基于FH和有限元模型的电刺激阻断神经传导的仿真研究

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用电荷平衡的双向对称的电刺激可逆的阻断神经传导,这种方法有很多潜在的临床应用价值,对治疗神经系统失调或植入行神经假体的发展尤为重要。对于脊髓损伤后的病人,可以通过电刺激的方法阻断阴部神经到膀胱的神经通路,从而抑制逼尿肌括约肌协同失调。建立神经纤维的物理模型进行电刺激阻断神经传导的仿真研究被越来越多的学者使用,并认为这种方法将是最终解释神经系统中复杂功能特性的最有效的方法之一。前期仿真实验证明,使用1kHz以上的高频电刺激脉冲可以有效阻断神经动作电位的传导,这种方法不仅有可逆性,而且不会产生药物带来的副作用。因此人们通过各种仿真研究,寻求能够应用于临床的有效的电刺激方法。尽管很多学者通过仿真实验探讨和阐述了电刺激阻断神经传导的规律和机制,但是高频电刺激仍然存在一些尚未解决的关键问题。(1)刺激方法问题,即如何采用适当的电刺激波形和电极形式,才能有效实现阻断神经传导。(2)电化学问题,即如何解决长时间刺激中存在的电刺激对组织的电化学损伤问题。本文将在这些方面做一些探讨与努力。   本文以有限长单根有髓神经为研究对象,两栖动物的有髓神经纤维Frankenhaeuser-Huxley(F-H)模型为仿真研究基础。分别比较了不同刺激模式对神经传导阻断后产生的神经损伤程度,探讨了温度对神经传导阻断的影响,并通过有限元模型分析了几种波形电刺激在神经纤维表面产生的温度分布。本文主要工作内容为:   1)建立基于FH模型的两栖动物有髓神经传导阻断模型,结合已有的动物实验结果,找出五种最利于神经传导阻断的刺激模式,并比较它们的阻断阈值和对神经损伤的程度。   2)建立多电极有髓神经传导阻断模型,比较了单电极与多电极的神经传导阻断规律以及对神经的损伤程度。   3)分析温度变化对神经传导阻断机制的影响。   4)建立神经纤维传导阻断的有限元模型,分析不同波形电刺激在神经纤维表面产生的温度分布情况。  
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