中国生物医学工程学报
中國生物醫學工程學報
중국생물의학공정학보
CHINESE JOURNAL OF BIOMEDICAL ENGINEERING
2013年
2期
169-177
,共9页
徐琦%胡能宇%周厚纶%王熠钊
徐琦%鬍能宇%週厚綸%王熠釗
서기%호능우%주후륜%왕습쇠
表面阵列电极%激励函数%优化设计%粒子群算法
錶麵陣列電極%激勵函數%優化設計%粒子群算法
표면진렬전겁%격려함수%우화설계%입자군산법
表面阵列电极在改进刺激选择性和控制能力方面具有优越性能,其中电极设计和刺激波形对于神经肌肉电刺激效果具有重要影响.针对手功能康复需求,采用大小电极触点交叉排列的表面阵列电极,对人体前臂组织实施直流阴极刺激；基于人体前臂的简化层次模型,通过有限元法仿真人体前臂组织的电场分布,使用神经纤维激励函数表征外加电场对神经轴突电活动的影响.在此基础上,选择前臂深层神经纤维激励函数的峰值和半宽度乘积之比作为靶向性能评价函数,利用粒子群算法对表面阵列电极的触点尺寸和间距进行优化设计.结果发现,当大、小触点尺寸分别为9.80和10.72 mm时,阵列电极的靶向性能最优,靶向性能评价函数最大值为11 252.68 V/m4.对比不同刺激波形作用下随时间变化的人体前臂深层神经纤维激励函数最大值,发现矩形波刺激下神经纤维激励函数最大值可达3.448 V/m2,稍高于其他刺激波形,有利于神经纤维的激活,从而为表面阵列电极设计和制定刺激处方提供理论指导.
錶麵陣列電極在改進刺激選擇性和控製能力方麵具有優越性能,其中電極設計和刺激波形對于神經肌肉電刺激效果具有重要影響.針對手功能康複需求,採用大小電極觸點交扠排列的錶麵陣列電極,對人體前臂組織實施直流陰極刺激；基于人體前臂的簡化層次模型,通過有限元法倣真人體前臂組織的電場分佈,使用神經纖維激勵函數錶徵外加電場對神經軸突電活動的影響.在此基礎上,選擇前臂深層神經纖維激勵函數的峰值和半寬度乘積之比作為靶嚮性能評價函數,利用粒子群算法對錶麵陣列電極的觸點呎吋和間距進行優化設計.結果髮現,噹大、小觸點呎吋分彆為9.80和10.72 mm時,陣列電極的靶嚮性能最優,靶嚮性能評價函數最大值為11 252.68 V/m4.對比不同刺激波形作用下隨時間變化的人體前臂深層神經纖維激勵函數最大值,髮現矩形波刺激下神經纖維激勵函數最大值可達3.448 V/m2,稍高于其他刺激波形,有利于神經纖維的激活,從而為錶麵陣列電極設計和製定刺激處方提供理論指導.
표면진렬전겁재개진자격선택성화공제능력방면구유우월성능,기중전겁설계화자격파형대우신경기육전자격효과구유중요영향.침대수공능강복수구,채용대소전겁촉점교차배렬적표면진렬전겁,대인체전비조직실시직류음겁자격；기우인체전비적간화층차모형,통과유한원법방진인체전비조직적전장분포,사용신경섬유격려함수표정외가전장대신경축돌전활동적영향.재차기출상,선택전비심층신경섬유격려함수적봉치화반관도승적지비작위파향성능평개함수,이용입자군산법대표면진렬전겁적촉점척촌화간거진행우화설계.결과발현,당대、소촉점척촌분별위9.80화10.72 mm시,진렬전겁적파향성능최우,파향성능평개함수최대치위11 252.68 V/m4.대비불동자격파형작용하수시간변화적인체전비심층신경섬유격려함수최대치,발현구형파자격하신경섬유격려함수최대치가체3.448 V/m2,초고우기타자격파형,유리우신경섬유적격활,종이위표면진렬전겁설계화제정자격처방제공이론지도.
