硬脊膜外脊髓电刺激器的实验设计

• 作者: 何际平 张潇 徐琦 王永骥
• 来源期刊: 中国临床康复
• 学科: 医学
• 关键词: 硬脊膜外脊髓电刺激 刺激器 动物实验 AT89S51 生物安全
• 年，卷（期）: 2006,（29）
• 所属期刊栏目: 康复工程研究
• 页码范围: 118-120
• 页数: 3页
• 分类号: R4
• 字数: 2882字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3321/j.issn:1673-8225.2006.29.051

摘要

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4 KB的可系统编程的Flash只读程序存储器、高性能的CMOS 8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0～10 V(每0.1V为一档,上下可调),频率500～1 000 Hz(每100 Hz为一档,上下可调),波宽0～100μs(每5μs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1.7 mm,导线直径0.2 mm,电极片间距3 mm.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.③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.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	王永骥	华中科技大学控制科学与工程系	152	1387	18.0	30.0
2	徐琦	华中科技大学控制科学与工程系	21	75	5.0	7.0
3	张潇	华中科技大学控制科学与工程系	12	28	4.0	5.0
4	何际平	华中科技大学控制科学与工程系	4	18	2.0	4.0