基于信息与能量无线传输的脊髓电刺激系统研究

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1、分类号学号M201171955学校代码10487密级硕士学位论文基于信息与能量无线传输的脊髓电刺激系统研究学位申请人：张雪学科专业：控制理论与控制工程指导教师：徐琦副教授答辩日期：2014年1月万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceAFullyImplantableStimulatorwithWirelessPowerandDataTransmissionforEpiduralSpinalCordStimulationCa

2、ndidate:ZhangXueMajor:ControlTheoryandControlEngineeringSupervisor:AssociateProf.XuQiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074Hubei,P.R.ChinaJanuary,万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方

3、式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要研

4、究表明，将硬膜外脊髓电刺激与减重跑台相结合的训练方式有利于患者行走功能的恢复，但其控制原理及合理的选择刺激参数，还不清楚，因此需要通过搭建相关的实验平台开展相关研究，然而临床上用于硬膜外脊髓电刺激的刺激装置很少。因此，本文在总结他人的研究成果上，设计了一套植入式硬膜外脊髓电刺激器。装置探究了动物实验用植入式器件的体外无线能量传输的可行性，并验证了其在动物体内工作的可靠性，最后通过记录到的肌电响应信号，初步探究了不同刺激参数对大鼠行走功能的影响。自行研制的ESCS系统包括外部个人数字助理、体外控制器、体内脉冲发生器、导线和刺激电极。个人数字助理可通过一个液

5、晶图像界面实现对刺激参数的多次编程和修改；外部控制器可通过无线射频方式接收其传递的信息，完成信息的接收和能量的耦合；体内脉冲发生器接收耦合的能量和信息，产生双相电荷平衡的刺激脉冲，通过导线和刺激电极将脉冲信号传输到脊髓相应部位。本文的主要内容包括以下几方面：首先介绍了国内外植入式电刺激器的研究和发展现状，讨论了脊髓损伤后果和电刺激相关原理，概述了硬膜外脊髓电刺激用于阵痛治疗和行走功能康复的相关研究，结合电池供电不足引入无线供能的原理；其次研制一套可用于大鼠实验的无线能量与信息传输的硬膜外脊髓电刺激系统。该刺激系统具有成本低、体积小、工作时间长等优点；最后

6、，完成了全植入式电刺激器的离体测试和动物实验性能实验，验证了无线能量传递与信息传输的可行性，为解决植入式电刺激器电池供电能量有限的问题提出了新途径，并通过实验测试结果初步探究了不同ESCS刺激参数对后肢EMG作用机制。关键词:脊髓硬膜外电刺激不完全脊髓损伤信息与能量无线传输电感耦合大鼠I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractEpiduralSpinalCordStimulationusesstimulatingelectrodesstimulatecentralneuralsystemdirectly.Ithasbeenreportedthat

7、ESCScombinedwithpartialweightbearingtherapy(PWBT)canfacilitaterecoveryoffunctionalwalkingforincompletespinalcordinjury，butthecontrolprincipleandhowtochoosereasonablestimulationparameters,itisstillneedtobestudied.Meanwhile,theappliedstimulatorsnotonlytoodear,butalsorarelyusedinani

8、malexperiment.Inthisthesis,onthebasisofs