帕金森病基底核闭环DBS控制研究

发布时间：2021-05-27 10:56

　　帕金森病（Parkinson’s Disease,PD）是一种多发于中老年人群的神经系统退行性疾病,深部脑刺激（Deep Brain Stimulation,DBS）是一种神经外科治疗PD的方法。目前临床使用的开环DBS方法不能根据PD的症状自适应调整刺激,并且极易导致刺激靶点的损伤,以及系统能耗过大。与开环DBS相比,闭环DBS具有按需刺激、自适应刺激等多种刺激方式,缓解PD症状的同时可以减少副作用,降低耗能。因此,闭环DBS控制研究已经成为PD研究的热点,其中对于模型的研究和控制算法的研究是重中之重,但是目前还没有一种用于PD患者闭环DBS的智能低功耗控制算法。针对这些问题,本文的具体研究内容如下:首先对开环DBS和闭环DBS在刺激方式、副作用、能耗等方面进行分析比较,介绍了计算模型作为一个虚拟患者验证闭环DBS控制方法的有效性,针对基于计算模型的闭环DBS控制中的关键技术进行探讨,通过详细阐述基底核（Basal Ganglia,BG）网络的生理结构说明PD的发病与BG网络的病变有关。其次是根据BG网络的生理结构构建BG网络计算模型,对正常、PD和DBS作用下的BG网络计算模型进行... 

【文章来源】：重庆邮电大学重庆市

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第1章 引言
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 帕金森计算模型研究现状
        1.2.2 基于模型的DBS研究现状
    1.3 论文主要工作
    1.4 论文组织结构
第2章 基底核网络计算模型的建立
    2.1 基底核网络的生理结构
    2.2 建立基底核网络计算模型
        2.2.1 HH模型
        2.2.2 基底核网络计算模型
    2.3 本章小结
第3章 基底核网络计算模型验证与节律分析
    3.1 正常状态下基底核网络的放电节律分析
    3.2 PD状态下基底核网络的放电节律分析
    3.3 DBS作用下基底核网络的放电节律分析
    3.4 基底核网络计算模型评估与验证
    3.5 本章小结
第4章 构建闭环控制系统
    4.1 选择生物标记
        4.1.1 表皮脑电信号
        4.1.2 皮层脑电信号
        4.1.3 局部场电位信号
        4.1.4 单神经元记录信号
        4.1.5 其他信号
    4.2 获取反馈信号
    4.3 闭环DBS控制系统评价指标
    4.4 本章小结
第5章 基于基底核网络计算模型的DBS控制
    5.1 开环DBS波形参数优化
        5.1.1 基于遗传算法的开环DBS波形参数优化
        5.1.2 基于粒子群算法的开环DBS波形优化
        5.1.3 开环DBS波形参数优化仿真结果
    5.2 基于丘脑中继准确度参数的PID控制
        5.2.1 幅值频率控制(AP)
        5.2.2 频率比例控制(FP)
        5.2.3 带有偏置电流的频率比例控制(FPB)
        5.2.4 基于丘脑中继准确度参数PID控制的仿真结果
    5.3 基于GPi突触电导的闭环PID控制
        5.3.1 幅值比例控制(AP)
        5.3.2 基于偏置电流的幅值比例控制(APB)
        5.3.3 基于积分偏置电流的幅值比例控制(APIB)
        5.3.4 幅值比例微分控制(APD)
        5.3.5 基于积分偏置电流幅值比例微分控制(APDIB)
        5.3.6 基于GPi突触电导的闭环PID控制仿真结果
    5.4 基于神经网络预测控制的闭环DBS控制
        5.4.1 RBF神经网络
        5.4.2 非线性迭代预测控制
        5.4.3 基于RBF神经网络预测控制的闭环DBS控制方法
        5.4.4 基于神经网络预测控制的闭环DBS控制仿真结果
    5.5 控制方法仿真结果对比分析
    5.6 本章小结
第6章 总结
    6.1 主要工作与创新点
    6.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Need for multiple biomarkers to adjust parameters of closed-loop deep brain stimulation for Parkinson’s disease[J]. Takashi Morishita,Tooru Inoue.  Neural Regeneration Research. 2017(05)
[2]帕金森病研究进展[J]. 张丽娟,邵海涛,王跃秀,王晓民.  生命科学. 2014(06)
[3]基于复杂度的针刺脑电信号特征提取[J]. 边洪瑞,王江,韩春晓,邓斌,魏熙乐,车艳秋.  物理学报. 2011(11)
[4]帕金森病运动症状及其发生机制研究进展[J]. 沈原,赵永波.  脑与神经疾病杂志. 2011(01)

博士论文
[1]帕金森状态的建模与闭环控制[D]. 刘晨.天津大学 2016
[2]基于模型的帕金森病分析与控制[D]. 陈颖源.天津大学 2012

硕士论文
[1]自适应深部脑刺激系统研究[D]. 王力.重庆邮电大学 2019
[2]基于闭环深部脑刺激的帕金森病分析与控制[D]. 武京.哈尔滨工业大学 2018



本文编号：3207440