用于治疗足下垂的功能性电刺激表面电极的仿真与优化设计

发布时间：2017-05-29 16:11

  本文关键词：用于治疗足下垂的功能性电刺激表面电极的仿真与优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：功能性电刺激(Functional Electrical Stimulation, FES)是最新一种能够使得功能衰退的肌肉重建达到治疗和功能康复目的的方法,对于脑卒中引起的足下垂的治疗有良好的康复效果。虽然经皮表面电刺激具有无痛、无创伤、恢复效果好等优势,但仍旧存在刺激选择性差和刺激效果不佳等问题。因此,基于FES的表面电极的研究具有重要的理论价值以及临床应用价值。本文首先对人体组织施加FES进行了理论分析,详细阐述了神经元在外加电场作用下的响应机制,从理论上探讨了人体神经组织在外加电刺激的作用下的电场分布。之后使用COMSOL Multiphysics在人体生理学的基础上建立了人体腿部的简化有限元仿真模型,分析了电刺激作用下人体组织的电场分布,并设立评价电刺激效果的指标,同时针对使用单个电极进行电刺激时,刺激电极的形状、面积以及电极间距等参数的变化对电刺激效果的影响进行剖析,证明相同的刺激条件下电极的面积、间距对激活体积、激活深度和刺激选择性的影响较大,而电极的形状则影响不大。然后进一步对阵列电极进行建模,并探讨阵列电极中单个触点的设计以及相邻触点之间的距离对刺激效果的影响,从而选择最优的阵列电极设计。本文最后根据仿真结果设计了5×6的表面阵列电极并搭建系统实验平台,通过单通道和多通道组合的方式进行FES,获得了良好的实验效果,进一步验证了课题所设计的电极应用于临床实践的有效性。
【关键词】：足下垂 FES 表面电极 有限元仿真 优化
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R743.3;R681.8;TP391.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题背景及研究意义8-10
• 1.2 经皮表面功能性电刺激以及表面电极的研究现状10-12
• 1.3 功能性电刺激系统12-13
• 1.4 研究内容及章节安排13-15
• 1.4.1 研究内容13
• 1.4.2 章节安排13-15
• 第2章 基于功能性电刺激的表面电极仿真的理论基础15-24
• 2.1 功能性电刺激相关电生理学简介15-18
• 2.1.1 人体小腿解剖学原理15-16
• 2.1.2 神经肌肉电活动的生理学基础16-18
• 2.2 功能性电刺激的刺激参数18-19
• 2.3 功能性电刺激下组织内电场分布分析19-23
• 2.3.1 组织内电场分布理论分析19-21
• 2.3.2 神经纤维激活函数21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 使用单个电极进行功能性电刺激的仿真研究24-41
• 3.1 有限元分析法及COMSOL MULTIPHYSICS仿真软件简介24-25
• 3.2 单个电极电刺激下组织内电场分布有限元分析步骤25-31
• 3.2.1 仿真模型的建立25-28
• 3.2.2 材料参数的设定28-30
• 3.2.3 边界条件的设定30
• 3.2.4 网格的划分30-31
• 3.2.5 求解计算31
• 3.3 使用单个电极进行电刺激下组织内电场分布31-33
• 3.4 单电极刺激下不同参数配置的电极对电刺激的影响33-40
• 3.4.1 单个电极刺激下的电刺激效果评价指标33-35
• 3.4.2 单个电极参数的设置35-36
• 3.4.3 仿真结果与分析36-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 使用阵列电极进行功能性电刺激的仿真研究41-47
• 4.1 使用阵列电极进行功能性电刺激的仿真研究41-43
• 4.2 阵列电极中电极触点的配置对电刺激效果的影响43-46
• 4.2.1 神经纤维激活函数曲线拟合43-44
• 4.2.2 刺激效果评价函数44-45
• 4.2.3 电极触点的配置对电刺激聚焦性的影响45-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第5章 基于功能性电刺激的表面阵列电极的设计与实现47-59
• 5.1 系统总体设计47
• 5.2 系统平台的搭建47-52
• 5.2.1 系统硬件实现47-51
• 5.2.2 系统软件设计51-52
• 5.3 实验设计52-54
• 5.4 实验记录结果与分析54-57
• 5.4.1 单个电极触点实验的结果记录与分析54-56
• 5.4.2 组合电极触点实验的结果记录与分析56-57
• 5.5 本章小结57-59
• 第6章 结论与展望59-61
• 6.1 工作总结59-60
• 6.2 研究展望60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士学位期间的研究成果65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吴运景;刘世文;蔺勇;;脑卒中后足下垂的治疗方法[J];吉林医学;2007年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 温惠中;基于神经元模型的电刺激仿真研究[D];重庆大学;2008年

  本文关键词：用于治疗足下垂的功能性电刺激表面电极的仿真与优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：405247