基于信息与能量无线传输的脊髓电刺激系统研究

摘要

研究表明，将硬膜外脊髓电刺激与减重跑台相结合的训练方式有利于患者行走功能的恢复，但其控制原理及合理的选择刺激参数，还不清楚，因此需要通过搭建相关的实验平台开展相关研究，然而临床上用于硬膜外脊髓电刺激的刺激装置很少。
　　因此，本文在总结他人的研究成果上，设计了一套植入式硬膜外脊髓电刺激器。装置探究了动物实验用植入式器件的体外无线能量传输的可行性，并验证了其在动物体内工作的可靠性，最后通过记录到的肌电响应信号，初步探究了不同刺激参数对大鼠行走功能的影响。
　　自行研制的ESCS系统包括外部个人数字助理、体外控制器、体内脉冲发生器、导线和刺激电极。个人数字助理可通过一个液晶图像界面实现对刺激参数的多次编程和修改；外部控制器可通过无线射频方式接收其传递的信息，完成信息的接收和能量的耦合；体内脉冲发生器接收耦合的能量和信息，产生双相电荷平衡的刺激脉冲，通过导线和刺激电极将脉冲信号传输到脊髓相应部位。
　　本文的主要内容包括以下几方面：首先介绍了国内外植入式电刺激器的研究和发展现状，讨论了脊髓损伤后果和电刺激相关原理，概述了硬膜外脊髓电刺激用于阵痛治疗和行走功能康复的相关研究，结合电池供电不足引入无线供能的原理；其次研制一套可用于大鼠实验的无线能量与信息传输的硬膜外脊髓电刺激系统。该刺激系统具有成本低、体积小、工作时间长等优点；最后，完成了全植入式电刺激器的离体测试和动物实验性能实验，验证了无线能量传递与信息传输的可行性，为解决植入式电刺激器电池供电能量有限的问题提出了新途径，并通过实验测试结果初步探究了不同ESCS刺激参数对后肢EMG作用机制。

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1 绪论

1.1课题来源及背景

1.2课题目的及意义

1.3植入式神经电刺激器及其发展现状

1.4论文主要内容

2 硬膜外脊髓电刺激

2.1脊髓和脊髓损伤

2.2 ESCS用于阵痛治疗

2.3 ESCS用于行走功能恢复

3 植入式脊髓电刺激系统的设计

3.1脊髓电刺激的系统设计方案

3.2脊髓电刺激系统的组成的设计方案

4 ESCS系统的功能实现

4.1个人数字助理PDA

4.2动物体外控制器

4.3 植入式脉冲发生器IPG

4.4刺激器封装与测试

5 脊髓电刺激系统的离体试验

5.1 ESCS的装置图

5.2 ESCS的体外性能测试结果

5.3植入式脊髓电刺激系统的立体离体测试结果

6 脊髓电刺激系统的动物实验

6.1实验器材

6.2实验目的

6.3实验过程

6.4 实验测试结果分析

7 总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

附录一 硕士期间发表和录用的论文