硬脊膜外脊髓电刺激器的实验设计

编号 zgly0000448580

文献类型 期刊论文

文献题名 硬脊膜外脊髓电刺激器的实验设计

作者 王永骥  张潇  何际平  徐琦 

作者单位 华中科技大学控制科学与工程系  美国亚利桑那州立大学生物工程系神经联接与脑控制研究中心 

母体文献 中国临床康复 

年卷期 2006,10(29)

页码 118-120

年份 2006 

分类号 R651.2 

关键词 硬脊膜外脊髓电刺激  刺激器  动物实验  生物安全 

文摘内容 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±0.1)V, (700±100)μs, (40±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。