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在临床中,许多功能障碍性疾病是由神经异常兴奋而导致的过分电活动所引起的,阻断不必要的神经兴奋,可以达到恢复部分正常功能的目的。因此寻找一种具有快速可恢复性的刺激手段具有十分重要的临床意义。功能性电刺激神经传导阻断是通过弱电流对神经纤维作用,在功能上阻断不必要的神经通路,治疗由神经异常兴奋引起的功能障碍性疾病。电刺激神经阻断,不产生药物副作用,对神经损伤小,且神经具有可恢复性,在神经生理性损伤病人的康复治疗和神经系统的构造与功能的研究中具有广泛地应用,在临床中有广阔的应用前景。
本论文的主要内容是基于McNeal的神经电缆模型,以有限长度的有髓神经纤维为研究对象,采用单电极双向脉冲刺激进行传导阻断仿真研究。寻求建立有髓神经纤维不同模型(FH模型,CRRSS模型,SE模型)的仿真系统,比较不同模型仿真系统的阻断能力;改变双向刺激脉冲的形状,比较不同刺激波形对传导阻断的影响,寻找适于应用的刺激波形;研究改变仿真系统的参数(刺激频率,温度,电极一纤维距离)时,电刺激神经传导阻断的规律;最后利用蟾蜍坐骨神经进行离体实验,验证仿真结果。
本文的主要贡献有以下几方面:
1) 对神经纤维膜外电刺激的建模与仿真方法进行了较全面的总结。建立了有髓神经纤维不同模型膜外电刺激的仿真系统,为以后研究有髓神经纤维传导阻断等问题提供了有力的工具,使电刺激传导阻断走向应用又迈进了一步。
2) 分别对有髓神经纤维FH模型,CRRSS模型,SE模型建立仿真系统并对模型进行求解,确立了不同模型成功实现传导阻断的区域:FH模型下,当刺激频率高于10kHz时,所有直径的神经纤维都能成功实现阻断;SE模型下,神经纤维的起始阻断频率可以低至2kHz;
刺激频率高于15kHz时,CRRSS模型下的大纤维(10-20μm)都能成功实现阻断,而小纤维(5μm)在参考频率范围内(1-40kHz)都不能成功阻断(反复震荡)。 3)本文采用高频双向对称方波脉冲、高频双向正弦脉冲、高频双向间歇方波,电荷平衡的高频双向非对称方波作为刺激信号进行神经传导阻断的研究,结果表明高频双向对称方波脉冲是比较适用的优化刺激波形。
4)采用双向脉冲刺激电流,对神经传导阻断中纤维半径与阻断阈值的关系,阻断频率与阻断阈值的关系,阻断阈值与温度的关系,阻断阈值与电极一纤维距离关系进行了全面研究,得到神经纤维传导阻断的规律。刺激电极.神经纤维距离增大时,神经纤维实现完全阻断所需电流强度随之增大。仿真温度从20℃升高到37℃时,神经纤维的阻断阈值降低。
5)采用蟾蜍的坐骨神经进行离体实验,研究了有效阻断的频率和强度,验证了仿真结果。