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采用表面阵列电极的人体前臂电刺激仿真研究
表面阵列电极在改进刺激选择性和控制能力方面具有优越性能,而触点大小和间距是对刺激范围和深度影响大的因素.针对手功能康复需求,在建立前臂同心圆柱层次模型的基础上,利用有限元仿真得到直流阴极表面电刺激下前臂组织内神经纤维的胞外电势分布,采用神经纤维激励函数表征外加电场对神经轴突电活动的影响.通过仿真研究不同触点尺寸和排列方式的阵列电极设计,采用激励函数峰值和半宽度评价刺激效果.结果表明,当阵列电极触点尺寸由12mm增大到14 mm,间距由6 mm减小到2 mm时,被激活的靶组织区域面积增大了169.36 mm2,使得刺激选择性变差；而大小触点交叉排列的结构设计能使激活的靶组织区域面积减小至少89.52mm2,有助于提高刺激选择性能,从而为表面阵列电极的优化设计提供理论指导.
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采用表面阵列电极的神经肌肉电刺激系统设计与优化
表面阵列电极在改进刺激选择性和控制能力方面具有优越性能,其中电极设计和刺激波形对于神经肌肉电刺激效果具有重要影响.针对手功能康复需求,采用大小电极触点交叉排列的表面阵列电极,对人体前臂组织实施直流阴极刺激；基于人体前臂的简化层次模型,通过有限元法仿真人体前臂组织的电场分布,使用神经纤维激励函数表征外加电场对神经轴突电活动的影响.在此基础上,选择前臂深层神经纤维激励函数的峰值和半宽度乘积之比作为靶向性能评价函数,利用粒子群算法对表面阵列电极的触点尺寸和间距进行优化设计.结果发现,当大、小触点尺寸分别为9.80和10.72 mm时,阵列电极的靶向性能优,靶向性能评价函数大值为11 252.68 V/m4.对比不同刺激波形作用下随时间变化的人体前臂深层神经纤维激励函数大值,发现矩形波刺激下神经纤维激励函数大值可达3.448 V/m2,稍高于其他刺激波形,有利于神经纤维的激活,从而为表面阵列电极设计和制定刺激处方提供理论指导.
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利用双向方波脉冲刺激实现神经纤维选择性兴奋的双电极方法
双向选择性刺激是避免神经纤维电化学损伤、使肌肉平稳收缩、降低疲劳的有效电刺激模式.本文提出了一种利用双电极双向脉冲刺激实现选择性兴奋的新方法.利用计算机模型仿真有效地实现了选择性刺激,利用蟾蜍的离体坐骨神经干在动物实验上验证了该方法的可行性,并且用“激励函数”的概念从理论上成功地给予了解释.
