經顱直流電刺激儀的設計及動物實驗研究.pdf

1、經顱直流電刺激儀的設計及動物實驗研究重慶大學碩士學位論文(學術學位)學生姓名：俞雪鴻指導教師：田學隆教授專業(yè)：生物醫(yī)學工程學科門類：工學重慶大學生物工程學院二O一五年四月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要阿茲海默癥（Alzheimer’sdisease，AD），是一種誘因不明的神經退行性疾病，臨床上主要表現為患者學習記憶能力、認知判斷能力、語言理解和運動功能的進行性衰退。近年來AD的患病人數越來越多，不僅給患者本身帶來了極大的痛苦，同時

2、還給患者的家庭，仍至社會都帶來了沉重的負擔。然而現有治療方案的效果卻不是很理想。經顱直流電刺激（transcranialdirectcurrentstimulation，tDCS）因為它具有無創(chuàng)，易于實現、性價比高、安全方便等特點，以及日益被證實在治療AD上的有效性，已逐漸引起人們的重視。針對臨床研究的需要和國內經顱直流電刺激儀市場空白這一現狀，開發(fā)了一款基于FPGA的經顱直流電刺激儀。該刺激儀以FPGA芯片EP2C35F672C6為控

3、制核心，結合VHDL編程，FPGA實時響應外界對刺激參數的設置申請，驅動相應的模塊產生強度可調、頻率或周期可調、脈寬可調、刺激波形可選的數字式刺激信號，并通過DA轉換電路實現數字信號向模擬信號的轉換，然后對模擬信號加以恒流處理，最后輸出的刺激電流通過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)測功能，實時監(jiān)測刺激過程中電極接觸情況。最后利用所設計的刺激儀開展tDCS在AD大鼠動物模型上的應用研究。論文首先闡述了AD

4、當前所面臨的嚴峻形勢和治療瓶頸，由此引出tDCS。然后通過分析tDCS在AD臨床實驗中的結果以及兩款經顱直流電刺激儀的性能參數，確定了刺激儀的設計指標。其次詳細介紹了刺激儀的硬件電路的設計，包括電源管理模塊、人機交互模塊、DA轉換模塊、恒流源模塊以及電極接觸情況監(jiān)測模塊等。接下來介紹了刺激儀的軟件模塊化的設計，主要完成刺激波形生成模塊、刺激時間設置模塊、DA轉換控制模塊、按鍵控制模塊和顯示控制模塊的設計。完成整機的設計后，對其進行了調試

5、，結果顯示刺激儀的各項性能指標基本達到預期要求。最后，為了檢測經顱直流電刺激儀在實際應用中的表現，驗證tDCS對AD大鼠的學習記憶功能障礙的改善作用，運用刺激儀對AD大鼠模型的右側額葉區(qū)施加不同強度的重復陽極tDCS，并通過行為學和病理學方法評價tDCS對AD大鼠學習記憶能力的影響，分析tDCS對AD的作用機制。結果顯示100?A和200?A的tDCS對AD大鼠學習記憶功能障礙具有顯著的修復作用。關鍵詞：關鍵詞：經顱直流電刺激，FPGA