经颅直流电刺激仪的设计及动物实验研究

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1、经颅直流电刺激仪的设计及动物实验研究重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：俞雪鸿指导教师：田学隆教授专业：生物医学工程学科门类：工学重庆大学生物工程学院二O一五年四月DesignandAnimalExperimentofaTranscranialDirectCurrentStimulatorAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’DegreeofEngineeringByYuXuehongSupervi

2、sedbyProf.TianXuelongSpecialty:BiomedicalEngineeringCollegeofBioengineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要阿兹海默症（Alzheimer’sdisease，AD），是一种诱因不明的神经退行性疾病，临床上主要表现为患者学习记忆能力、认知判断能力、语言理解和运动功能的进行性衰退。近年来AD的患病人数越来越多，不仅给患者本身带来了极大的痛苦，同时还给患者的家庭，仍至社会都带来

3、了沉重的负担。然而现有治疗方案的效果却不是很理想。经颅直流电刺激（transcranialdirectcurrentstimulation，tDCS）因为它具有无创，易于实现、性价比高、安全方便等特点，以及日益被证实在治疗AD上的有效性，已逐渐引起人们的重视。针对临床研究的需要和国内经颅直流电刺激仪市场空白这一现状，开发了一款基于FPGA的经颅直流电刺激仪。该刺激仪以FPGA芯片EP2C35F672C6为控制核心，结合VHDL编程，FPGA实时响应外界对刺激参数的设置申请，驱动相应的模块产生强度可调、频率或周期可调、脉宽可调、刺激波形可

4、选的数字式刺激信号，并通过D/A转换电路实现数字信号向模拟信号的转换，然后对模拟信号加以恒流处理，最后输出的刺激电流通过表面电极作用于患者的靶区域。此外，该刺激仪中还增加了电极接触情况监测功能，实时监测刺激过程中电极接触情况。最后利用所设计的刺激仪开展tDCS在AD大鼠动物模型上的应用研究。论文首先阐述了AD当前所面临的严峻形势和治疗瓶颈，由此引出tDCS。然后通过分析tDCS在AD临床实验中的结果以及两款经颅直流电刺激仪的性能参数，确定了刺激仪的设计指标。其次详细介绍了刺激仪的硬件电路的设计，包括电源管理模块、人机交互模块、D/A转换

5、模块、恒流源模块以及电极接触情况监测模块等。接下来介绍了刺激仪的软件模块化的设计，主要完成刺激波形生成模块、刺激时间设置模块、D/A转换控制模块、按键控制模块和显示控制模块的设计。完成整机的设计后，对其进行了调试，结果显示刺激仪的各项性能指标基本达到预期要求。最后，为了检测经颅直流电刺激仪在实际应用中的表现，验证tDCS对AD大鼠的学习记忆功能障碍的改善作用，运用刺激仪对AD大鼠模型的右侧额叶区施加不同强度的重复阳极tDCS，并通过行为学和病理学方法评价tDCS对AD大鼠学习记忆能力的影响，分析tDCS对AD的作用机制。结果显示100

6、A和200A的tDCS对AD大鼠学习记忆功能障碍具有显著的修复作用。关键词：经颅直流电刺激，FPGA，阿兹海默症，动物模型，刺激仪I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTAlzheimer’sdisease(AD)isaneurodegenerativedisorderwithunknowncauses,whichischaracterizedbyprogressivelossoflearningandmemory,perception,judgment,languagecomprehensionandmovement.AD,c

7、urrentlyaffectingmoreandmorepeople,hasdevastatingeffectsonpatientsandtheirfamilies,andevenposesatremendoussocioeconomicimpactonthesociety.However,therearenoeffectiveclinicaltreatmentscanpermanentlycureAD.Transcranialdirectcurrentstimulation(tDCS),onaccountofitsoutstandin

8、gadvantagessuchasnoninvasion,easytorealize,lowercost,safeandportability,alongwithgreatpotentialsinrelie