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。     

微型植入式医疗电子设备的信号传导机制

微型植入式医疗电子设备是一种长时间埋于人体,用于监测生理特征的微型医疗器械。为了研究微型植入式医疗电子设备如何利用电信号实现植入物与体表检测设备的通信,并分析信号传导机制,本研究利用数学建模的方法,通过设定合理的边界条件和假设,建立微型植入式医疗电子设备体导通信信道模型。为了验证体导通信信道模型的解的准确性,建立了等效的数值解模型,通过分析体导通信信道模型和数值解模型的结果,发现两种模型的误差小于1%。为了验证体导通信信道模型与实验结果的一致性,选用文献中的实验数据来进行验证,通过对比实验结果与体导通信信道模型计算结果,发现体导通信信道模型的解和实验结果误差小于4 dB,具有良好的一致性。因此,体导通信信道模型的解是准确的,体导通信信道模型与实验也有较好的一致性。     

基于中国数字人的经皮神经电刺激信号传导机制建模与分析

目的:研究经皮神经电刺激(TENS)在实施肌肉刺激时信号在内部的传导情况,为理想刺激提供理论依据。方法:以中国数字人为数据基础,先使用Mimics软件完成组织分割与三维建模;考虑到多物理场有限元建模软件只能使用几何实体,接下来使用Geomagic软件完成组织的实体建模,得到组织的几何实体;最后将获得的几何实体在COMSOL Multiphysics 5.5中建模,并在频域环境下,通过注入20 mA的直流电信号分析信号在手臂中的传播机制。结果:由于皮肤存在集皮肤效应,信号主要集中在电极以及电极与皮肤的接触处,分析位置离电极中心位置越远,人体手臂内部感应电势越小,并且感应电势逐渐变为正电势。在手臂内部,骨骼不传导信号,但骨骼形状及数量会影响电流密度分布的均匀性。结论:在基于中国数字人的TNES信号传导模型中,传导距离越远,信号衰减越大;内部组织结构越复杂,信号分布也越不均匀。     

电针理疗电传导机制建模与分析

目的:为了有效分析电针治疗肌无力过程中,信号在机体内的扩散情况,提高信号阵列对于机体刺激的效果。方法:以中国数字人右手手臂影像数据集为数据基础,研发出用于分析电针理疗效果的有限元仿真几何结构模型。将模型导入到有限元仿真软件中,通过有限元建模的方法,建立电针理疗电信号传导理论模型,向电针的正负两极分别注入载波频率为1、2、5 kHz,幅度为±20 mA与-5 mA的电流信号,以此分析信号在手臂中的传播机制。结果:仿真分析发现,在正极附近产生最大为10 V的耦合电压,该电压对人体几乎是无害的,同时在正极周围会形成一个约1 cm半径的作用区域,该区域即为理疗的作用区域。同时通过分析手臂内轴线上的电势与电流分布发现,由于组织阻抗受频率增大的影响,组织电容效应越来越明显,耦合电势逐渐减小,但理疗关键因素的电流分布几乎不会受到影响。结论:刺激频率的增大会降低耦合电势且治疗效果不会受到任何影响,因此在后期治疗中,可以通过增加频率来降低耦合电势对人体的伤害。     

电针技术电化疗肌肉内血管瘤电传导机制建模与分析

目的:基于电针的电化学治疗方法,通过向电针中注入直流电信号,利用电流弥散来实现对肿瘤细胞的电解、电渗作用,实现癌症的定向精准治疗,为了研究电针信号在手臂肌肉内的信号传导情况,为精准治疗提供理论依据。方法:结合人体解剖学与组织结构学,在COMSOL Multiphysics 5.5有限元仿真软件中,利用圆台、圆柱、椭球为几何实体,建立电针电化疗数值仿真有限元模型,并在频域环境下,通过注入载波信号为100 kHz、±20 mA的直流电信号,以此分析信号在手臂中的传播机制。结果:感应电势、电流密度分布主要集中在裸露电针头部周围,电势衰减约为11 dB/cm,距离较远时几乎检测不到通过电针注入的电流信号。结论:在精准电化疗肿瘤治疗系统中,传导距离越远,信号衰减越大,距离较远时,检测端几乎检测不到通过电针注入的电流信号,充分说明电针治疗几乎不会对离它具有一定距离（距离大小根据电针大小与注入电流情况而改变）的设备产生影响。