硬脊膜外脊髓电刺激器的实验设计

目的：临床研究已证实，脊髓不完全损伤患者接受硬脊膜外脊髓电刺激后，能增加其行走速度和行走时间，使能量代谢发生变化，脂肪代谢速率增加，碳水化合物代谢速率降低。建立一种用于硬脊膜外脊髓电刺激动物实验的实验系统，以进一步观察揭示这种作用的相应机制。方法：①硬脊膜外脊髓电刺激器基本原理和电路构成设计：硬件主要由单片机、人机接口电路、光电隔离电路、数模转换电路及波形调制电路5大部分组成。单片机采用美国ATMEL公司的AT89S51，片内带4KB的可系统编程的Flash只读程序存储器、高性能的CMOS8位单片机。系统中人机接口电路主要提供用户输入和实时显示参数。②确定刺激器的参数可调范围：电压幅值0-10V（每0．1V为一档，上下可调），频率500-1000Hz（每100Hz为一档，上下可调），波宽O-100μs（每5邺为一档，上下可调）。③选择刺激波形：选用电荷平衡的双相脉冲。④选择确定电极及其导线材料：以银作为电极和导线的材料（达到刺激点准确），医用硅胶封装电极（达到兼容性），电极导线封装在硅胶模具内，电极片暴露（达到接触并刺激脊髓）。电极片直径1.7mm，导线直径0.2mm，电极片间距3mm。⑤动物实验：与同济医院神经康复科共同完成。选取成年健康猫5只，选L4、L5腰椎腰膨大部位，局部麻醉下切开皮肤，分离棘突及周围组织，切断棘突及椎板，显露硬膜外腔脂肪及硬膜。电极植入硬膜外腔。刺激电极的导线与刺激器相连。由低电压低频率开始电刺激，逐步提高强度和频率。调换3个刺激电极的正负极，重复上述刺激。以受刺激节段支配肌肉发生颤搐为标准观察刺激效果。结果：①采用AT89S51单片机作为核心，可调参数范围宽泛。②根据动物反应提供灵活多变的双极性脉宽波形，安全可靠。（爹初期动物实验检测中，5只实验猫都在刺激电压幅值达到[（1&;#177;0．1）V，（700&;#177;100）μs，（40&;#177;5）Hz时，肌肉出现轻微颤搐。加大幅值，肌肉体的颤搐程度逐渐加大。而通过不断改变频率、波宽两个参数来增加刺激强度，发现对动物体颤搐程度也有不同程度的改善。实验过程中动物无不良反应。结论：硬脊膜外脊髓电刺激器的设计满足硬脊膜外脊髓电刺激研究的需要，能根据实验所需参数提供灵活多变安全可靠的刺激波形，良好的人机接口提供方便可靠的操作方式，为硬脊膜外脊髓电刺激机制的深入研究提供了良好的实验仪器。

Stimulator for experimental use in epidural spinal cord stimulation