深度脑刺激电极阵列的时空优化

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1、国家自然科学基金资助项目（批准号：61372010，61374182，61501330，61701336）天津大学工程硕士学位论文深度脑刺激电极阵列的时空优化SpatiotemporalOptimizationofDeepBrainStimulationElectrodeArray学科专业：控制工程研究生：刘宇指导教师：魏熙乐副教授企业导师：刘宇高级工程师天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作和取得的研宄成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发

2、表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：0年步月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：“亠签字日期：

3、忉冂年月日签字日期：冂年丨龙月孓日摘要帕金森症是由一种中枢神经系统功能退化引起的退行性神经系统疾病，社会人口老龄化日趋严重，加重了帕金森症危害人类健康的程度，而且晚期帕金森症患者通常生活不能自理，给家庭和社会都带来极大的负担。深度脑刺激是一种新兴的治疗方式，以其更高的治愈率获得而变得越来越应用广泛，成为一种重要的脑调制技术。但是也存在着许多的问题，比如机制不清楚以及副作用明显等。本文就是针对深度脑刺激系统在时间以及空间两方面进行优化。首先，对深度脑刺激的原理进行简单分析，并介绍有限元分析方法，以及这一方法的优势。再构建美敦力公司3387型号电

4、极进行三维组织电导模型，并对其进行有限元分析仿真计算。然后，以Hodgkin-Huxley（H-H）单神经元模型这一生理模型，对深度脑刺激作用下的神经元放电活动进行分析。分析不同的刺激参数组合刺激下，所得到的神经元放电的不同情况，并量化其对应关系。最后以支持向量机方法构建分类器，实现从神经元放电到刺激参数的逆向选择，来满足对其控制过程中的实际需要。最后，以美敦力公司3387电极为蓝本，对其进行细分优化，设计更加精细的电极阵列。并建立其三维的组织电导模型，再对其工作状态下对脑组织的刺激情况进行有限元仿真分析。将所得到的电场分布以及活化区域与传统

5、电极进行对比，证实其在减小刺激外溢方面有着独到的优势。本文的工作结果有助于揭示深度脑刺激在工作状态下产生的电场以及活化区域情况，对深度脑刺激的使用以及新型电极的设计提示了新的思路。关键词：帕金森症，深度脑刺激，刺激参数，支持向量机，电极阵列IABSTRACTParkinson'sdiseaseisthediseasecausedbydegenerativeneurologicaldeteriorationbyafunctionofthecentralnervoussystem,populationagingsocietyisbecomingm

6、oreandmoreserious,aggravatedParkinson'sdiseaseendangeringhumanhealth,andpatientswithadvancedParkinson'sdiseaseusuallytakecareofthemselves,bringgreatburdentothefamilyandsociety.Deepbrainstimulationisanewwayoftreatment,whichhasbecomemoreandmorewidelyusedbecauseofitshighercure

7、rate.Ithasbecomeanimportantbrainmodulationtechnology.Buttherearealsomanyproblems,suchasunclearmechanismandobvioussideeffects.Thisarticleisaimedatoptimizingthedepthofbrainstimulationsystemintwoaspectsoftimeandspace.First,theprincipleofdeepbrainstimulationisbrieflyanalyzed,an

8、dtheadvantagesofthefiniteelementanalysismethodandtheadvantagesofthismethodareintro