动物实验用植入式脊髓电刺激系统研制

《动物实验用植入式脊髓电刺激系统研制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号学号M200971828学校代码10487密级硕士学位论文动物实验用植入式脊髓电刺激系统的研制学位申请人：李军学科专业：模式识别与智能系统指导教师：徐琦副教授答辩日期：2012年1月11日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceAFullyImplantableStimulatorforExperimentalUseinEpiduralSpinalCordStimulationCandidate:LiJ

2、unMajor:PatternRecognitionandIntelligentSystemSupervisor:AssociateProf.XuQiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074Hubei,P.R.ChinaJanuary,11,2012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

3、中以明确方式标明。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：年月日摘要

4、脊髓硬膜外电刺激(ESCS)是一种通过植入脊柱椎管内硬膜外腔的刺激电极，将电刺激脉冲传递至脊髓内，直接刺激中枢神经组织的技术。实验证明ESCS结合减重跑台训练对慢性不完全脊髓损伤(ISCI)患者的行走功能康复具有积极的作用，但其确切的调控机制以及如何选择刺激参数仍不明确，需通过长期动物实验进行研究。然而目前商用的植入式神经电刺激器价格昂贵，体积较大，不适于动物实验，因此用于动物实验的ESCS系统有待开发。本文以国家自然科学基金项目(项目号：60874035)为依托，基于感应耦合实现数据和能量的经皮无线传输，设计了可用于小型动物的长

5、期实验的，低成本、小型化的全植入ESCS刺激器。该刺激器不仅填补了动物实验用ESCS系统的空白，而且解决了动物实验用植入式器件的体外供能问题。本论文首先对ESCS进行了简单的说明，介绍了相关的研究背景与目前的研究热点，描述了神经冲动的产生与传导、脊髓的解剖结构和生理特点等问题，并对ESCS的刺激波形和刺激参数进行了设计。然后，根据刺激器工作特点和性能需要，本文设计了一种植入式ESCS刺激系统的开发方案，并详细介绍了各模块的设计和软硬件实现。最后，本文给出了系统样机的离体测试结果，进一步验证了设计方案的合理性。整套系统包括4个主要部

6、分：外部个人数字助理(PDA)，体外控制器，体内刺激器，导线和电极。PDA允许使用者通过一个友好的图形界面对刺激参数进行编程；放置在大鼠背后的外部控制器通过射频通讯方式与PDA交互；体内刺激器产生两路单相的恒电压脉冲信号，分别通过导线传输到双极型电极的两个处点，合成双相电荷平衡的脉冲刺激目标组织。基于感应耦合原理，体外控制器可使用其功能模块E类放大器产生的RF载波为体内刺激器提供电能，同时进行数据通信。体内刺激器被硅胶密封以满足生物兼容性的要求，封装后的体内刺激器尺寸为22mm×23mm×7mm，测得质量为3.78克。在样机的离体

7、试验中，经皮无线通讯误码I率低，双相电荷平衡刺激波形输出准确。刺激脉冲输出幅值范围为50mV~10V，步长10mV、100mV、10V可调；刺激频率范围为0Hz~200Hz，参数调节步进1Hz、10Hz、100Hz可调；脉宽400μs、800μs、1200μs三档可调；刺激持续时间10s~60min可调。关键词无线信息与能量传输电感耦合E类放大器大鼠脊髓硬膜外电刺激不完全脊髓损伤IIAbstractEpiduralSpinalCordStimulation(ESCS)useselectrodeswhichcanbeimplante

8、dinthespinalcanaltostimulatecentralneuralsystemdirectly.ESCScombinedwithpartialweightbearingtherapy(PWBT)hasbeenreportedtofa