基于有限元法的硬脑膜外视皮层电刺激仿真研究

经硬脑膜对视皮层电刺激是治疗失明的新思路。为从理论上认识其作用机制,首先建立视皮层区域的有限元仿真模型,分析脑组织内电场分布,并用激活函数和组织活化区来表征外加刺激的作用效果;随后逐次改变单相脉冲的幅值、脉宽和频率,通过基波作用下组织活化区的变化来探讨不同刺激参数对结果的影响。仿真结果显示,经硬脑膜可以实现对视皮层的有效刺激,只是所需刺激强度比直接皮层刺激约高30倍;多电极刺激模式下,只要电极间距超过5 mm,电极间的影响可忽略不计;降低幅值、脉宽和频率等参数,可以改善单相方波脉冲的刺激效果,其中幅值的减小对空间分辨率的提高效果最为显著。所得结论对实验具有一定指导意义。

基于微线圈阵列的多道神经电刺激信号透皮传输的初步实验研究

通过探索微线圈阵列实现多路神经电刺激信号透皮传输的可行性及影响传输效率的相关因素。根据电磁耦合原理,设计了包括脉冲发生、高频振荡、AM调制、功率放大、选频等刺激信号发射电路,信号接收电路,以及用于多通道信号耦合的微线圈阵列和相应实验测试装置。实验中对电路的性能以及线圈发生横向失配和角形失配时电路的可靠性进行了测试,在此基础上设计了2×2阵列的多通道传输装置。结果表明在调谐网络的作用下通道间信号的干扰较小,各通道输出信号能满足神经电刺激的要求。该方法经试验验证具有可行性,可用作各类植入式医疗仪器刺激或者控制信号的多通道传输装置,具有广泛的应用前景。

基于LabVIEW的多通道sEMG信号检测系统设计

针对多通道信号检测系统在表面肌电信号sEMG(surface electromyography)信号检测分析中的应用,设计了一种基于LabVIEW的多通道sEMG信号检测系统。该系统由前置调理电路、数据接口卡以及LabVIEW软件编程部分组成。利用该系统采集并分析健康受试者完成指力跟踪动作时前臂指总伸肌上4通道sEMG信号时频域的特征值。实验结果表明,该系统能实现4通道sEMG信号的实时采集,并得到与手指力量相关的sEMG信号时域特征和频域特征,验证了所设计检测系统是可行的。

手指活动相关脑磁图的时-频域特征分析

对皮层神经电生理信号进行时频分析是准确描述其信号特征的方法。为了研究手指活动相关脑磁图的时-频域分布特征,通过计算多通道脑磁图数据的时频功率表示(time frequency representations of power,TFRs),得到各通道数据在时频面上的能量分布;同时设计了一个基于Visual Basic和MATLAB的离线脑磁图数据处理的可视化软件以规范时频特征分析处理的流程。对一癫痫患者右手食指运动时记录的脑磁图数据进行处理,结果显示,患者对侧中央区和顶区皮层被显著激活,同侧中央区也有少数通道被激活。并且发现,皮层活动的10~25 Hz频率成分首先在–0.5^+0.3 s时间段表现为功率抑制,接着有强烈的功率增强活动显示,最显著的功率增强集中在0.4~0.7 s区间。初步的实验结果得到了手指活动相关神经活动在时-频域的表现,同时也为研究皮层活动在时域、频域以及空间的分布特征提供了方法。

经颅磁刺激对握力影响机理的初步研究

目的:探讨在不同刺激强度和不同手部握力输出的条件下,磁刺激前后对握力大小的改变。方法:10名健康受试者,其右手分别以3个不同的背景力量握住握力计,用圆形磁刺激线圈刺激左侧运动皮层,施加的刺激强度从阈值开始,每次递增10%,记录磁刺激施加前后握力输出的变化。结果:对于同一背景握力,刺激强度越大,握力大小的峰峰值及负峰值也越大;而在刺激强度不变的情况下,握力波形的峰峰值和负峰值也随握力的增大而增大;输出握力波形的正峰值和恢复时间与刺激强度、背景握力大小无明显关系。结论:实验结果提示握力峰峰值及负峰值的变化可能与参与肌肉收缩的运动单位数量及其兴奋性有关。

经硬脑膜电刺激对视皮层神经活动影响的仿真研究

经硬脑膜对视皮层电刺激为视觉功能修复提供了一种新的技术思路。前期的仿真工作利用激活函数定性研究了经硬脑膜电刺激对视皮层的作用效果,本研究在原有模型基础上引入神经元模型,定量研究不同刺激波形及参数对电极作用范围的影响。该方法将已建立的神经元模型耦合到视皮层区域有限元模型中,利用傅里叶-有限元方法分别计算双脉冲、指数脉冲和正弦波刺激下视皮层区域模型内的场电位,将电位加载到神经元模型上,观察神经元是否发生兴奋,以神经元区域兴奋个数判定电极的作用范围。仿真结果表明,该方法能较好的表达刺激的响应范围:不同刺激波形及参数引起的神经元区域兴奋数量不同,且解剖结构会影响刺激效果。所得结果对实验具有一定指导意义。

Simulation of the fluidic features for diffuser/nozzle involved in a PZT-based valveless micropump

PZT-based valveless micropump is a microactuator that can be used for controlling and delivering tiny amounts of fluids,and diffuser/nozzle plays an important role when this type of micropump drives the fluid flowing along a specific direction.In this paper,a numerical model of micropump has been proposed,and the fluidic properties of diffuser/nozzle have been simulated with ANSYS.With the method of finite-element analysis,the increased pressure drop between inlet and outlet of diffuser/nozzle induces the increment of flow rate in both diffuser and nozzle simultaneously,but the increasing rate of diffuser is faster than that of nozzle.The L/R,ratio of L(length of cone pipe) and R(radius of minimal cross section of cone pipe) plays an important role in fluidic performance of diffuser and nozzle as well,and the mean flow rate will decrease with increment of L/R.The mean flow rate reaches its peak value when L/R with the value of 10 regardless the divergence angle of diffuser or nozzle.The simulation results indicate that the fluidic properties of diffuser/nozzle can be defined by its geometric structure,and accordingly determine the efficiency of micropump.

Detection of kinematics parameters of index finger movement with high-speed video camera

Synergic movement of finger's joints provides human hand tremendous dexterities,and the detection of kinematics parameters is critical to describe and evaluate the kinesiology functions of the fingers.The present work is the attempt to investigate how the angular velocity and angular acceleration of the joints of index finger vary with respect to time during conducting a motor task.A high-speed video camera has been employed to visually record the movement of index finger,and miniaturized(5-mm diameter) reflective markers have affixed to the subject's index finger on the side close to thumb and dorsum of thumb at different joint landmarks.Captured images have been reviewed frame by frame to get the coordinate values of each joint,and the angular displacements,angular velocities and angular acceleration can be obtained with triangle function.The experiment results show that the methods here can detect the kinematics parameters of index finger joints during moving,and can be a valid route to study the motor function of index finger.

高通截止频率对sEMG估计握力的影响

比较不同高通频率（fL）的滤波对sEMG估计力量的作用。采集9名大学生志愿者不同握力水平时的sEMG信号,用不同高通截止频率（fL=20Hz、140~320Hz,步长30Hz）的滤波对sEMG信号进行预处理,利用回归分析建立归一化的RMS和握力水平的线性方程,通过对比不同预处理后回归模型的样本均方误差（MSE）、R2统计量、P值,评价滤波处理的效果,找出最优滤波器组。经过高通截止频率为140~260Hz滤波处理的拟和效果优于传统方法,不同力量段最优滤波截止频率不同。对不同握力水平采用不同高通截止频率的滤波,sEMG信号的归一化均方根与握力表现出良好的线性度。