經(jīng)顱直流電刺激儀的設(shè)計(jì)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、經(jīng)顱直流電刺激儀的設(shè)計(jì)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文(學(xué)術(shù)學(xué)位)學(xué)生姓名：俞雪鴻指導(dǎo)教師：田學(xué)隆教授專(zhuān)業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科門(mén)類(lèi)：工學(xué)重慶大學(xué)生物工程學(xué)院二O一五年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要阿茲海默癥（Alzheimer’sdisease，AD），是一種誘因不明的神經(jīng)退行性疾病，臨床上主要表現(xiàn)為患者學(xué)習(xí)記憶能力、認(rèn)知判斷能力、語(yǔ)言理解和運(yùn)動(dòng)功能的進(jìn)行性衰退。近年來(lái)AD的患病人數(shù)越來(lái)越多，不僅給患者本身帶來(lái)了極大的痛苦，同時(shí)

2、還給患者的家庭，仍至社會(huì)都帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。然而現(xiàn)有治療方案的效果卻不是很理想。經(jīng)顱直流電刺激（transcranialdirectcurrentstimulation，tDCS）因?yàn)樗哂袩o(wú)創(chuàng)，易于實(shí)現(xiàn)、性?xún)r(jià)比高、安全方便等特點(diǎn)，以及日益被證實(shí)在治療AD上的有效性，已逐漸引起人們的重視。針對(duì)臨床研究的需要和國(guó)內(nèi)經(jīng)顱直流電刺激儀市場(chǎng)空白這一現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)了一款基于FPGA的經(jīng)顱直流電刺激儀。該刺激儀以FPGA芯片EP2C35F672C6為控

3、制核心，結(jié)合VHDL編程，F(xiàn)PGA實(shí)時(shí)響應(yīng)外界對(duì)刺激參數(shù)的設(shè)置申請(qǐng)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的模塊產(chǎn)生強(qiáng)度可調(diào)、頻率或周期可調(diào)、脈寬可調(diào)、刺激波形可選的數(shù)字式刺激信號(hào)，并通過(guò)DA轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)向模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后對(duì)模擬信號(hào)加以恒流處理，最后輸出的刺激電流通過(guò)表面電極作用于患者的靶區(qū)域。此外，該刺激儀中還增加了電極接觸情況監(jiān)測(cè)功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刺激過(guò)程中電極接觸情況。最后利用所設(shè)計(jì)的刺激儀開(kāi)展tDCS在AD大鼠動(dòng)物模型上的應(yīng)用研究。論文首先闡述了AD

4、當(dāng)前所面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)和治療瓶頸，由此引出tDCS。然后通過(guò)分析tDCS在AD臨床實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果以及兩款經(jīng)顱直流電刺激儀的性能參數(shù)，確定了刺激儀的設(shè)計(jì)指標(biāo)。其次詳細(xì)介紹了刺激儀的硬件電路的設(shè)計(jì)，包括電源管理模塊、人機(jī)交互模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、恒流源模塊以及電極接觸情況監(jiān)測(cè)模塊等。接下來(lái)介紹了刺激儀的軟件模塊化的設(shè)計(jì)，主要完成刺激波形生成模塊、刺激時(shí)間設(shè)置模塊、DA轉(zhuǎn)換控制模塊、按鍵控制模塊和顯示控制模塊的設(shè)計(jì)。完成整機(jī)的設(shè)計(jì)后，對(duì)其進(jìn)行了調(diào)試

5、，結(jié)果顯示刺激儀的各項(xiàng)性能指標(biāo)基本達(dá)到預(yù)期要求。最后，為了檢測(cè)經(jīng)顱直流電刺激儀在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)，驗(yàn)證tDCS對(duì)AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶功能障礙的改善作用，運(yùn)用刺激儀對(duì)AD大鼠模型的右側(cè)額葉區(qū)施加不同強(qiáng)度的重復(fù)陽(yáng)極tDCS，并通過(guò)行為學(xué)和病理學(xué)方法評(píng)價(jià)tDCS對(duì)AD大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響，分析tDCS對(duì)AD的作用機(jī)制。結(jié)果顯示100?A和200?A的tDCS對(duì)AD大鼠學(xué)習(xí)記憶功能障礙具有顯著的修復(fù)作用。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：經(jīng)顱直流電刺激，F(xiàn)PGA