经颅直流电刺激有限元仿真的研究进展

经颅直流电刺激有限元仿真是一种基于头部有限元实体三维模型分析经颅直流电刺激电流分布的数学分析方法。作为一种理论研究方法,其目的是为实际经颅直流电刺激的应用提供相应的理论基础,对实际的操作和实验具有一定的指导意义。综述了经颅直流电刺激有限元仿真的研究现状,分析了经颅直流电刺激的头部三维实体模型的建立及优化、电极片设计及定位等关键技术,展望了经颅直流电刺激的研究趋势和方向。

多通道经颅交流电刺激仪的设计

目的:电信号不同,对生物进行电刺激产生的生物效应也不相同。医疗领域已经研究出了许多有效成熟的电刺激治疗模式,市场上已有很多具有简单模式的电刺激仪,它们一般都只有特定的治疗模式,功能比较单一。为了满足多模式联合治疗和医学实验的需要,我们研发了一款具有多种治疗模式的交流电刺激仪。方法:该交流经颅电刺激仪选用TI的低功耗MSP430F413单片机作为主控芯片,控制以MAX038作为信号发生芯片的波形发生电路。因为MAX038能够产生0.1 Hz-20 MHz可调的正弦波、方波、三角波,可以实现两个独立控制波形的耦合输出,因此能够形成多种刺激模式。通过软件编程,使该电刺激仪具有丰富的参数设置与显示功能。结果:研制出的电刺激仪具有内置多种常用治疗模式(其中有2个为多治疗模式定时自动转换的可循环模式),利用6个中断按键作为控制键,可以方便快捷地进行模式选择和参数设置。通过配备不同的电极,可以进行电流与电场治疗模式切换:导电电极用于电流治疗,绝缘电极用于电场治疗。结论:经过多次调试和验证,该电刺激仪的输出电压Vp-p为5 V,可按需要外接医用功率放大设备进行放大,输出频率可调范围为0.1 Hz-5 MHz,调节精度为±2%,可以输出噪声较低的方波,三角波,正弦波及其调制波形,具有良好的稳定性和可靠性,同时满足国际电工委员会颁布的医疗设备安全标准,达到了最初的设计要求。

中频交变微电流联合化疗对人乳腺癌细胞的作用

目的:探讨中频交变微电流(100 kHz,20 mA)联合不同浓度化疗药物对人乳腺癌细胞的作用,化疗药物包括表柔比星、甲氨蝶呤、顺铂。方法:将处于对数生长期的人乳腺癌细胞接板后随机分为4组:对照组、电刺激组、化疗组、联合治疗组,施加不同治疗方法,噻唑蓝染色法检测各组MCF-7的生存率,Annexin V-FITC/PI双染法流式细胞术定量检测细胞凋亡/死亡情况,激光共聚焦显微镜观察细胞内表柔比星含量并作半定量分析,透射电子显微镜(8000X)观察细胞形态结构变化。结果:中频交变微电流单独作用能够抑制MCF-7细胞增殖,细胞结构呈凋亡状态;与化疗药物单独作用相比,中频交变微电流联合化疗能降低MCF-7细胞生存率(P<0.01),并降低化疗药物IC50;中频交变微电流能够提高进入MCF-7细胞内的表柔比星(20μg/mL)含量;透射电镜观察到电刺激联合化疗组MCF-7细胞结构破坏最严重,线粒体肿胀,有多泡体及溶酶体。结论:中频交变微电流可有效抑制人乳腺癌细胞MCF-7的体外增殖,提高化疗效果;可能机制是中频交变微电流能够提高化疗药物进入细胞的浓度,促进细胞凋亡。

物理方法处理果蔬技术的应用

物理技术的发展为果蔬采后处理技术提供了新的思路和途径,现从电场、磁场、超声波、光波、热、压力技术6个方面,综述了近年来物理技术处理果蔬的研究与应用成果,并对其发展做了初步展望。

宁夏枸杞的转基因研究进展

宁夏枸杞的转基因研究发展已有20多年,文中通过文献整理,对其方法和应用进行了分析总结。目前,转基因枸杞的系统研究只限于中国,应用领域包括抗性研究和植物疫苗制备。文中主要对以上不同应用的研究方法和发展现状进行了综述,提出转基因枸杞应用的广阔前景和需要解决的问题,为学习研究植物工程在中药领域的应用奠定基础。

中频交变微电流影响人乳腺癌细胞耐药性的初步研究

目的:探究中频交变微电流是否可以改变人乳腺癌细胞株耐药性;针对实验结果,分析其可能机制。方法:对人乳腺癌细胞MCF-7施加不同参数中频交变微电流,选出较优参数。测定人乳腺癌细胞MCF-7及其耐药株MCF-7/Adr的IC50值。将处于对数生长期的人乳腺癌耐药细胞MCF-7/Adr接板,分为化疗药物组和联合处理组,施加不同的处理方法。CCK-8法检测以上各组细胞存活率,分析中频交变微电流对乳腺癌细胞株耐药性的影响。将处于对数生长期的人乳腺癌细胞MCF-7分为对照组和电刺激组,用激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)定性观察荧光标记的耐药蛋白P-gp,Western blot法半定量P-gp,流式细胞仪FITC标记定量测定荧光标记的P-gp。结果:中频交变微电流能降低耐药株MCF-7/Adr的IC50和耐药指数(≥80μg/ml,协同作用)。定性、半定量和定量三种方法均显示中频交变微电流刺激后,细胞P-gp蛋白表达量均有下降趋势。结论:中频交变微电流能够增强人乳腺癌耐药细胞药物敏感性,有可能成为辅助化疗的治疗手段,其机制尚不明确,有可能是通过降低细胞P-gp的表达,抑制细胞内药物外排发挥作用的。

经颅交流电刺激对心理旋转认知过程的影响

经颅交流电刺激(tACS)是一种通过在头皮施加微弱交流电刺激、从而进行神经调节的非侵入刺激技术,已经被证实可以调节大脑的认知功能。心理旋转是一种想像客体或自身旋转的空间表征转换能力,是衡量空间认知能力的重要标尺之一。探索tACS对心理旋转认知能力的影响,利用心理旋转实验范式,以行为学表现和ERP、ERD等电生理参数作为主要评判指标,分析tACS对心理旋转产生的作用。行为学结果表明,alpha节律的tACS可以显著减少反映时间(P<0.05),并且反映时随着刺激图片旋转角度的增加先增大后减小。比较对照组和8~12 Hz刺激组的心理旋转相关的负波(RRN),发现刺激组的RRN幅值比对照组幅值低(刺激组vs对照组,P<0.05),同时发现RRN幅值随着刺激图片旋转角度的增加呈现先降低后升高的趋势。时频分析结果显示,刺激组的alpha和beta频段的事件相关去同步(ERD)现象比对照组更弱(刺激组vs对照组,P<0.05),且ERD开始时间更早。有研究表明,ERD强弱与大脑激活水平有关,说明tACS作用后,大脑激活水平降低;进而提示tACS可以提高被试的心理旋转能力,有望成为提高空间认知能力的新途径。

TES的人体头部3维有限元模型构建

经颅电刺激(TES)的头部3维有限元模型对于理解脑区的电势、电流分布及TES作用机制具有重要意义。为了给TES仿真提供更精确和真实的头部3维实体有限元模型,利用真实成人头部CT影像数据,通过3维图像重建、逆向工程计算及有限元网格划分,对包括头皮、颅骨、脑脊液和脑组织的4层人体头部组织进行有限元实体模型构建。结果表明:该建模方法构建的头部实体模型既保证了真实性,又具有较高的精确度,可以为TES脑区电势及电流分布、电极定位等分析计算提供理想的有限元模型。

不同刺激条件下经颅直流电刺激的仿真

经颅直流电刺激是一种非侵入式的脑刺激方法。为了优化电刺激中电极与刺激强度的选择,基于人体头部解剖结构,建立了4层同心球体有限元模型,通过数值计算方法,讨论了不同刺激电极面积和电流强度对大脑表面电场和内部电场的影响。结果表明:提高刺激电流能够增大整个大脑区域的电场强度。刺激的有效强度面积比率与电极面积呈良好的线性关系。且减小刺激电极面积,可增加大脑皮层与内部的电场强度比例。在实际应用中,应根据刺激脑区的位置和刺激强度的要求,合理选择电极面积大小及刺激电流强度。该研究对经颅直流电刺激参数的选择具有一定的参考意义。

基于有限元仿真的磁感应肿瘤治疗设备线圈优化设计

在针对头部肿瘤的线圈式磁感应肿瘤治疗设备设计中,为了提高治疗磁场的强度与均匀度,需要对传统的圆形同轴线圈进行改进。根据临床需求和理论分析,采用D形线圈设计,并通过软件仿真与实际测量加以评估。结果表明:在相同条件下D形线圈与圆形线圈相比其中心磁场强度提高了约5.9%,有效治疗空间增加了约4.6%,设备性能有了一定的提高。线圈电感值的仿真与实际测量结果均符合设备要求。