参数自适应调节的肌电反馈式电刺激仪的设计

功能性电刺激是脑卒中后导致的运动功能障碍患者康复治疗的有效手段，现有的功能性电刺激仪多采用被动式或参数恒定式刺激方式，治疗效果不佳。本文设计了一种基于表面肌电信号的参数自适应调节的生物反馈式电刺激仪。以放松状态和最大自主收缩状态的表面肌电信号均方根值为参考，用刺激间歇的表面肌电信号均方根值作为反馈信号调节下一刺激周期的脉宽和幅值。为了避免过度刺激造成疲劳和伤害，提出了基于特征Q值的疲劳检测算法，实时检测Q值变化并在肌肉达到疲劳阈值b时终止电刺激。实验结果：仪器可以输出频率、脉宽和幅值范围分别为1～10 Hz，0.1～5 ms，5～30 mA的刺激波形，脉宽和幅值的实际输出值与设定值之间的绝对误差分别为2.3%和2.5%；相同刺激幅值下12组负载上的电压和负载阻值线性拟合结果的相关系数为0.9997，实现了恒流输出；仪器可以根据肌电均方根值调节脉宽和幅值，在检测到肌肉达到疲劳阈值（50%）时电刺激停止。     

前额叶Gamma频段tACS对工作记忆影响的研究

基于行为学与脑电(Electroencephalogram EEG) 特征评估40Hz经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation, tACS）对工作记忆的影响，进一步探究40Hz经颅交流电刺激对脑电与认知功能的调节作用。选取34名被试，并在伪刺激或真刺激后参与工作记忆任务，同时采集被试的行为学数据与脑电数据，最终通过MATLAB与SPSS-26.0进行数据分析，得出40Hz经颅交流电刺激对脑电、行为学数据指标的影响。通过数据分析发现事件相关电位中P3a成分与P3b成分的幅值在不同刺激、不同任务量下表现出显著性，且被试在真刺激后顶叶区的theta-gamma相位幅值耦合显著提升。因此可以得出40Hz经颅交流电刺激使得事件相关电位(Event-related potential, ERP)相关成分幅值有显著变化，且能显著提升被试脑内的相位幅值耦合程度，从而提升了专注度，进而显著提升工作记忆的能力，使得相关行为学数据显著提高。     

脊髓微激励信号幅值对大鼠后肢运动的调控研究

脊髓功能电刺激能诱发因损伤或病理引起的运动功能缺损患者的肢体运动。然而,当前脊髓微激励信号参数对啮齿类动物后肢运动的调节机制尚未明确。为此,通过调节脊髓微激励信号的幅值,对大鼠后肢关节产生伸展响应和屈曲响应时各关节角度的变化值进行定量分析。实验分析表明:大鼠后肢产生伸展响应时,髋关节、膝关节与踝关节的角度变化值与刺激信号幅值的决定系数R~2分别为0.58、0.87、0.74;产生屈曲响应时各关节的角度变化值与刺激信号幅值的决定系数R~2分别为0.81、0.69、0.47。研究结果表明:大鼠后肢运动的各关节角度变化值与刺激幅值具有高度相关性。大鼠后肢产生伸展响应的最佳刺激信号的幅值范围为(40±5)μA;产生屈曲响应的最佳刺激信号的幅值范围为(80±10)μA。研究结果可为进一步研制后肢步态调控用脊髓刺激器提供参考。     

融合眼动追踪和目标动态可调的稳态视觉诱发电位脑机接口系统设计

针对视觉脑机接口应用过程中,刺激目标数量多且面积小时视觉响应不强,被试者疲劳时难以将注意力集中在同等大小刺激目标上的问题,设计了一种基于眼动追踪和视觉目标动态可调的脑机接口系统。该系统利用TCP/IP传输协议实现眼动信号和脑电信号的同步采集,并将眼动信号以视觉反馈的形式实时呈现在刺激显示界面,即有提示被试者视线落点位置以便集中注意力到目标刺激上的作用,起到控制目标刺激大小的作用。该系统结合了眼动追踪快速高效和稳态视觉诱发电位脑机接口(SSVEP-BCI)频谱稳定、信噪比高等优势,眼动反馈信号快速调控刺激目标增大并吸引被试者注意,以激发更高的脑电响应和提升识别正确率。将无眼动反馈刺激目标动态可变、无眼动反馈刺激目标不变作为对照组进行实验,结果表明:有眼动反馈目标动态可变的脑机接口系统能比无眼动反馈目标动态可变、无眼动反馈目标不变系统在更短的时间窗内达到80%以上的识别正确率,且具有更高的脑电响应幅值;在3 s时间窗内,有眼动反馈目标动态可变的脑机接口系统的平均识别正确率为92.97%,脑电响应幅值为1.824μV,高于平均识别正确率为88.39%及脑电响应幅值为1.379μV的无眼动反馈目标动态可变系统,且高于平均识别正确率为79.48%及脑电响应幅值为0.987μV的无眼动反馈目标不变系统,这表明有眼动反馈且刺激目标动态可调的脑机接口系统具有更好的识别效果且能诱发更高的脑电响应,工作性能更好。     

具有多种输出模式微弧氧化电源的单片机控制系统

介绍了一种具有多种输出模式微弧氧化电源的单片机控制系统。该系统以80C196KB单片机为核心,根据单片机实时采集的电压电流信号,通过PI控制,能获得恒压恒流两种输出特性。且在主电路拓扑结构的基础上,通过对可控硅触发和IGBT驱动的控制,能够产生脉冲幅值、频率、占空比连续可调的带放电回路脉冲、单极性脉冲和双极性脉冲3种输出模式。控制系统还与人机界面进行异步串行通讯,以获得操作人员预置的参数和发送需要实时显示的参数。经实践表明,该电源能很好地应用于实验研究及工业化生产。     

桂参止痛合剂镇痛作用的实验研究

使用光热法、电刺激法、化学刺激法、模拟成痛经、牙痛、三叉神经痛等模型以观察桂参止痛合剂对各种疼痛的疗效。结果表明 ,桂参止痛合剂 5、10、2 0ml kg剂量组可使家兔对热辐射所致疼痛反应的阈值明显提高 ;对电刺激家兔齿髓所产生咀嚼运动和摆头反应有明显的抑制作用 ,可明显提高家兔对电刺激所致疼痛反应的阈值 ;可明显抑制K+所致大鼠三叉神经痛 ;可极明显地抑制缩宫素所致大鼠痛经扭体反应的次数及发生率 ;可极明显抑制前列腺素E1所致小鼠子宫痉挛扭体反应的次数。     

基于变化速率的单变量报警系统设计

报警系统是现代工业安全运行的重要组成部分,其作用是检测工业信号的异常状态,以便操作人员能及时处理系统的异常运行状况。传统的单变量报警系统大多通过监测模拟信号的幅值变化来判断系统是否发生异常,当信号幅值超出报警阈值则触发报警。目前工业中有部分信号,明显需要根据变化速率来判断系统发生异常,因此,设计了一种新的报警系统——速率报警器,通过判断分布稳定的历史变化速率样本集合来确定速率信号的报警阈值,利用基于时间序列的分段线性表示法计算过程信号的变化速率并判断系统是否发生异常,提高了报警系统的性能,使用数据仿真和工业案例验证该方法的有效性。     

磁刺激对大鼠心电的影响及分析

为研究胸闷、心疼痛等疾病的机理,分析磁刺激导致心电变化的原因,选择大鼠若干只,接受不同频率不同强度的脉冲磁刺激,监测刺激开始前?进行中和结束后的心电信号,比较无外加刺激和刺激进行时?刺激结束后的异同;比较了施加不同强度不同频率刺激时心电的异同.结果表明,刺激进行时,在脉冲作用的瞬间,大鼠心电幅值超出无刺激时心电的若干倍,且频率一定时心电幅值随着线圈电流变化率的增大而增大;刺激结束后,刺激对心电的残余影响将随着刺激频率的逐渐降低而加剧.所以合适强度频率的磁刺激将会对恢复心肌功能、治疗心肌疾病产生积极的作用.     

抑制性突触输入对神经元发放率响应的影响

文章基于整合发放神经元模型,研究抑制性突触输入和外部周期刺激对神经元发放率的影响。数值结果表明:在突出输入等于阈值时,适当频率的抑制性突触输入对神经元发放率具有易化作用,对神经元发放率峰值具有延迟作用;在突出输入小于阈值时,抑制性突出输入抑制神经元膜电位发放;在外部刺激作用下,神经元发放率幅值与外部刺激有关,刺激频率越高,发放率幅值越小,刺激强度越大,发放率幅值越大。     

改进检测周期脉冲信号的非线性随机共振系统

在利用非线性随机共振系统检测周期脉冲信号的研究中,通常采用的非线性系统为双稳态系统。针对双稳态系统的两个结构参数不易调节,误差较大,限制了系统检测性能的提高。为了优化系统,提高系统检测性能,提出采用只有一个结构参数且具有积分放大作用的单稳态系统。通过分析信号频谱,对比信号幅值,证实结构参数取较小值的单稳态系统具有积分作用,易于调节。Matlab、Monte-Carlo仿真验证具有积分特性的单稳态系统可获得更佳的检测效果。     

小鼠电激怒实验中应用研制的智能化电刺激系统提高成模率的探索

摘要:目的 为提高小鼠电激怒模型制备成功率,研制了智能化电刺激系统以满足电激怒实验要求。 方法 电刺激系统由计算机窗口界面输入用户的控制参数,通过计算机系统与 STM32F103 单片机之间的 RS232 通讯,将用户输入的控制参数传入 STM32F103 单片机中,控制高压输出电路输出用户所需高压脉冲到鼠笼电极装置,以此激怒小鼠,并在动物实验中应用。 结果 制备小鼠激怒模型,通过采用计算机设定电刺激参数,使小鼠激怒模型制备的成功率达 90% ,并符合实验动物福利的“3R”原则要求,可以满足氯丙嗪对小鼠抗电激怒实验效果观察。 结论 研制的电刺激系统实现了计算机对刺激参数的智能化控制,技术性能可满足小鼠电激怒实验教学的要求。     

水下臭氧发生器的参数设计与特性研究

阐述了水下臭氧发生器的工作原理,建立了回路的微分方程,研究了回路中主要电气参数对高压脉冲放电电压幅值的影响。然后通过matlab/simulink对水下臭氧发生器的电气回路进行仿真,并根据电气回路仿真结果确定回路电气参数,设计并加工一台水下臭氧发生器进行试验研究。仿真和试验结果表明：适当选择回路参数和电源频率可以在电容C2上产生接近或超过两倍电源电压幅值的高压,为水下臭氧发生器参数选择提供理论依据。     

低频低强度超声场中玻璃微管机械作用研究

玻璃微管电极是迄今为止记录神经元微弱电信号最精密的工具，目前已有许多学者将其应用在超声神经刺激研究领域，但其适用性却还未得到检验。通过粒子冲击试验研究了玻璃微管尖端的液体流动，发现频率为500 kHz的低强度超声脉冲能在其尖端激发出强烈的尖锐边缘声流，且声流的影响范围达到数百微米；并利用光学显微图像研究了超声引起的玻璃微管尖端的横向振动，发现尖玻璃微管尖端产生的横向振动幅度也可达到微米量级。试验结果表明，使用传统的玻璃微电极作为超声神经刺激的记录工具可能会对被研究的神经组织带来额外的机械刺激，从而严重干扰超声刺激的试验结果。     

光电结合检测大鼠原代神经元胞内钙离子浓度方法的建立

摘要:目的 利用电刺激结合转盘共聚焦显微镜检测胞内钙离子浓度变化。 方法 钙离子变化是神经元发挥功能的关键因素。 本实验利用荧光探针 fluo-4AM 标记钙离子,电刺激兴奋神经元,转盘共聚焦技术检测胞内荧光强度的快速变化。 结果 成功制备了刺激电极,并结合转盘共聚焦系统检测到刺激前 10%左右的原代神经元有自发的钙离子升高,电刺激后,胞内钙离子迅速上升,刺激结束后,仍有周期性的升高,但幅度降低。 结论 电刺激结合转盘共聚焦检测到胞内刺激前后钙离子的快速变化。     

生物电脉冲治疗仪的设计与实现

低频脉冲对人体有多种生理作用和治疗作用,尤其在减轻肌肉酸痛和缓解精神压力方面.目前,利用电刺激疗法的治疗仪器已得到临床广泛应用,并取得较好的治疗效果.文中提出了一种人机交互界面友好、便携式生物电脉冲治疗仪,基于ATmega16微处理器内部PWM功能及滤波、功放、升压电路,产生1~90 V幅值可调,频率在0.1~200 Hz可控,脉宽范围为0.1~5 ms的脉冲波,可较逼真地模拟中医针灸、按摩等不同的刺激效果.     

脉冲电场作用下Hela细胞穿孔率研究

以宫颈癌Hela细胞为实验对象，利用自制脉冲电源和台盼蓝染色法计数，针对不同的电脉冲参数作用于Hela细胞上，研究了细胞可逆和不可逆电穿孔的场强阈值范围，重点研究了脉冲个数、脉冲宽度和电场强度对细胞不可逆穿孔率的影响，并选择了优化的参数组合。实验发现，在固定脉冲宽度50 μs和20个脉冲个数不变的情况下，Hela细胞出现可逆电穿孔（存活）的场强阈值范围分别为500～750 \begin{document}$ \mathrm{V}/\mathrm{c}\mathrm{m} $\end{document}，出现不可逆电穿孔（死亡）的场强阈值范围为750～1 000 \begin{document}$ \mathrm{V}/\mathrm{c}\mathrm{m} $\end{document}。在对电脉冲参数优化组合的实验中，Hela细胞的不可逆穿孔率随着脉冲个数、脉冲宽度和脉冲场强的增加而增加，最终趋于饱和。宜选择场强1 500 \begin{document}$ \mathrm{V}/\mathrm{c}\mathrm{m} $\end{document}、脉宽60 μs和70个脉冲的参数组合，不可逆穿孔率为93.42%。     

FPGA多通道视皮层刺激器

设计了一款用于视皮层视觉修复的基于FPGA的多通道视皮层刺激器。该刺激器由FPGA和外围电压/电流转换电路两部分组成。FPGA内部包括刺激脉冲发生器和多个多路选择器:刺激脉冲发生器产生各种形式的脉冲序列信号;多路选择器作为控制端实现对信号的选择,每一通道对应一个多路选择器,增加多路选择器即可实现通道的增加。FPGA输出的电压信号通过外围电压/电流转换电路,转换为电流信号后传入电极阵列。采用Altera公司Cyclone系列EP1C6型FPGA制作了四通道实验样机进行动物实验。采用猫作为实验对象,在猫的视皮层硬脑膜外左右两侧植入微电极,左侧接入刺激信号,右侧记录脑电,实验结果显示,视皮层能够响应来自对硬脑膜的电刺激,验证了所设计的刺激器是可行的。     

双层多晶FLOTOX E2PROM的阈值电压退化特性

基于FLOTOX E^2PROM结构，分析了影响FLOTOX E^2PROM可靠性的主要因素，包括可编程窗口退化、电荷保持特性退化及与时间有关的隧道氧化层击穿(TDDB)等，发现FLOTOX的可靠性与隧穿氧化层的质量密切相关．实验表明，擦／写电压应力周期、脉；中电压应力大小及脉冲宽度的变化都会影响FLOTOX E^2PROM阈值电压的变化，分析认为隧穿氧化层中产生的缺陷(陷阱电荷)是引起FLOTOX E^2PROM阈值电压退化的主要原因，隧道氧化层中的陷阱电荷通过影响注入电场使阈值电压增加或减少．     

基于1/f特征的生物电刺激仪研制

为了使人在电疗过程中避免对刺激的易受性以及能够获得使人感到舒适的"自然"电刺激，提出了基于"1/f波动"理论的电刺激参数设计方案，设计出一种可以与智能终端设备进行无线通信的便携式电刺激仪.分别从电脉冲频率、波宽、幅度、波形等方面进行设计，同时设计3组对照组实验，通过语义分析和方差分析法评估电刺激仪的体验感和疗效性.实验结果表明，采用1/f波动理论设计的电刺激仪各测试因素较其对照组在体验感上均F>F_{0.01（1，22）}，在疗效性上均F_{0.05（1，22）} < F < F_{0.01（1，22）}.     

新型数控遥测生产测井系统SGX-2的研制

介绍了一种命名为SGX 2的生产测井专用地面系统 ,它可与大多数常规生产测井下井仪配接 ,完成类似AT 系统的功能。该测井系统以高性能工业PC为控制中心 ,具有 8个 12位BGA模拟输入通道 ,其中有 2个专门用于CCL和电缆记号采集 ,3个可程控门槛电平的脉冲输入通道支持Manchester及单芯半双工电缆数据传输。数据采集、遥测及CBL VDL均为内嵌MPU的接口模块。系统软件是以OOP方法设计的纯 32位软件系统 ,运行于32位Windows操作系统 ,同时支持 8个中断源 ,功能较为齐全 ,界面友好 ,操作方便 ,在仪器的刻度、测井服务表、数据文件处理中采用了许多全新的处理方式 ,可以挂接Model82 0及Epson系统等多种测井曲线输出设备。