被稱為“神經(jīng)肌肉電刺激(Neuromuscular Electrical Stimulation, NMES)。我們把用于激活神經(jīng)系統(tǒng)的功能電刺激設(shè)備稱為神經(jīng)假體，神經(jīng)假體主要包括刺激器和刺激電極兩部分，刺激器將外界光信號或電圖像信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、編碼成電脈沖序列，經(jīng)由刺激電極直接刺激神經(jīng)系統(tǒng)中仍有部分功能的神經(jīng)組織，產(chǎn)生神經(jīng)電生理信號以恢復(fù)其功能。功能性電刺激的刺激方式目前主要有三種：表面式電刺激、經(jīng)皮式電刺激和全植入式電刺激。表面式FES具有無創(chuàng)、無痛和適應(yīng)癥廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但也有刺激效果不佳和靶點(diǎn)選擇性差的缺陷。本課題主要對FES采用的表面陣列電極進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和對不同類型的刺激波形的刺激效果進(jìn)行對比分析，旨在設(shè)計理想的陣列電極和選擇合適的刺激波形，，為優(yōu)化設(shè)計FES系統(tǒng)奠定一定的理論基礎(chǔ)。 本文在研究FES電生理學(xué)基礎(chǔ)上，對采用表面陣列電極的人體前臂FES系統(tǒng)建立幾何和數(shù)理模型，通過有限元法仿真人體前臂組織的電場分布，使用神經(jīng)纖維激勵函數(shù)表征外加電場對神經(jīng)軸突電活動的影響。在此基礎(chǔ)上，選擇前臂深層神經(jīng)纖維激勵函數(shù)的峰值和半寬度乘積之比作為靶向性能評價函數(shù)，利用粒子群算法對表面陣列電極的觸點(diǎn)尺寸和間距進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，得出靶向性能最優(yōu)的陣列電極尺寸。對比不同刺激波形作用下隨時間變化的人體前臂深層神經(jīng)纖維激勵函數(shù)最大值，研究結(jié)果表明雙向電荷平衡矩形波刺激下的神經(jīng)纖維激勵函數(shù)最大值稍高于其他刺激波形，有利于神經(jīng)纖維的激活，從而為表面陣列電極的設(shè)計和制定刺激處方提供理論指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：功能性電刺激 表面陣列電極 有限元仿真 神經(jīng)纖維激勵函數(shù) 粒子群算法
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 課題背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 論文的研究內(nèi)容13-14
• 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)14-16
• 2 功能電刺激原理16-23
• 2.1 神經(jīng)電生理學(xué)簡介16-19
• 2.2 功能電刺激的基本原理19-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 3 基于 COMSOL Multiphysics 的功能電刺激電場仿真23-38
• 3.1 有限元分析軟件 COMSOL Multiphysics V4.2a 簡介23-27
• 3.2 表面陣列電極功能電刺激建模27-31
• 3.3 表面陣列電極功能電刺激的有限元電場仿真31-34
• 3.4 人體前臂目標(biāo)神經(jīng)纖維的激活函數(shù)分布34-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 4 陣列電極功能電刺激系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化38-53
• 4.1 功能電刺激靶向性能評價38-41
• 4.2 粒子群算法簡介41-45
• 4.3 功能電刺激表面陣列電極的優(yōu)化計算45-48
• 4.4 不同功能電刺激波形的對比研究48-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 5 總結(jié)與展望53-55
• 致謝55-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 附錄 1 （攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文目錄）60

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 焦永昌;楊科;陳勝兵;張福順;;粒子群優(yōu)化算法用于陣列天線方向圖綜合設(shè)計[J];電波科學(xué)學(xué)報;2006年01期

2 沈強(qiáng),劉雪良,蔣大宗,邰常峰;利用雙向方波脈沖刺激實(shí)現(xiàn)神經(jīng)纖維選擇性興奮的雙電極方法[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報;2001年06期

3 侯文生;章毅;鄭小林;吳小鷹;陰正勤;BISWAJIT Das;;基于有限元法的硬腦膜外視皮層電刺激仿真研究[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報;2010年04期

4 黃濤;徐琦;何際平;周厚綸;王熠釗;;采用表面陣列電極的人體前臂電刺激仿真研究[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報;2012年03期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 馬長波;基于電機(jī)輔助功能性電刺激腳踏車康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：采用表面陣列電極的功能電刺激仿真與優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：358621