基于伪影模板的术后电极定位方法

术后电极位置及轨迹信息是脑深部刺激临床疗效评估的有效工具,但是核磁图像中电极伪影严重地影响了术后电极位置的准确估计。该文提出基于核磁图像电极伪影估计术后电极位置的方法,进而确定电极与靶点核团之间的位置关系,有助于明确治疗疗效与电极定位之间的联系,更好地指导外科医生规划最佳植入通路和程控。进行了电极伪影体模实验和分析了10名帕金森病患者脑部核磁图像,结果表明:该方法可以测量电极在丘脑底核中的位置,并具有较小测量误差。     

双面微电极阵列芯片力电特性的有限元仿真

为了指导脑深部电刺激动物实验中电极植入手术操作和电极植入后刺激参数的选择,针对自主研发的双面硅基微电极阵列,利用有限元建模和仿真方法,对其植入过程中电极与脑组织作用的力学特性和植入后电流刺激下的电学特性进行了探究。仿真基于Comsol Multiphysics有限元建模软件,首先依据微悬梁臂结构对电极进行建模,并将脑组织简化为各向同性的圆柱体以便于问题的分析和求解;然后,依据电极和脑组织的材料特性、仿真要求、模型尺寸进行相应的参数设置和网格划分;最后通过求解器得到仿真结果。力学仿真表明:当电极尖端载荷达到0.14N时微电极达到强度极限,电极植入过程中推力达到0.06N且硬脑膜位移形变为0.8mm时被穿破。电学仿真表明:双面双极刺激下电流强度增大,刺激范围在三维空间方向上同比增大;比较不同的刺激模式,单面刺激的流线弯曲和收敛程度较双面刺激大,导致刺激范围减小,影响了大于改变此电极刺激触点与参考触点的距离。通过动物实验证实了所得结果的有效性和可靠性。     

基于神经电极形状参数的脑组织微动损伤仿真

为了预测脑组织微动损伤,采用数值仿真法,基于超黏弹性本构对神经电极-大脑组织模型进行数值仿真,分析了神经电极形状参数(过渡圆角、楔形角、厚度)对脑组织微动损伤的影响规律.结果表明:圆角半径为20μm时最大应变与损伤区域均控制在较小范围;楔形角取为70°可降低最大应变10.34%,减少损伤区域34.52%;电极厚度为15μm时损伤区域最小.     

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。     

基于有限元分析的静电探测器电极设计

根据静电理论,研究了利用旋叶式三维静电探测器对空中目标进行测向的方法.根据三维静电探测器测得的三路信号可实时给出目标方位角和俯仰角.分析了感应电极叶片数量与感应电流幅值之间的关系,应用有限元分析软件ANSYS对静电探测器电极结构进行了设计仿真计算,对不同叶片数的探测电极的感应电荷变化量进行仿真,分析了边缘效应的影响.根据计算结果给出了静电探测器电极的优化设计参数,为旋叶式三维静电探测器电极设计提供基础和指导.     

脑深部刺激电极的结构优化及其模拟分析

为了进一步揭示脑深部电刺激术中微脑电极的结构与电刺激参数之间的关联作用对神经活动的抑制机理,利用有限元方法,研究微脑电极刺激触点结构对其作用区域的刺激范围和刺激程度.分析结果表明,电极触点阵列,特别是触点长度和触点间距是微脑电极结构尺寸中的关键因素,也是对脑电极作用区域影响最大的结构尺寸.电极触点长度或触点间距的增加将会增大对脑部的刺激强度和刺激范围,同时触点长度2倍于触点间距将使得脑部的刺激更加平稳、有效.电极触点长度和触点间距不仅直接影响其作用位置,而且影响其对脑部作用区域的刺激强度和刺激范围的变化规律.研究结果为微脑电极的构建提供了新的设计依据.     

多柄鱼骨状神经电极的微动模拟与优化设计

为了提高电极的长期有效性,基于鱼骨状神经电极,采用有限元模拟对电极-脑组织界面的微动进行了动力学分析.将该电极与传统商业电极的力学性能进行对比,验证了鱼骨状设计对降低脑组织微动损伤的有效性,并揭示了电极柄数对脑组织应力应变的影响.基于电极位点分布的合理性和最优化原则,提出了一种新型鱼骨状多柄电极.与原鱼骨电极相比,新型鱼骨电极的应变、应力和变形分别降低了73.23%、48.78%和76.92%.将该新型电极与同位点分布的商业三杆电极进行对比,结果表明,在采集到的电信号相同时,新型电极大幅降低了脑组织应变.预期该电极的寿命可以得到有效延长.     

神经电极组合参数对脑组织微动损伤影响研究

神经电极的长期有效性是影响其临床应用的关键因素,而电极的最优化设计是解决该问题的根本途径。为对神经电极进行优化设计,基于正交试验设计思想,采用有限元仿真法对电极-脑组织界面的微动进行一系列动力学分析,研究了神经电极的5个基本参数(针尖圆角、楔形角、电极厚度、刚度及表面摩擦系数)及其交互作用对脑组织微动损伤的综合影响,并揭示了各因素的影响程度及最优组合。结果表明,电极圆角、楔形角及厚度对脑组织损伤具有极为显著的影响。考虑到因素间的交互作用,电极的最优参数为圆角20μm,楔形角45°,厚度40μm,杨氏模量200 GPa,摩擦系数0.1。     

基于正交试验方法的柔性神经电极优化设计

对柔性神经电极进行优化设计,综合弹性模量、电极厚度、楔形角这3个参数进行研究,利用正交试验设计的思想设置试验组,采用ANSYS软件研究不同试验组的脑组织最大应变,并根据试验结果提出组合式柔性神经电极的设计思路.研究结果表明,在弹性模量为8.5 GPa、电极厚度为15μm、楔形角为45°的情况下,微动造成的脑组织最大应变最小,为5.562 7×10~(-2).一种中间层聚合物弹性模量为5.5 GPa,两边层聚合物弹性模量为8.5 GPa的三明治结构的组合式柔性电极,在微动损伤以及植入形变上均具有一定的优势.     

脑深部神经刺激微电极的表面改性研究

为了提高脑深部刺激电极的生物相容性,降低脑组织的免疫反应,减少或抑制电极周围包裹物的形成,对电极植入端聚氨酯材料进行了表面改性处理.首先用N₂/H₂进行等离子体处理,在电极表面生成活性基团——氨基,再利用电极表面的氨基基团与YIGSR多肽分子发生聚合反应,从而实现在电极表面修饰上对神经细胞具有促进生长作用的多肽分子.改性电极的大鼠植入实验结果发现,改性电极能够在一定程度上减少胶质包裹物的形成,有利于电极与神经细胞之间接触,增加有效刺激体积,证明了电极聚氨酯材料表面接枝聚合生物大分子的可行性,对今后电极表面改性的深入研究具有一定的参考意义.     

全隔离三维介电泳微粒分选芯片的设计及验证

本文设计制备了集成电路(IC)工艺兼容的三维电极阵列的介电泳芯片.芯片中的三维电极位于微流道的侧壁,且与流体完全隔离.芯片具有完全避免电极玷污和大幅降低电极表面强电场对生物样本活性损伤的优势.多物理场耦合分析软件(COMSOL)仿真表明外加100kHz,15Vrms的交变电场时10μm微粒完全分选.实验验证表明:当外加100kHz,20Vrms的交变电场时,9.9μm微粒的分选率为72.6%.     

情感识别中脑电漂移数据的校正方法

本研究针对脑电信号在采集过程中出现的漂移情况,采用支持向量机分类器,分析了节律对数功率、分形维数和信号熵等9种特征,研究了脑电漂移数据对情绪分类的影响;同时,采用拟合求差的方法,尝试对脑电漂移数据进行校正.实验结果表明:脑电漂移数据会导致情绪分类正确率下降,而拟合求差法可以在一定程度上补偿漂移数据对分类造成的不利影响.仿真结果显示:不存在漂移数据时,样本熵和θ节律功率对数两种特征的情绪分类效果最好,而存在未经校正的漂移数据时,δ节律功率对数特征的情绪分类结果最好;漂移数据校正后,样本熵和δ节律功率对数两种特征的情绪分类结果最好.     

基于柔顺机构的减振神经电极的设计与评估

为了提高神经电极长期稳定性,提出基于柔顺结构的新型减振神经电极的设计思路,对其柔性铰链进行建模分析,并采用有限元方法对电极-脑组织界面的微动进行静态分析和模态分析,研究了不同方向微振对电极-脑组织界面力学状态的影响,对新型减振电极与原电极的力学性能进行对比评估.结果显示,新型减振电极可以有效改善微振动环境下的应力状态:在横向微振环境下,有效降低最大应力6.64%;纵向微振环境下,有效降低最大应力4.47%;其二、三阶固有频率为3~8Hz,可避开微振的频率范围.新型减振电极可显著提高电极的减振能力,预期可有效提高电极工作寿命.     

基于有限元分析的石英晶体微天平电极结构优化设计

针对某些电极结构会破坏石英晶体微天平厚度切变振动模态单一性的问题,该文提出了基于有限元分析优化设计电极结构的方法.该方法直接对原始问题的机电耦合进行三维分析,计算出更加准确的设计参数.基于有限元分析软件ANSYS10.0对石英晶体微天平进行三维建模,验证了建模的正确性,并对不同电极结构尺寸进行仿真计算,对出现的耦合情况进行了分析,通过实验结果对比,提出较佳电极尺寸结构为厚度100 nm,半径3 mm;为解决金电极能陷效应不够理想的问题,提出在晶片上下表面筑平台的设计,有限元计算结果表明此设计能改善电极区的能陷效应,并且较佳平台高度为9.8 μm.     

基于压缩Voxel模型的整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真验证

提出了基于压缩Voxel模型的整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真、验证新方法.该方法首先构造整体涡轮叶盘仿真工件、成型电极压缩Voxel模型,再根据数控加工轨迹构造成型电极扫描体,最后在三维虚拟空间完成加工过程仿真.利用Marching Cubes方法提取仿真工件表面三角网格,增强了仿真工件显示质量和速度.通过仿真工件压缩Voxel模型与标准CAD模型的三维对比实现了仿真结果分析验证.该方法在某航天火箭发动机整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程仿真与验证中得到了应用,效果良好.     

基于电极产热分布的锂离子动力电池热模型

在锂离子电池得到广泛使用的同时,热安全一直是制约锂离子电池进一步发展的重要障碍。通过构建锂离子电池二维电极电-热模型和三维单电池热模型,将二维电极产热分布加载到三维单电池热模型中,同时将三维单电池热模型的温度分布映射到二维电极模型上。对比绝热环境下1C放电和2C放电仿真与实验数据,表面温度与产热率误差均小于5%。基于电极产热分布的热模型可以准确的模拟不同工况下单电池的产热率和温度分布。仿真结果表明产热率在电极上的分布随放电时间而变化;放电倍率对电池温度分布规律没有影响,中心区域温度最高;放电倍率越大,单电池内的温差越大。     

永久性人工心脏起搏器术后并发症58例临床分析

目的 探讨永久性人工心脏起搏器术后并发症的预防处理对策.方法 58例进行了经左锁骨下静脉的永久性人工心脏起搏器安装.结果 58例中有1例发生术后感染,4例发生起搏器综合征,5例发生心房纤颤,无1例发生电极脱位和静脉血栓.并发症总发生率为17.24%.结论 起搏器术后并发症的预防包括:预防切口感染、渗血;防止电极移位;严密心电监护;加强生活护理和健康教育.     

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。     

等边距直线槽导向切割法对大截面及大厚度脑组织切片的便捷制备

为解决猪脑、牛脑等大截面及大厚度切片难以高质量制作的问题,本文基于两平行平面之间的空间为等厚大截面切片结构的原理,提出了一种等边距直线槽导向切割法,设计了相应的便捷制备装置,阐明了装置的关键连接关系,描述了大截面及大厚度脑组织切片的制备过程,并便捷制备了含丘脑底核穿刺路径的、上下表面平行且整齐、厚度为5 mm的脑组织切片.     

基于三维有限元的电容层析成像正问题仿真

介绍了一种基于三维有限元仿真电容层析成像正问题的方法,仿真模型更接近物理模型,基于Matlab6.1仿真平台,计算出系统空场、满场时典型检测电极电容值,为提高电容层析成像技术的可靠性、灵敏性作了有益的尝试.