目的:本研究的目的是全面概述耳蜗电图的电生理及其历史，讨论其在人工耳蜗植入中新近的应用，并探讨在这个不断深入领域中所开展的研究。耳蜗电图是一种记录内耳不同组分和外周蜗神经对声刺激反应产生电位的电生理技术。耳蜗电图可解析为：① 耳蜗微音电位，② 听神经音电位，③ 总和电位，④ 听神经复合动作电位。数十年来，随着技术上的不断改进，对记录电位的理解也在不断更新。耳蜗电图历来主要应用于梅尼埃病的诊断评估。然而，近十年来耳蜗电图的应用聚焦到人工耳蜗植入上。具有残余听力的患者在人工耳蜗植入后，联合电声刺激可以改善听力和言语。尽管术者在电极插入过程中尽量减轻组织损伤，但患者术后听力保存率各异。在植入耳蜗期间，当术者插入电极阵列时，实时耳蜗电图可以检测耳蜗局部区域诱发的频率特异性耳蜗微音电位。在耳蜗外记录耳蜗电图，记录电极可以放置于鼓岬、镫骨或鼓膜。耳蜗内耳蜗电图记录可以通过将记录电极插入耳蜗，或者使用人工耳蜗中的1个电极作为记录电极。术中耳蜗电图信号的丧失可能提示电极插入导致的耳蜗损伤，然而两者之间的关系尚存在争议。在人工耳蜗电极植入时监测耳蜗损伤有望改善听力保留结果、改良手术技术以及改进电极设计。

目的:设计一种全集成多通道植入式脑机接口电刺激系统。方法:上位机人机界面由用户进行参数设置，并以自建协议进行数据打包，通过蓝牙模块传递至现场可编程门阵列（FPGA）芯片端，参数解析完成后对刺激芯片进行控制，从而输出用户设置指标的电流刺激。为验证系统可行性分别测试单通道输出波形准确性、多通道输出能力以及参数可调范围。结果:设计了一种全集成多通道植入式脑机接口电刺激系统，实现了16通道分时输出差分刺激电流，输出刺激电流为双相等宽脉冲，脉冲幅度范围4～1 000 μA，脉冲单相宽度范围10～1 000 μs，周期时长1～1 000 ms，电流参数可精确调控。结论:设计了一种全集成多通道植入式脑机接口电刺激系统。

为实现双极射频美容仪对皮下不同深度真皮组织均匀分层加热,本研究设计了一种分时三选通模式的点阵射频电极阵列.首先,以双极电极间距与加热深度之间的关系为核心进行点阵设计,实现在不同选通模式下,射频电路中不同间距双极性电极对组合工作,使射频能量达到预定加热靶点位置;之后,将已剥离脂肪的新鲜猪皮固定后,使用自研的分时三选通点阵射频美容仪进行加热实验,三种点阵电极间距分别为 2.00、3.84 和 5.57 mm.结果表明,作用于不同皮下深度组织的三种间距电极阵列,有效加热面积依次扩大,分时全选通状态下均匀加热面积可达 642 mm2,能实现对皮下不同深度真皮组织均匀分层加热.

目的:设计制作一种用于阵列电极的便携式生物电刺激器.方法:下位机采用STM32L432KC作为硬件核心,设计小型DC-DC升压模块和光电隔离式双极性压控恒流源,通过串并转换芯片和光耦合双向可控硅选通电极输出电流;上位机采用Eclipse开发了在嵌入式Android系统下的人机交互软件,可以通过蓝牙模块以无线的方式灵活调节刺激电流幅值、脉宽、频率和电极选择方案.结果:刺激器能够选择最佳的刺激位点和刺激强度,为生物电刺激的临床应用和科学研究提供便利.结论:该仪器体积小、稳定性好、功耗低、操作方便,具有临床研究与推广价值.

目的 设计并实现一种通用的多通道神经电生理刺激实验平台软件.方法 从逻辑架构上采取软硬件分层的设计,避免了对具体硬件的过度依赖.在保证与现有设备兼容的前提下,基于.NET Frameworks平台开发可扩展的控制算法,实现多通道、可反馈的程控刺激输出.软件具有刺激/记录功能,可在实验过程中动态改变刺激程序与切换电极,且具有良好的人机交互界面.结果 测试结果表明,该软件可稳定控制刺激器,并根据用户提供的参数(选定电极、幅值、间隔等)生成随机刺激序列和同步控制信号;在刺激序列中各电极切换时延为600 ms级.结论 该软件对现有设备系统具备良好的兼容性,可针对多导联神经电生理刺激研究的特性和需求实现多通道、实时 、可反馈的程控刺激输出,允许在运行时动态改变刺激程序并切换电极,为网络层级神经网络反馈回路的机理研究提供了工具.

目的 膈肌表面肌电信号是评价呼吸功能的客观指标之一,在采集过程中,电极放置位置的不同对膈肌表面肌电信号的质量有很大的影响,因此需要对放置采集电极的位置科学定位以获得较好质量的膈肌肌电信号.方法 首先以某健康受试者的深呼、深吸两相下的CT图像为依据,通过医学建模软件Mimics重构膈肌深呼、深吸两相下的模型,测量并对比各自的膈肌长度参数,获得深呼、深吸两相下膈肌与肋骨的公共重合区域即对合区域,以此确定体表采集位置的范围.其次,设计膈肌表面肌电信号采样点实验,在上述位置上,采用64通道阵列电极获得同一健康受试者深呼吸时的肌电信号,计算各采样点去除心电噪声后的运动/静息比(Rij),并以此评价所采集的膈肌表面肌电信号的质量.结果通过采样点实验验证膈肌模型与Rij分布的一致性,进一步确定了膈肌表面肌电信号采集的较佳位置.结论 人体右侧腋前线与第8～9根肋骨间,采集的膈肌肌电信号质量较好,并且略远离心脏的右侧区域采集到的信号更好.

目的 针对脑瘫、帕金森病等严重影响患者运动、感觉能力的神经性疾病,尝试建立面向非人灵长类动物的、能同时评价运动功能、感觉功能的行为学体系,探索通过行为学数据和电生理学数据评价治疗神经性疾病的药物疗效的可行性.方法 设计了一种面向猕猴的、能同时评价运动和感觉功能的实验装置,在猕猴大脑的初级感觉皮质(S1)、初级运动皮质(M1)和后顶叶皮质(PPC)植入微电极阵列,记录猕猴在完成运动、感觉相关的行为任务时的皮质内神经信号,对行为学数据、动作电位信号(spike)和局部场电位信号(LFP)进行统计与解析.结果 建立了全新的能同时评价运动与感觉能力的实验平台,实现了对行为学数据与电生理学数据的同步采集与分析.结果 显示,运动感觉功能正常的猕猴经过训练后完成任务的成功率为94.96％;不同脑区的神经元具有不同的发放模式,同一神经元的spike发放率在不同的行为阶段会发生变化;单脑区和脑区间的LFP在β频段的相干性会随运动阶段和抓握物体大小的变化发生显著改变.结论 任务成功率和平均运动时间能评价触觉分辨与运动能力的改变;单神经元spike发放率变化能评价单神经元活动强度的变化;LFP信号间的相干性改变能间接反映脑区之间的信息交互能力的变化.该文设计了一种新的能同时评价运动能力、感觉能力及相关脑神经信息交互能力的体系,为相关神经药物评价提供了潜在的多层面评价技术.

电极拓扑是经颅直流电刺激(tDCS)刺激装置设计的关键,对经颅直流电刺激的刺激效果和安全性起决定性作用.为满足临床和研究中对于刺激效果不断提高的要求,近年来各种新电极拓扑相继被提出,其结构和刺激效果也有所不同.将现有的典型电极拓扑根据结构特点和控制策略进行归纳分类,分别是两电极、多返回电极以及电极阵列这三类电极拓扑.通过建立量化评价指标聚焦度F和电流效率μ,从量化指标对三类电极拓扑的性能进行系统的量化评价和对比,指出各电极拓扑的刺激效果和特点.最后,总结现有电极拓扑在聚焦度、电流效率、可操作性方面存在的问题和矛盾,在此基础上,针对发展现状给出电极拓扑未来的发展方向:在保证安全性的前提下,改善高性能电极拓扑的可操作性,着重解决由于各层组织电特性差异造成的聚焦度较差和电流效率过低问题.

为了解决现有电刺激系统刺激通道数过少和缺乏刺激效果反馈的问题,本文设计了一种带有表面肌电反馈的功能性阵列电极电刺激系统,通过体外实验和人体试验,首先验证了系统的有效性;然后证实了达到相同的刺激阶段所需刺激电流的安培数在个体间存在差异,且男性所需刺激电流的安培数一般大于女性;最后本文验证了如果达到相同的刺激阶段,使用方波刺激比使用微分波刺激所需刺激电流的安培数要小.本文设计的这一系统结合阵列电极和表面肌电反馈系统,提高了电刺激的准确性,实现了对电刺激过程中反馈的表面肌电信号的全程记录,并且电刺激参数可随着反馈的肌电信号变化而变化.电刺激系统与表面肌电反馈系统共同作用形成了一个闭环的电刺激工作系统,可达到提高电刺激康复治疗效率的目的.综上所述,本文开发设计的具有表面肌电反馈的功能性阵列电极电刺激系统操作简单、体积小、功耗低,为今后将电刺激康复治疗设备引人家庭奠定了基础,也可为今后开发同类型产品提供一定的借鉴和参考.

脉冲电场(PEF)提供高能瞬时脉冲释放能量至心肌细胞膜,产生不可逆电穿孔,细胞内容物泄漏,破坏细胞内环境稳态,导致细胞死亡,炎症反应轻微.PEF作为非热消融能量来源,推动心律失常消融导管的设计及应用进入了新的阶段.目前已明确双相PEF为PEF消融最优波形.9极中空环形阵列电极IRE消融导管、篮状花瓣状IRE消融导管及可同步切换射频消融和PEF消融的Lattice-tip消融导管在房颤PEF消融临床研究用的安全性和有效性得到肯定,但仍需进一步探讨.国内快速心律失常PEF消融相关研究正在进行之中.该文就脉冲电场消融导管的设计和应用最新进展进行综述.