基于仿真模型的不同三维电极在视网膜上电刺激的研究

发布时间：2017-09-07 04:26

  本文关键词：基于仿真模型的不同三维电极在视网膜上电刺激的研究

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【摘要】：视网膜上假体在恢复视网膜色素变性和老年黄斑变性致盲的患者视力上取得了重大进展，是当今视觉修复领域的热门研究方向之一。电极刺激视网膜神经节细胞的有效性对视网膜上假体的性能起着至关重要的作用。本研究通过计算机建模仿真计算，探索不同三维形状电极对视网膜神经节细胞进行电刺激的效果。首先基于多物理场建模与仿真系统（COMSOL）建立了视网膜与多种形状电极（平面、锥面、球面）的三维模型，，仿真计算出不同电极电刺激视网膜形成的空间电场和电势分布。然后，基于NEURON神经元计算仿真软件，建立了包含高浓度钠离子通道带的视网膜神经节细胞电刺激模型。最后，将空间电势引入视网膜神经节细胞电刺激模型中。通过观察不同电极刺激引起的神经节细胞兴奋的情况，研究电极和视网膜间距离，电极尺寸和电极几何形状等因素对神经节细胞兴奋的影响。仿真模拟和分析研究表明，当电极视网膜间距离较小时，引起视网膜神经节细胞的阈值电流较小。相比而言，直径较小的电极的阈值电流较低，但是其需要的阈值电荷密度比较高，在因此在电极安全性上存在着一定的隐患。视网膜神经节细胞对非平面电极的电刺激响应与其对平面电极的响应有所不同，其中，凹型球面电极在电刺激安全性和选择性上都优于其他形状的电极，有望成为未来视网膜上假体电极设计可行的发展方向。 本文的研究结果对未来视网膜上假体的电极制作奠定了良好的研究基础，对刺激电极性能的优化与设计提供了重要的理论依据。
【关键词】：视网膜上假体 三维有限元模型 神经节离子通道模型 电极安全性 电刺激选择性
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.18
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 视网膜生理基础14-18
• 1.1.1 视网膜生理结构14-17
• 1.1.2 视觉神经传导通路17-18
• 1.2 视觉假体概述18-22
• 1.2.1 视觉假体原理19-20
• 1.2.2 视网膜上假体20-22
• 1.3 本论文研究内容22-24
• 1.3.1 本文研究的内容22-23
• 1.3.2 本文研究的意义23-24
• 第二章 视网膜与刺激电极的仿真建模及电场分布计算24-49
• 2.1 视网膜和刺激电极的建模24-29
• 2.1.1 有限元计算的基本原理24-25
• 2.1.2 基于 COMSOL 的视网膜仿真环境配置25
• 2.1.3 多层视网膜模型25-27
• 2.1.4 刺激电极模型27-29
• 2.2 有限元电场仿真计算结果分析29-37
• 2.2.1 平面电极多物理场仿真结果30-31
• 2.2.2 球面电极多物理场仿真结果31-34
• 2.2.3 锥面电极多物理场仿真结果34-37
• 2.3 视网膜节细胞层电场分布情况分析37-48
• 2.3.1 同电流刺激下不同电极在视网膜神经节层产生的电场分布38-41
• 2.3.2 不同电极对应的阈值电流与阈值电荷密度41-45
• 2.3.3 不同形状电极在同阈值倍数电流刺激下响应情况45-48
• 2.4 本章小结48-49
• 第三章 视网膜神经节细胞电刺激建模与仿真计算49-54
• 3.1 单神经节细胞模型49-51
• 3.2 单神经节细胞模型电刺激下的阈值特性51-52
• 3.3 多神经节细胞模型52-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 基于神经节细胞模型的不同三维电极刺激响应分析54-71
• 4.0 基于 MATLAB 的空间电势数据传输平台54-55
• 4.1 电极视网膜间距离对于电刺激响应的影响55-60
• 4.2 电极尺寸对于电刺激响应的影响60-64
• 4.3 电极几何形状对于电刺激响应的影响64-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 总结与展望71-72
• 5.1 研究总结71
• 5.2 进一步的工作71-72
• 附录 1 视网膜神经节细胞离子通道参数72-73
• 附录 2 视网膜神经节细胞离子通道动态方程73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文79

【共引文献】

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本文编号：807406