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基于头模型的经颅微电流刺激疗法的仿真研究

发布时间:2018-10-26 07:48
【摘要】:经颅微电流刺激疗法(Cranial Electrotherapy Stimulation,CES)是一种无创的物理治疗疗法,其通过无创的方法将电流施加于头部,电流穿透头皮、颅骨、脑脊液进而影响大脑内部神经物质的分泌以及释放,目前广泛应用于失眠、焦虑、抑郁、神经性疼痛等神经或精神性疾病的治疗。但是,对于经颅微电流刺激疗法的研究,不同刺激参数的安全性、可靠性成为我们必须关注的问题,因此本课题结合医学影响图像重建头模型,分析不同参数的影响,为CES的临床应用提供一定的理论依据。本文首先利用CT影像数据构建了三维真实头部的电磁场计算数值模型。将CT影像数据利用医学图像重建软件MIMICS(试用版)重建出人体头部三维模型,然后利用Geomagic Studio(试用版)逆向工程软件对构建的三维人体头模型进行平滑、裁剪、去除特征等相应处理,得到光滑的三维人体头模型;最后,将三维头模型文件导入COMSOL(试用版)有限元计算软件进行剖分网格和物理参数的设定,完成经颅微电流刺激数值模型的构建。利用该真实头部的数值模型进行电场仿真研究。首先对比了耳垂、前额叶、颞颥、颞叶、顶叶五个刺激位置,不同形状电极刺激下的刺激效果;在前额叶、颞叶、顶叶位置,根据脑电10-20系统电极的放置方法将电极进行了定位;之后在同一位置,比较了电极间距、电极数量、电极大小对大脑内部的影响。结果显示:传统耳垂放置位置改变其作用刺激位置也达到了较好的刺激效果,增加刺激电极的个数可有效减少电流对皮肤的损伤,但是其聚焦性减弱,因此在实际应用中,应根据实际需要改变刺激电极的个数。另外,刺激电极的大小对刺激效果的影响也较大,电极小穿透性好,但对皮肤损伤大,因此在实际应用中应适当选取刺激电极的类型。
[Abstract]:Transcranial microcurrent stimulation (Cranial Electrotherapy Stimulation,CES) is a noninvasive physiotherapy that applies electrical current to the head in a noninvasive way, which penetrates the scalp and skull. Cerebrospinal fluid (CSF) has been widely used in the treatment of insomnia, anxiety, depression, neuropathic pain and other neurological or psychiatric diseases. However, for the research of transcranial microcurrent stimulation, the safety and reliability of different stimulation parameters become the problem that we must pay attention to. To provide a theoretical basis for the clinical application of CES. In this paper, the numerical model of the electromagnetic field of the real head is constructed by using the CT image data. Using the medical image reconstruction software MIMICS (trial version) to reconstruct the human head 3D model, then using the Geomagic Studio (trial version) reverse engineering software to smooth and cut the 3D human head model. A smooth 3D human head model is obtained by removing the features and other corresponding treatments. Finally, the three-dimensional head model file is imported into COMSOL (trial version) finite element calculation software for mesh generation and physical parameter setting, and the construction of the transcranial micro-current stimulation numerical model is completed. The numerical model of the real head is used to simulate the electric field. At first, the stimulation effects of five stimuli, including earlobe, prefrontal lobe, temporal temple, temporal lobe and parietal lobe, were compared. In the prefrontal lobe, temporal lobe and parietal lobe, the electrodes were located according to the electrode placement method of the 10-20 system, and the effects of electrode spacing, electrode number and electrode size on the brain interior were compared in the same position. The results show that the traditional earlobe placement can also achieve a good stimulation effect. Increasing the number of the stimulation electrodes can effectively reduce the damage of electric current to the skin, but its focus is weakened, so it can be used in practical application. The number of stimulation electrodes should be changed according to the actual needs. In addition, the size of the stimulation electrode has a great influence on the stimulation effect, and the electrode has good small penetration, but it has great damage to the skin. Therefore, the type of the stimulation electrode should be properly selected in practical application.
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:R454.1

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本文编号:2295046

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