基于柔顺机构的减振神经电极的设计与评估

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1、第49卷第12期上海交通大学学报Vo1．49NO．122015年12月JOuRNALOFSHANGHAIJIA0TONGUNIVERSITYDec．2O15文章编号：1006—2467(2015)12—1888一O5+1906DOI：10．16183／j．cnki．jsjtu．2015．12．022基于柔顺机构的减振神经电极的设计与评估李正伟，马亚坤，张文光(上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240)摘要：为了提高神经电极长期稳定性，提出基于柔顺结构的新型减振神经电极的设计思路，对其柔性铰链进行建模分析，并采用有限元方法对电板一脑组织界面的微

2、动进行静态分析和模态分析，研究了不同方向微振对电极一脑组织界面力学状态的影响，对新型减振电极与原电极的力学性能进行对比评估．结果显示，新型减振电极可以有效改善微振动环境下的应力状态：在横向微振环境下，有效降低最大应力6．64；纵向微振环境下，有效降低最大应力4．47；其二、三阶固有频率为3～8Hz，可避开微振的频率范围．新型减振电极可显著提高电极的减振能力，预期可有效提高电极工作寿命．关键词：微电极；柔顺机构；微振；有限元法中图分类号：R318．O1文献标志码：APhysicalDesignConceptsandBiomechanicalEvaluations

3、ofaNovelNeuralElectrodeAbutmentwithMicromotion—AttenuationCapabilityBasedonCompliantMechanismsLIZheng—wei，MAYa—kun，ZHANGWen—guang(StateKeyLaboratoryofMechanicalSystemandVibration，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Micromotionisoneofthemostimportantfactorsthatin

4、fluencethelong—termstabilityofneuralelectrodes．Inordertoimprovethelong—termstabilityofbrain—implantedelectrodes，aneuralelectrodea—butmentwhichhasthecapabilityofvibrationattenuationwasdevelopedtocontroldifferentmodesofmi-cromotioninamoreeffectiveway．Thecomplianthingewasstudiedwiththe

5、mechanicsmodelinganalysis，andthestaticandmodalmechanicalstatesofneuralelectrode—braintissueinterfacewereinvestigatedwithfiniteelementmethods．Theresultsofthefiniteelementanalysisconfirmedthatthenovelneuralelectrodeabutmenthadtheanticipatedmicromotion—attenuationcapability．Theproporti

6、onofdeclineofvonMises收稿Et期：2014—12一l1基金项目：国家自然科学基金项目(51175334)，上海交通大学医工(理)交叉基金项目(YG2013MS06)资助作者简介：李正伟(1989一)，男，山东省枣庄市人，硕士生，主要从事神经电极结构设计方向的研究，E—mail：570849515@qq．com．张文光(联系人)，男，教授，硕士生导师，电话(Te1．)：021—34204851；E—mail：zhwg@sjtu．edu．cF1．第12期李正伟，等：基于柔顺机构的减振神经电极的设计与评估神经电极是神经系统和植入式脑机接口系统的的

7、减振性能，本文将对新型减振电极的关键结关键部件，在癫痫、脊髓损伤和其他神经系统疾病治构——柔性铰链进行数学建模分析，并采用有限元疗仪器应用平台中具有广泛的应用前景．目前神经方法对电极一脑组织界面的微动进行静态分析和模电极应用领域面临着长期稳定性差、使用寿命短的态分析，研究了不同方向的微振对电极一脑组织界面技术难题．研究表明，影响神经电极工作寿命的直接力学状态的影响，对新型减振电极与原电极进行力原因是电极植入会导致组织包裹现象产生_】。]，而电学对比评估．由于神经电极的基座在使用过程中属极一脑组织间的微动、导线的牵扯力、与脑膜的长期于脑部外结构，新型神经电极与原

8、电极相比较并不接触等是诱导组织包裹的主