慢性脑神经刺激电参数及刺激器的应用技术

在人脑和中枢神经系统植入电脉冲刺激器,是治疗神经性疾病的有效方法,但对刺激电参数的控制是该技术的关键,它不仅直接影响治疗效果,而且对减少或预防由刺激引起的有害的电化学反应起决定性作用。本文综述了有关慢性脑神经刺激电参数研究情况以及刺激器的应用技术,认为:刺激脉冲须经电容耦合;采用对称双向波;双相脉冲每一相电荷量限制在0.5微库以下;用惰性金属制作电极;刺激频率为15～100Hz,脉宽为0.1～0.5ms。     

盆神经刺激器的研制

本文介绍了一种部分植入式盆神经刺激器，它主要由体外脉冲发射装置与体内感应接收器和刺激电极组成。文中描述该刺激器的电路设计原理及动物实验结果。     

基于单片机的植入式神经刺激器的设计

目的:介绍了一种治疗神经功能失调疾病仪器的设计方案.方法:该设计以MSP430单片机为核心控制器,包括体外控制器和体内刺激器的硬件和软件设计.结果:该仪器器能够对体内刺激器进行参数的设置和控制,使其产生可调电压幅度、频率和占空比的脉冲信号.并能接收到体外控制器发出的控制信号并产生相应的脉冲信号,该脉冲信号作用于靶点神经,用持续的脉冲电刺激抑制不正常的神经放电,达到治疗效果.结论:该系统进一步的完善将有较好的应用前景.     

神经接口技术研究进展

神经接口研究是涉及神经生理学、计算科学、微电子技术等学科的交叉科学,在康复工程等领域具有重要研究价值,近年来发展迅猛。本文介绍神经接口系统的概念和研究意义,阐述了输入型(如人工耳蜗、视觉神经假体、触觉刺激器及深部脑刺激器等)与输出型两类神经接口系统应用,介绍了相关的动物实验,并讨论了神经接口技术的发展现状及发展趋势。     

模型动物失神经支配及神经肌肉电刺激的可编程植入式神经肌肉电刺激器

背景：植入式神经肌肉电刺激器可用于研究功能性电刺激对动物失神经肌肉的作用机制,但体积偏大,功能单一。 目的：设计一种微型、参数可调的植入式神经肌肉电刺激器。 方法：基于红外通信技术,以MSP430为控制核心,采用低功耗设计,经体外控制器设置参数,产生电荷平衡的双相脉冲序列,可对神经或肌肉进行电刺激。 结果与结论：实验设计的刺激器可在体编程,能够灵活设置刺激电压幅值、频率、脉宽和间隔时间等参数。多参数的设置丰富了刺激协议选择性,可最小化对目标神经肌肉临近组织的不可预测刺激,优化了功耗设计,可确保实验动物的安全性。     

用于功能性胃肠疾病治疗的植入式电刺激系统及动物实验研究

目的研究可用于功能性胃肠疾病治疗的植入式电刺激系统,通过动物实验研究,探讨不同刺激参数对胃肠道收缩活动的作用效果,为治疗用刺激参数的优化提供初步依据。方法系统由便携式体外控制器和植入式体内刺激器组成,体内外通信采用无线模式。刺激脉冲参数及指令由体外控制器设定并发送至体内刺激器,胃肠道收缩活动由体内刺激器集成的压力检测模块采集并发送至体外以供分析。通过电刺激猪盲肠实验,分析不同刺激参数下盲肠压力的变化,以评价刺激参数对盲肠收缩活动的作用效果。结果系统样机工作正常,输出刺激脉冲信号精确,压力信息记录准确。动物实验表明,增加刺激脉冲宽度使盲肠收缩活动的幅度增大,增加刺激脉冲频率使盲肠收缩活动的潜伏期缩短,增加刺激脉冲幅度同时缩短盲肠收缩活动的潜伏期并增大收缩幅度。结论该植入式电刺激系统参数设定范围大,输出脉冲信号精确并具备压力检测功能,便于进行功能性胃肠疾病治疗刺激参数的筛选和验证。动物实验初步验证了不同刺激参数对盲肠收缩活动的作用效果。     

闭环植入式神经刺激器的现状与发展趋势

闭环植入式神经刺激器能根据患者生理信号的变化自适应地调整刺激参数的特性,使其成为研究的热点,患者的临床需求推动其设计开发的进展。介绍3种闭环植入式神经刺激器的作用机制和刺激参数评估的理论研究以及临床应用现状,这3种闭环植入式神经刺激器分别为代表中枢神经、外周神经及脊髓神经的脑刺激器,迷走神经刺激器以及脊髓神经刺激器。概括分析闭环植入式神经刺激器研究应用中未解决的问题和发展趋势,即闭环植入式神经刺激器的作用机制仍需要深入研究,刺激参数评估的有效性需要进一步提高,应用于临床的系统有待继续完善。     

埋藏技术中的微电子学

埋藏型治疗装置的电子线路要求体积小、寿命长,而且要绝对可靠。VLSI技术和新的封装材料的不断进步,使一些医学上的埋藏技术取得了很大的进展,如心脏起搏器中的脉冲发生电路、除颤器和神经刺激器;骨增殖和神经再生用的直流电路以及药物注入泵和人造器官的控制电路等。对于植入型的微电子电路的设计必须考虑其可靠性。在医学上     

户外鸽子生物机器人的设计及初步应用EI北大核心CSCD

视距外控制对具有大范围运动能力的生物机器人意义重大。鸽子生物机器人以在体预编程的方式实现了视距外控制,但尚未形成控制闭环。本研究在鸽子生物机器人控制系统的神经刺激功能之上增设运动监测功能,对鸽子飞行状态实时解算,结合逻辑判据实现户外飞行过程中转向及盘旋的闭环调控。调控刺激位点位于鸽子中脑网状结构(FRM)的两侧,分别用于左向和右向控制;刺激信号具有生物神经细胞膜电位的波形特征并间歇激活;控制系统总重11.8 g。结果表明,该鸽子生物机器人的闭环调控成功率达到90%;辅以在体摄像装置,可方便获取飞行机动时的翼面形态;结合鸽群等级特征,能够实现个体调控对集群演化的干预。这些为发掘鸽子生物机器人在科学研究领域的应用奠定了基础。     

鲤鱼机器人无线遥控系统设计与应用

为解决有线控制时导线对水生动物机器人缠绕和运动束缚问题,设计一种鲤鱼机器人脑电刺激无线遥控系统。其中,系统硬件包括无线通信模块、电刺激信号生成模块、电源模块,系统软件包括串口通信设置、运动模式选择。将脑电极植入后在颅腔表面进行防水封固,将无线电刺激器放入防水包内搭载于鲤鱼机器人上,利用上位机远程控制无线电刺激器,令电刺激器发射信号通过电极刺激脑运动区,控制鲤鱼机器人运动。将鲤鱼机器人(n=10)置于水迷宫进行水下实验,结果显示该系统可以控制鲤鱼机器人的前进、左转向和右转向运动,成功率分别为60%、70%、80%,表明所设计系统及应用方法对鲤鱼机器人水下无线控制均是有效且可行的。     

中国版“脑起搏器”即将进入临床试验阶段

在医学上,“脑起搏器”也被称为“脑深部电刺激器”，通过植入式神经刺激器发出的脉冲信号，对帕金森病和癫痫等脑部神经疾病进行治疗。1999年脑起搏器首次应用于我国临床，但全部被国外公司垄断，且价格昂贵，一般都在十几万元。清华大学教授李路明的研究团队利用载人航天等技术，研制出符合我国国情的植入式神经刺激疗法和刺激器，新仪器即将进入人体临床试验。     

一种无线闭环迷走神经刺激器及系统

为了治疗药物难治性癫痫,提出一种无线闭环迷走神经刺激器及系统,包括头戴式头皮脑电记录器、迷走神经刺激器、电磁耦合能量发射器和控制应用App,设计一种可以分离局部场电位和动作电位的生物信号前置放大器,一种刺激脉冲参数可调的迷走神经刺激器,一种电磁耦合能量发射器以及一个控制应用App。使用海岸线参数检测算法判定癫痫脑电信号的产生。测试结果表明,生物信号前置放大器对局部场电位和动作电位的放大增益分别为40和60 dB。迷走神经刺激器接收到来自控制应用App的刺激参数后,可以产生对应参数的双极性刺激脉冲。当发射器发射功率为30 dBm,发射线圈和接收线圈距离2 cm时,电磁耦合能量传输效率最大为15.4%。海岸线参数算法的正检率为88%。     

神经刺激器耦合方式的探讨

本文介绍了部分植入式神经刺激器的体外脉冲发射装置与植入体内的感应接收器的耦合能量传递方式对诱导狗阴茎勃起的影响，并给出了实验结果。     

电生理刺激信号的微机合成(摘要)

电刺激作为电生理实验的重要手段,在组织、神经、直至细胞元的机制、兴奋性、联系通路等的研究中都有很大的价值。目前现有的刺激器存在价格高、性能不完善的缺点,作者针对这种情况研制了单片微机控制的刺激器,用户可根据需要选用不同的软件(固化于EP—     

用于动物实验的植入式神经刺激器

很多科学研究和临床应用的植入式刺激器,如心脏起搏器、骨骼肌肉刺激器等近年来得到了很大的发展。在神经科学研究中,对象通常为小型实验室动物,故对植入式刺激器的设计有特殊的要求。用于实验的植入式神经刺激器的设计要求刺激源在最大程度上满足植入式装置的需要,如尺寸小、可靠性高、安全和易于使用。笔者考虑了上述基本问题并提出了两种类型的刺激装置。由于电刺激仅能通过小电极和     

视觉假体神经刺激器的发展现状和挑战

老年黄斑变性(AMD)和视网膜色素变性(RP)是不可治愈性视网膜疾病致盲的主要原因。针对这两种致盲疾病,研发视觉假体使盲人重见光明已经成为当前科学领域的研究热点之一。而视觉假体刺激器作为视觉假体的关键模块,对传导人工视觉编码信息、获取有效的视觉诱发具有重要的作用。本文首先介绍了多个国际知名视觉假体神经刺激器的设计方案,分析了它们的优缺点。在此基础上,我们着重论述了视觉假体神经刺激器所面临的挑战及未来的发展趋势,包括视觉假体神经刺激器的灵活性设计、低功耗设计和无线数据和能量传输设计。     

基于无线充电技术的胃肠电刺激系统

目的设计一种新型的植入式胃肠道刺激系统,不仅具有刺激功能,还具有肠电和压力检测功能,可用于检测胃肠道刺激的效果,同时增加无线能量供给,以实现刺激器的长期植入。方法系统由体内刺激模块、体外控制模块及无线能量传输模块组成。体外控制模块通过无线射频将控制信号传输到体内刺激模块,体内刺激模块的能量由体外能量发射装置通过电磁耦合进行供给。通过生物反馈控制检测不同刺激参数对胃肠道收缩活动的作用效果,实时调整刺激参数,输出需要的刺激脉冲。以模拟心电信号模拟肠电信号,进行了相关的体外实验。结果在体外实验中,系统可有效检测到2—20次／min的模拟心电信号,并实现实时刺激参数修改输出不同的刺激脉冲。该系统实现了电流检测功能,监测作用部分的胃肠电阻。经皮无线能量在两级线圈轴向距离为22mm时的接收充电稳定功率最大为0．93W,体内锂离子的充电电流为180～240mA。结论系统可检测到最大变化范围的模拟肠电信号。验证电流的作用效应为后续的恒流刺激模式提供参考。该系统的无线充电功能可满足植入式刺激器长期植入的能量需求。     

双向脉冲可实现的神经纤维选择性兴奋

背景：研究证明利用电刺激外周神经纤维可恢复一些因失去中枢神经控制的肌肉的功能。 目的：验证双电极1 mm较近距离下双向方波脉冲实现神经选择性兴奋的正确性,并基于此实现神经的选择性兴奋。 方法：成年Wistar大鼠8只,麻醉后暴露大鼠坐骨神经,将电极小心放于坐骨神经干,建立神经选择性刺激模型。实验用电极为自制Cuff双极性电极,刺激器采用的是Grass S88刺激器和AWG2005任意波形信号发生器。采取双电极双向刺激方式,两个电极之间距离为1 mm,刺激波形选用脉宽为0.2 ms的对称双向脉冲,其输出脉冲的幅度、脉宽和延时均可调。调节刺激强度,研究双电极双向刺激下神经兴奋性的规律,以此实现神经的选择性兴奋,并利用“碰撞法”原理验证利用双电极双向刺激方法实现神经选择性兴奋的可行性。 结果与结论：实验过程中神经动作电位的变化将经P511放大器放大后接入示波器显示,双电极刺激波形为脉宽为0.2 ms的对称双向脉冲。随着刺激幅度的增大,实现神经的选择性兴奋。说明用距离很近(1 mm)的双电极双向对称脉冲的方法实现了神经的选择性兴奋,并利用“碰撞法”原理证实了此种方法的有效性和可行性。     

用于外周神经的干涉电流刺激器设计

设计了一种用于外周神经电刺激的干涉电流刺激器。该刺激器为两路电流输出,可以产生4种波形,每种波形的频率、幅度等参数可在上位机进行设置,频率分辨率为0.2 Hz,幅度分辨率为0.01 mA,时间分辨率为0.1 μs。该刺激器的特点在于可在刺激强度一定的条件下连续改变电流比,或在电流比一定的情况下连续改变刺激强度。上位机采用LabVIEW开发,下位机采用FPGA对3片DAC进行控制,DAC产生的波形信号经过隔离恒流源电路后施加到负载。经过测试,刺激器能够准确产生4种波形,电流偏差在2.6%以内,恒流效果良好。该刺激器体积小,操作简单,产生波形稳定,可以用于无损选择电刺激研究。     

双绞微电极制作装置设计与验证

微电极作为外部电子设备与内部神经核团之间的接口,在动物机器人、深度脑刺激、神经假体等方面都起着重要的作用。针对现有微电极制作装置价格高昂且制作工艺复杂等问题,本文提出了一种基于开源电子原型平台(Arduino)和三维打印技术的双绞微电极制作装置,并验证了其电极制作性能及神经刺激性能。实验结果表明,在微电极制作过程中,电极丝的正向绞合圈数一般应设置为其长度的1.8倍左右较适宜,逆向绞合圈数与长度无关,一般为5左右。与同类产品相比,本文所提装置不仅价格低廉、制作简单并具有较好的扩展性,对于微电极制作的个性化、普及化以及降低实验成本都有着积极的促进意义。