針狀腦部植入電極微動(dòng)損傷與植入損傷研究.pdf

1、腦機(jī)接口（Brain-computer interface，BCI）技術(shù)在大腦神經(jīng)系統(tǒng)與外部環(huán)境間建立了一種全新的交流方式，對(duì)于它的研究在理論與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中有著巨大的前景。研究和發(fā)展腦機(jī)接口技術(shù)不僅可以有助于人類自身對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)原理的了解，更重要的是可以幫助神經(jīng)性疾病或殘疾患者以及交流障礙者恢復(fù)他們的控制和交流功能。
　　腦部植入式神經(jīng)電極作為腦機(jī)接口系統(tǒng)一個(gè)重要的構(gòu)成部分，具有空間分辨率和信噪比高以及信號(hào)后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前

2、神經(jīng)電極微動(dòng)損傷與植入損傷造成的神經(jīng)組織炎性反應(yīng)已成為影響神經(jīng)電極長(zhǎng)期壽命的重要因素。如何減少神經(jīng)電極在植入過程產(chǎn)生的植入損傷和植入后產(chǎn)生的長(zhǎng)期微動(dòng)損傷，以提高電極的長(zhǎng)期壽命是植入式神經(jīng)電極技術(shù)面臨的重大挑戰(zhàn)。
　　本文首先采用數(shù)值仿真法預(yù)測(cè)腦組織微動(dòng)損傷，基于超粘彈性材料本構(gòu)對(duì)神經(jīng)電極-腦組織模型進(jìn)行有限元分析，計(jì)算了神經(jīng)電極形狀參數(shù)（包括過渡圓角、楔形角、厚度）對(duì)于微動(dòng)損傷的影響規(guī)律；其次分別基于單元?jiǎng)h除法與內(nèi)聚力模型法研究神

3、經(jīng)電極在植入過程中產(chǎn)生的植入損傷，考察神經(jīng)電極楔形角、植入速度、電極流線型以及電極剛度對(duì)急性損傷的影響規(guī)律；最后建立了神經(jīng)電極植入損傷評(píng)估測(cè)試系統(tǒng)，基于數(shù)字圖像相關(guān)法，研究了腦組織模型在不同電極形狀參數(shù)和植入速度下的變形場(chǎng)。
　　本文研究結(jié)果如下：（1）20μm圓角半徑可將最大應(yīng)變與損傷區(qū)域控制在較小范圍；70°楔形角可使最大應(yīng)變降低10.34％，損傷區(qū)域減少34.52%；電極厚度為15μm時(shí)損傷區(qū)域最小。（2）相比90°楔角，1

4、50°楔角產(chǎn)生的應(yīng)變值增加37.1%；100μm/s慢速植入時(shí)，植入路徑上組織應(yīng)變值均高于57%，500μm/s較高速植入時(shí)路徑上組織應(yīng)變均低于25%；而電極剛度對(duì)植入損傷影響不明顯。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較小的楔形角、外凸流線型和較高的植入速度有利于降低電極植入損傷?；趽p傷測(cè)試結(jié)果，提出一種新型神經(jīng)電極設(shè)計(jì)，電極采用半圓角尖端，并涂覆可降解帶流線型蠶絲蛋白涂層，所設(shè)計(jì)電極兼具低植入損傷與微動(dòng)損傷，對(duì)提高神經(jīng)電極長(zhǎng)期工作壽命具有積極作用