FEM在深部脑刺激中的应用

发布时间：2017-04-25 11:06

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【摘要】：目前,深部脑刺激技术(Deep Brain Stimulation,DBS)因其具有选择性好、靶点明确、微损伤、可恢复和可调节的优点,已发展成为治疗原发性震颤和肌肉张力障碍、帕金森、癫痫和顽固性疼痛等运动障碍疾病的重要方法。DBS的作用机制目前并不明确,获知其确切的作用机制具有重要的意义。本文通过有限元仿真软件与神经元仿真软件相结合的方法,对DBS系统进行了仿真分析,研究了DBS电极刺激对其周围区域电位分布的影响以及细胞外电压刺激对神经元兴奋性的影响。首先,本文采用电流驱动三电极模型,通过改变其中的参数?的大小调节驱动电流的大小,通过有限元软件建立了二维圆和三维球的DBS模型,计算并比较了三电极驱动电流不同时对电极周围区域电位的影响以及对刺激靶点位置和刺激强度的影响。其次,在神经元仿真软件NEURON7.3中,基于神经元的电特性以及神经建模的基本数学框架H-H模型,根据脑神经纤维的几何参数及电参数,建立了相应的脑神经双层电缆多室模型。最后,在DBS有限元模型中建立了神经元模型,改变参数?的值并进行计算,将电极周围区域神经元模型的电位值提取出来,作为脑神经细胞外电压刺激,加载到双层电缆多室模型上,通过NEURON7.3计算并比较了不同驱动电流刺激及不同脉宽的方波刺激时对脑神经纤维兴奋性的影响。本文将宏观和微观相结合,分析了DBS系统对脑神经纤维兴奋性的影响,为DBS系统的进一步研究及临床应用提供了理论基础。
【关键词】：深部脑刺激 有限元 电场 神经元模型 NEURON
【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】：R741
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题的研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 深部脑刺激的研究现状10-11
• 1.2.2 有限元仿真软件与神经元仿真软件结合的研究现状11-12
• 1.3 本文主要工作12-14
• 第二章 基于有限元法对DBS电场分布的仿真研究14-30
• 2.1 有限元法简介14-16
• 2.1.1 有限元法的基本原理14-15
• 2.1.2 有限元网格自由剖分方法15-16
• 2.2 二维DBS的有限元仿真研究16-24
• 2.2.1 二维DBS有限元模型的建立16-17
• 2.2.2 物理参数的选择17-18
• 2.2.3 三电极结构18-19
• 2.2.4 二维DBS模型在单电极刺激下的仿真研究19-21
• 2.2.5 二维DBS模型在三电极模型下的电位分布研究21-24
• 2.3 三维DBS的有限元仿真研究24-27
• 2.3.1 三维DBS有限元模型的建立24-25
• 2.3.2 三维DBS模型在三电极模型下的电位分布研究25-27
• 2.4 小结27-30
• 第三章 电场分布对脑神经兴奋性的影响30-58
• 3.1 神经电生理学基础30-34
• 3.1.1 神经元结构30-31
• 3.1.2 静息电位和被动膜反应31-32
• 3.1.3 动作电位32-34
• 3.2 Hodgkin Huxley模型34-38
• 3.2.1 H-H方程34-37
• 3.2.2 多室模型37-38
• 3.3 仿真软件NEURON38-40
• 3.3.1 NEURON的概述38
• 3.3.2 NEURON的建模思想38-39
• 3.3.3 NUERON中的物理量单位39-40
• 3.4 双层电缆多室模型40-43
• 3.5 二维DBS模型中的仿真研究43-52
• 3.5.1 二维DBS有限元模型中的神经元模型43-45
• 3.5.2 方波刺激对神经元兴奋性的影响45-49
• 3.5.3 方波脉宽变化对神经元兴奋性的影响49-52
• 3.6 三维DBS模型中的仿真研究52-56
• 3.6.1 三维DBS有限元模型中的神经元模型52-53
• 3.6.2 不同脉宽的方波刺激对神经元兴奋性的影响53-56
• 3.7 小结56-58
• 第四章 总结与展望58-60
• 4.1 本文总结58
• 4.2 对研究工作的展望58-60
• 参考文献60-64
• 攻读学位期间所取得的相关成果64-66
• 致谢66

【参考文献】

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本文编号：326191