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目的:研究脉络膜上腔视觉假体刺激电极的尺寸以及所需的各种电刺激参数,寻找最佳的安全有效的设计和实施方案,为研发具有我国自主知识产权的视觉假体提供参考。
方法:将带有四种尺寸刺激点(直径:50μm,150μm,350μm,500μm)的薄膜电极植入到白兔脉络膜上腔,回收电极放置于玻璃体腔内,采用电荷平衡的双相脉冲进行跨视网膜电刺激,于动物的视觉皮层硬脑膜外记录电位的变化。实验中采用的刺激脉冲波形为先负后正或先正后负的双相脉冲,脉冲宽度分别为0.25ms、0.5ms、0.75ms和1.0ms,刺激频率为1Hz、2Hz和41Hz。在不同的电刺激参数下,观察诱发视觉皮层响应所需的最小刺激强度以及视觉皮层响应幅度的变化。
结果:小电极(150μm)诱发视皮层响应所需的电流强度在低频脉冲刺激下(1Hz),比大电极(350μm、500μm)诱发视皮层响应所需的电流强度低;在高频脉冲刺激下(4Hz),比大电极(350μm、500μm)诱发视皮层响应所需的电流强度高。在高频刺激时(4Hz),采用小电极(150μm)短脉冲宽度(0.25ms)刺激,诱发皮层响应的阈电流相对于低频IHz时的阈电流增加的幅度最大;而采用大电极(350μm、500μm)长脉冲宽度刺激时,诱发皮层响应的阈电流相对于低频1Hz时的阈电流增加的幅度最小。采用直径为50um的刺激点进行刺激,脉冲宽度为0.25ms和1.Oms时,诱发皮层响应所需的阈电流分别为80±21.2μA和41.4±6.5μA。这一刺激强度显然超过了铂电极电刺激的安全范围,经过计算适用于脉络膜上腔视觉假体的最小的电极尺寸为200μm。
结论:我们采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)工艺设计制作的薄膜电极,成功的于动物体内诱发了视觉皮层的响应,这种眼内刺激装置的雏形是安全有效的。同时,大尺寸的电极伴以长脉冲宽度、低频刺激将是我们研发的这种假体今后实际应用中优先选择的刺激方案。