基于混沌信号的经皮神经电刺激仪的设计

传统的电刺激仪器都是采用三角波、方波与非对称波等信号作为刺激信号源,或是将一些特定的信号先进行存储、然后再输出作为信号源,这些信号都呈现出周期性,作用于人体时容易使人产生适应性,随着刺激次数的增多而使效果逐渐变差,论文设计了一个基于混沌模型的非周期信号的电刺激系统。首先是在MATLAB软件的Simulink平台下构建出混沌模型,然后借助于DSP Builder软件将混沌模型转换为FPGA的工程文件,通过Simulink平台的模型仿真及Modelsim软件的行为级仿真,仿真无误后将工程文件在Altera公司的开发平台Quartus软件下进行编译、综合,最后生成可执行文件,下载到FPGA芯片即产生了混沌信号;将信号进行电压放大,功率放大,接入电极,实现了基于混沌信号的电刺激系统。所设计的系统获得了新型的电刺激效果,通过改变混沌方程的参数以及改变信号的输出频率,可以改变刺激时的直观感觉,由于人体的生物信号本身具有复杂的混沌特性,用它作用于人体所具有的更深层次的生物效应还需更多的探索研究。     

基于R?ssler混沌模型的神经电刺激系统的设计与实验研究

基于R?ssler混沌模型的神经电刺激系统的实现方法,介绍了设计原理、实现过程及测试方案。混沌信号的规则性保证了电刺激的舒适感,混沌信号的内随机性保持了电刺激的多样性,并通过变化混沌方程中的参数,获得了丰富的电刺激效果。为了探索混沌电刺激的应用优势,设计了基于机器视觉的非接触测量系统,实验结果表明混沌电刺激能使青蛙腿部保持较大的幅度持续抖动,具有潜在应用优势,而连续波与疏密波的持续刺激使青蛙腿部的抖动幅度衰减更快,这可能是由于混沌电刺激延缓了耐受的产生或者是降低了电刺激的疲劳程度。混沌模型使得电刺激的规则性与多样性得到统一,可改善当前市售电针仪所存在的一些问题,其统一的数学模型为规范当前电刺激仪的设计提供了新的方向。     

一种具有传统中医针刺补泻手法的新型智能电针仪设计

针对目前电针产品无仿传统针刺补泻法的电针针法和人体刺激耐受性的问题,本文提出了一种基于PIC单片机实现的新型智能电针仪.该电针仪由单片机、信号发生电路、功率驱动、液晶显示、按键输入、安全保护和声音提示等部分组成.着重介绍了利用单片机实现仿传统中医针刺补泻手法,并采用模糊划分与混沌处理结合的方法,解决人体刺激的适应性.仪器具有多种针法选择、输出定时、自动报警等优点且设计符合医疗器械安全规范,可用于临床穴位针法刺激和经皮穴位神经电刺激.     

低载荷下耦合电刺激的骨重建数值模拟

目的 考虑电场影响的同时研究骨在低载荷刺激频率下的废用行为。方法 提出一个废用模型并通过参数激活频率来描述力学刺激与电刺激对骨重建过程的影响。通过建立股骨近端有限元模型,结合有限单元法,模拟低载荷刺激频率下耦合电刺激的骨重建过程,并分析骨密度的流失情况。结果 降低日载荷刺激频率会显著降低骨密度。电刺激可以在一定程度上抵抗由于低载荷刺激频率导致的密度流失,其主要影响区域分布在股骨头部与股骨颈部。电刺激持续时长会显著影响骨皮质与骨松质的密度流失情况。结论 模型可以模拟由于日载荷刺激频率降低导致的废用过程;同时,纳入了电场影响表现其抵抗密度流失的现象。     

早期高血压激光、电刺激疗法的信号自动识别研究

目的:针对早期高血压激光、电刺激治疗中需要多种模式刺激信号以解决患者个体化差异以及适应性的问题,提出了一种刺激信号的自动识别方法,为临床选择有效的治疗信号提供了方便、快捷的筛选手段。 方法:用已被临床试验证实有疗效的数字音频信号作为原始信号,提取该类信号的MFCC特征参数建立HMM模型库;将实验用的信号分组,有效信号识别后定出判别标准;对识别信号提取特征参数,利用维特比（Viterbi）算法计算识别信号与模型匹配程度,将识别信号与模板库中的信号自动匹配,根据匹配结果判断识别信号在模板库中所属的类别。 结果和结论:待识别信号采用HMM模型能有效地分类识别,并且可从大量的待识别信号中准确、快捷地分拣出识别信号与原始信号输出概率对数的相对值小的信号,待临床验证后用作早期高血压激光、电刺激疗法的信号源。     

参数模型法提取单次诱发脑电

本文提出一种诱发脑电的参数模型处理方法,充分利用刺激前脑电(EEG)信号及迭加平均诱发电位信号,可得到单次诱发电位的无偏、最小方差估计,提高信噪比近15dB。用计算机仿真检验了模型的性能。用本文所提方法处理实际的听觉诱发脑电,得到了诱发脑电幅度与刺激强度的正相关结果,证实了在实际应用中的可靠性。     

多功能音乐电刺激治疗设备的研制及在失眠治疗方面的应用

研制一种用于康复治疗的多功能音乐电刺激治疗设备。利用C8051F340进行数据处理和系统控制,控制MP3芯片播放音乐处方信号和输出由这种音乐信号转换的同步或调制脉冲刺激电流,实现声和电两种物理因子同时作用于人体耳和经穴的一种非药物的自然疗法。对87例失眠症患者进行音乐电刺激治疗,治疗效果明显,可使睡眠总时间增加,入睡时间缩短,夜醒次数减少,睡眠深度明显加深,做梦情况减少,醒后感觉明显改善。优于西药治疗效果。     

模拟脑电节律的调制磁场对中缝核神经元放电影响的研究

用数值计算和动物实验的方法研究模拟脑电节律的调制磁场对与睡眠有关的中缝核神经元放电的影响 ,从而探讨其对睡眠的影响。通过数字仿真 ,研究了神经纤维对调制磁场刺激作用的响应特性 ,发现了神经纤维具有对低频调制包络信号响应敏感 ,对高频载波不响应的特性。依据睡眠全过程脑电节律的变化 ,研制了模拟 EEG信号发生器。采用高频磁脉冲作为载波调制模拟脑电节律信号 ,用所得的调制磁场诱导兔脑 ,观察磁刺激对中缝核5 -羟色胺能神经元放电的影响。动物实验结果表明 ,中缝核经磁刺激后放电频率发生显著改变 ,其放电变慢。这说明磁刺激能抑制 5 -羟色胺能神经元神经电活动水平 ,将为改善失眠症提供新的途径     

用相空间内邻近轨线伸展的相关性研究脑电的混沌特性

本文的研究针对目前脑电的非线性动力学研究中一个尚未定论的关键问题：脑电究竟是混沌信号还是无序的随机信号？文中介绍了作者的研究成果：用相空间中一对邻近轨线伸展的伸关性来鉴别混沌和无序的随机运动,并应用这种新的混沌行为分析方法证明了脑电的混沌特性,作为比较和验证,本文也介绍了用该方法对加上不同水平噪声和Lorenz系统仿真的研究结果。     

1.11 利用子波变换法消除胃电记录中的电刺激干扰

最近的研究表明,胃电刺激有希望成为治疗胃轻瘫(gastroparesis)的一种有效方法.为了估价这种电刺激对胃的影响,实验中常利用埋植于胃浆膜面的电极来检测胃电信号在电刺激过程中的变化.然而由此而获取的记录信号常含有严重的刺激干扰.这种干扰叠加在胃电信号之上,造成胃电信号畸变,使得难以用计算机进行准确的分析.本文提出一种子波变换法来有效地消除胃记录中的刺激信号干扰. 人体胃电慢波(slow wares)起源自胃大弯侧的胃体上部,沿纵肌层向小弯和幽门扩步,它是     

多电极联合电刺激神经调控模型建立与分析

目的:分析电刺激信号在人体组织中的扩散情况，为多电极联合刺激提供理论依据。方法:采用以电磁仿真标准单层人体头部模型为研究对象的几何结构模型，假定模型中填充物为肌肉组织，建立具有肌肉特性的有限元模型。向模型注入20 mA的直流电信号，通过多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics 5.5计算分析信号在简化头部模型中的信号传播机制。结果:信号主要集中在电极周围；多电极联合刺激时，在模型的几何中心处存在信号叠加，信号在该处存在增强的趋势；同时，通过xy截面分析发现，在均匀的肌肉组织中，信号衰减强度约为8 dB/cm。结论:在简化头部模型中，多电极联合刺激能够在头部截面几何中心形成信号增强的趋势。     

经硬脑膜电刺激对视皮层神经活动影响的仿真研究

经硬脑膜对视皮层电刺激为视觉功能修复提供了一种新的技术思路.前期的仿真工作利用激活函数定性研究了经硬脑膜电刺激对视皮层的作用效果,本研究在原有模型基础上引入神经无模型,定量研究不同刺激波形及参数对电极作用范围的影响.该方法将已建立的神经元模型耦合到视皮层区域有限元模型中,利用傅里叶-有限元方法分别计算双脉冲、指数脉冲和正弦波刺激下视皮层区域模型内的场电位,将电位加载到神经元模型上,观察神经元是否发生兴奋,以神经元区域兴奋个数判定电极的作用范围.仿真结果表明,该方法能较好的表达刺激的响应范围:不同刺激波形及参数引起的神经元区域兴奋数量不同,且解剖结构会影响刺激效果.所得结果对实验具有一定指导意义.     

低频经颅磁刺激后脑电相关维数变化的分析

研究了低频经颅磁刺激(rTMS)对大鼠脑电相关维数的影响.实验对八只Sprague-Dawley大鼠进行频率为0.5Hz,100个脉冲的阈上经颅磁刺激,采集刺激前后大鼠的脑电信号进行分析.脑电数据经替代数据方法验证,具有非线性性质.计算刺激前后脑电的相关维数,发现刺激后大鼠脑电相关维数比刺激前有显著性降低,说明脑电的复杂度降低,该结果支持了低频经颅磁刺激对大脑有一定抑制作用的结论.     

TMS线圈与EEG电极线相对位置对TMS-EEG信号的影响

通过分析经颅磁刺激线圈放电时的电场分布,探索磁刺激输出脉冲对脑电采集帽产生的伪迹信号来源。我们通过建立八字线圈感应电场分布的半无界空间数学模型,获得八字线圈感应电场的分布特性,分析磁刺激影响脑电采集回路的两种影响因素,我们用matlab软件仿真刺激线圈与脑电极线成不同角度、不同距离时产生的伪迹信号的变化趋势,通过模型试验和人体实验验证这种趋势的准确性;结果显示,脑电导线重合于线圈长轴,产生脑电伪迹最小,当线圈转动其他角度或当线圈下移时伪迹会逐渐增大,最大伪迹幅值是最小伪迹幅值的约10倍。在TMS-EEG试验中,伪迹信号的幅值、持续时间与线圈摆放位置、角度有关。通过实验前合理排布脑电极线可降低伪迹信号幅值、持续时间等参数,提高磁刺激下脑电信号特征信号提取的准确性。     

利用子波变换法消除胃电记录中的电刺激干扰

最近的研究表明 ,胃电刺激有希望成为治疗胃轻瘫 (ｇａｓｔｒｏｐａｒｅｓｉｓ)的一种有效方法。为了估价这种电刺激对胃的影响 ,实验中常利用埋植于胃浆膜面的电极来检测胃电信号在电刺激过程中的变化。然而由此而获取的记录信号常含有严重的刺激干扰。这种干扰叠加在胃电信号之上 ,造成胃电信号畸变 ,使得难以用计算机进行准确的分析。本文提出一种子波变换法来有效地消除胃记录中的刺激信号干扰。人体胃电慢波 (ｓｌｏｗｗａｒｅｓ)起源自胃大弯侧的胃体上部 ,沿纵肌层向小弯和幽门扩步 ,它是一种自发的、周期性的缓慢电位波动 ,其正常节…     

实时癫痫电位检测与闭环式电刺激系统的设计

为了研究深部大脑电刺激对于癫痫等疾病的治疗作用,本文利用LabVIEW虚拟仪器环境和NI数据采集卡开发了一种闭环式电刺激系统,用于实现癫痫电信号的自动检测和刺激信号的输出。设计了结合场电位的幅值、斜率和海岸线参数3个特征量的癫痫波自动判定新算法。大鼠海马区癫痫模型的实验测试结果表明,该系统判定癫痫发作信号的正确率为91.3%,误检率为8.0%。而且,实时发生的高频电刺激展示了其抑制癫痫发作的效果。此外,系统设计了自动和手动等多种模式,具有较高的适应性和灵活性。癫痫波判定的简单时域算法也保证了系统具有较高的实时性,为电刺激控制癫痫的实验研究提供了一种简便易用的设备。     

经颅直流电刺激中阴极参数对电场分布的影响

经颅直流电刺激是一种非介入式的刺激方法。为了解电刺激中阴极电极数与位置对头脑模型中空间电场分布的影响,基于人体头部解剖结构,通过COMSOL仿真软件,建立3层同心球体有限元头模型,通过数值计算方法,研究不同偏转角度下阴极电极数对头脑组织电场分布的影响,并得到头脑模型中不同偏转角度下电极个数与电场强度的关系曲线。结果表明:阴极个数及偏转角度对头脑组织中电场分布的影响趋势不同;阴极偏转角度的增加,使电场更易分布在较深的脑组织中;放置2个或3个阴极可使大脑皮层获得更为良好的刺激效果。在实际应用中,需根据刺激靶点的位置及刺激强度的要求,综合选择合理的电极数及阴极偏转角度。     

基于2^n伪随机复合频率信号的神经肌肉电刺激系统设计

目的：每一块肌肉都是由众多肌纤维组成,每一组肌纤维的固有频率不同,在对肌肉进行电刺激时,使用单一频率的电刺激不能满足同时对多组肌纤维进行刺激,不能达到最有效的电刺激作用,因此我们设计了一种基于伪随机信号的复合频率电刺激仪,能在一个刺激周期内实现多个频率的电刺激。方法：设计了一个以STC12C5410AD单片机为核心控制芯片的伪随机信号神经肌肉电刺激仪系统,采用串口实现上下位机的通讯,通过软件编程,上位机发送主频数、主频频率、间歇时间和刺激时间各项参数指令,由单片机控制输出两路伪随机脉冲信号,并通过逆变电路实现伪随机信号的输出,在逆变电路中加入电流监测电阻,实时监测输出信号的电流大小,将其控制在人体安全电流10mA以下,保证了用户的使用安全。结果：研制出的电刺激仪能产生1kHz以下多种主频信号的复合,根据主频数和主频频率的不同输出不同的复合频率信号,同时对输出电流的检测,验证了信号的安全性。结论：本文将伪随机复合频率信号运用于肌肉电刺激仪中,取代传统的单一频率电刺激仪,实现了技术上和理论上的创新,具有较高的临床实验和科研价值。     

脑电信号与经穴输入信号相关分析的实验研究

利用不同频率电脉冲信号作用于人体不同经穴上，通过对经穴输入信号与脑电波输出信号之间的相关性研究，探索一种经穴优化输入的新方法，确立经络与大脑之间的动态关联性。实验研究表明30Hz的断续波电脉冲刺激信号与其诱发的脑电α2波相关性最强，使用30Hz的断续波电脉冲刺激天枢、大肠俞这组穴位有利于诱发大脑的有益波态α波。     

电刺激骨骼肌产生收缩肌力的数学模型

神经肌肉电刺激是用脉冲电流来刺激骨骼肌收缩从而产生运动或增强肌力的康复或锻炼方法,为了精确地控制肌力输出,需要建立电刺激肌肉系统的数学模型。较为全面地阐述了近年来此类模型的原理、结构形式及预测收缩肌力的效果,并对今后如何改善肌力模型从而更好地优化电刺激模式提出了设想。