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Injury potentials associated with severity of acute spinal cord injury in an experimental rat model

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Neural Regeneration Research 2011年第23期6卷 1780-1785页

作者： Suying Pan Guanghao Zhang xiaolin huo Jinzhu Bai Tao Song Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of Sciences Beijing 100190 China Graduate College of Chinese Academy of Sciences Beijing 100190 China Department of Spinal Surgery Beijing Boai Hospital China Rehabilitation Research Center Capital Medical University Beijing 100068 China

To investigate characteristics of injury potentials after different degrees of spinal cord injury in rats the present study established models of spinal cord contusion with severe, moderate, and mild degrees of injury. Injury potential was measured in vivo using a direct current voltage amplification system. Results revealed that in the first 4 hours after acute spinal cord injury, initial amplitude of injury potential was greatest after severe injury, followed by moderate and mild injuries. Amplitude of injury potential decreased gradually with injury time, and the recession curve was logarithmic. Under the same degree of injuries, amplitude of rostral injury potential was generally less than caudal injury potential. Results suggested that injury potential reflected injury severity, because large initial amplitude of injury potential during the early injury stage implied severe injury.

关键词： injury potential degree of injury spinal cord injury neural regeneration

Electrical stimulation modulates injury potentials in rats after spinal cord injury

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Neural Regeneration Research 2013年第27期8卷 2531-2539页

作者： Guanghao Zhang xiaolin huo Aihua Wang Changzhe Wu Cheng Zhang Jinzhu Bai Beijing Key Laboratory of Bioelectromagnetism Institute of Electrical EngineeringChinese Academy of Sciences Department of Spinal Surgery Beijing Boai HospitalChina Rehabilitation Research CenterCapital Medical University

An injury potential is the direct current potential difference between the site of spinal cord injury and the healthy nerves. Its initial amplitude is a significant indicator of the severity of spinal cord injury, and many cations, such as sodium and calcium, account for the major portion of injury potentials. This injury potential, as wel as injury current, can be modulated by direct current field stimulation;however, the appropriate parameters of the electrical field are hard to define. In this paper, injury potential is used as a parameter to adjust the intensity of electrical stimulation. Injury potential could be modulated to slightly above 0 mV （as the anode-centered group） by placing the anodes at the site of the injured spinal cord and the cathodes at the rostral and caudal sections, or around-70 mV, which is resting membrane potential （as the cathode-centered group） by reversing the polarity of electrodes in the anode-centered group. In addition, rats receiving no electrical stimulation were used as the control group. Results showed that the absolute value of the injury potentials acquired after 30 minutes of electrical stimulation was higher than the control group rats and much lower than the initial absolute value, whether the anodes or the cathodes were placed at the site of injury. This phenomenon il ustrates that by changing the polarity of the electrical field, electrical stimulation can effectively modulate the injury potentials in rats after spinal cord injury. This is also beneficial for the spontaneous repair of the cel membrane and the reduction of cation influx.

关键词： neural regeneration spinal cord injury injury potential electrical stimulation electric parameters cations resting membrane potential neural regeneration electrode stimulator charge balance grants-supported paper neuroregeneration

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时空模型结合模拟退火进行脑磁源的定位

北京生物医学工程 2001年第1期20卷 21-24页

作者：霍小林李军刘正东浙江大学生命科学与医学工程系杭州310027 浙江大学信息学院光及电磁波研究中心浙江大学理学院物理系杭州310027

脑磁源的定位问题是脑磁图 (m agnetoencephalography,MEG)研究的一个基本问题。其中多偶极子定位是脑磁逆问题研究当中的难点。本文通过研究脑磁图的时空模型 STSM(spatio- temporal source modeling) ,提出将时空模型与模拟退火相结... 详细信息

脑磁源的定位问题是脑磁图 (m agnetoencephalography,MEG)研究的一个基本问题。其中多偶极子定位是脑磁逆问题研究当中的难点。本文通过研究脑磁图的时空模型 STSM(spatio- temporal source modeling) ,提出将时空模型与模拟退火相结合进行多偶极子的定位 ,以克服其他优化方法易落入局部极小的不足。时空模型中偶极子参数经分解可分为线性部分和非线形部分 ,只对非线性部分进行模拟退火优化大大降低了优化空间的维数。通过与 MUSIC(MU ltiple SIgnal Classification)方法的比较 ,发现将时空模型与模拟退火相结合可以相对降低对源信号独立性的要求。

关键词：脑磁图时空源模型模拟退火 MUSIC

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人体通信技术研究进展

中国生物医学工程学报 2015年第3期34卷 345-353页

作者：汪啸尘张广浩霍小林中国科学院电工研究所生物电磁学北京市重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

人体通信是一种利用人体作为信号传输途径的新型非射频无线通信技术,被设计用于进行医疗传感器网络间的通信。在2012年批准的无线体域网标准IEEE802.15.6中,人体通信与窄带通信、超宽带通信一同被规定为搭建无线体域网的三种方法。人体... 详细信息

人体通信是一种利用人体作为信号传输途径的新型非射频无线通信技术,被设计用于进行医疗传感器网络间的通信。在2012年批准的无线体域网标准IEEE802.15.6中,人体通信与窄带通信、超宽带通信一同被规定为搭建无线体域网的三种方法。人体通信依据耦合方式的不同可分为两种基本类型:电容耦合和电流耦合。文中首先对这两种类型的人体通信原理进行了介绍;之后详细说明了人体通信技术的产生、发展及现状,并通过与其他技术的对比总结了其优势与不足;最后指出了其未来发展的3个重要方向:植入式设备的人体通信、人体通信无线供能和磁场耦合式人体通信。

关键词：人体通信无线体域网电容耦合电流耦合移动医疗

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脊髓电刺激诱发复合动作电位仿真研究

生物医学工程学杂志 2021年第2期38卷 232-240页

作者：张广浩张丞吴昌哲霍小林中国科学院电工研究所生物电磁学北京市重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100149

脊髓电刺激(SCS)治疗慢性疼痛以一种开环的方式植入,植入后刺激参数一般保持不变。为了避免电极位置变化引起刺激强度不足或过度刺激,可以利用SCS电极记录的诱发复合动作电位(ECAP)作为反馈信号,来调整刺激参数。本文建立了SCS同步记录E... 详细信息

脊髓电刺激(SCS)治疗慢性疼痛以一种开环的方式植入,植入后刺激参数一般保持不变。为了避免电极位置变化引起刺激强度不足或过度刺激,可以利用SCS电极记录的诱发复合动作电位(ECAP)作为反馈信号,来调整刺激参数。本文建立了SCS同步记录ECAP的仿真模型,并研究ECAP波形与脊髓背侧柱(DC)纤维兴奋程度之间的关系。通过SCS有限元仿真模型和感觉纤维多房室电缆模型的耦合计算SCS作用下由膜电流引起的单纤维动作电位(SFAP),将SFAP叠加获得电极上记录的差分形式的ECAP信号。仿真结果表明ECAP中不同的波谷对应着不同直径的感觉纤维,由波谷位置和幅值可以判断DC纤维兴奋程度。不超过10%DC纤维兴奋时的ECAP波谷对应着大直径感觉纤维,20%及以上DC纤维兴奋时出现慢传导的波谷,对应着小直径感觉纤维,且DC纤维兴奋程度越高,波谷幅值越大,但大直径纤维对应的波谷幅值保持不变。本文建立的SCS同步采集ECAP仿真模型可以模拟ECAP信号并由波谷位置和幅度判断DC纤维兴奋程度,进而判定刺激强度过小、适当或过大,为基于ECAP的闭环SCS在未来的临床应用提供理论依据。

关键词：脊髓电刺激房室模型有限元模型闭环刺激诱发复合动作电位

定向顶板钻孔与普通顶板钻孔抽放效果对比研究

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中国矿山工程 2020年第5期49卷 82-84页

作者：霍晓林山西冀中能源集团金晖万峰煤矿有限公司山西吕梁032300

为提高万峰矿工作面上隅角瓦斯治理效果,以万峰矿的地质和瓦斯资料为基础,基于构造曲率及采空区顶板"三带"和"三区理论",对该矿常用的普通顶板钻孔和定向顶板钻孔进行了设计,结合井下钻孔实际抽采效果进行对比。对比结果表明:该工作面... 详细信息

为提高万峰矿工作面上隅角瓦斯治理效果,以万峰矿的地质和瓦斯资料为基础,基于构造曲率及采空区顶板"三带"和"三区理论",对该矿常用的普通顶板钻孔和定向顶板钻孔进行了设计,结合井下钻孔实际抽采效果进行对比。对比结果表明:该工作面使用定向顶板钻孔进行上隅角瓦斯治理,可以提高抽放效率且抽放效果较好。

关键词：上隅角顶板钻孔抽放效果

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万峰矿综采工作面瓦斯综合抽采技术研究

煤矿现代化 2020年第3期29卷 69-70,73页

作者：霍晓林山西冀中能源集团矿业有限责任公司山西太原030006

以万峰煤矿1105综采工作面为例,针对矿井地质条件与瓦斯赋存状况,对工作面瓦斯抽采方法及参数进行设计,回采工作面采用本煤层抽采、邻近层抽采与采空区埋管抽采相结合的瓦斯综合抽采技术控制瓦斯浓度,取得了良好的效果,在工作面回采期间... 详细信息

以万峰煤矿1105综采工作面为例,针对矿井地质条件与瓦斯赋存状况,对工作面瓦斯抽采方法及参数进行设计,回采工作面采用本煤层抽采、邻近层抽采与采空区埋管抽采相结合的瓦斯综合抽采技术控制瓦斯浓度,取得了良好的效果,在工作面回采期间,瓦斯浓度控制在合理范围内,采空区积聚瓦斯得到了有效释放,确保了工作面安全推进。

关键词：综采工作面瓦斯抽采埋管抽采

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植入式人体通信技术的耦合方式研究

中国生物医学工程学报 2016年第3期35卷 365-369页

作者：汪啸尘张广浩霍小林中国科学院电工研究所生物电磁学北京市重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

研究植入式人体通信方式中通信信号的衰减与不同耦合方式之间的关系。涉及的耦合方式包括电容耦合、电流耦合、正向容阻耦合和反向容阻耦合4种。通过建立等效电路模型进行仿真计算,以及在模拟体内环境的水模型中实验测量的方式,对20 MH... 详细信息

研究植入式人体通信方式中通信信号的衰减与不同耦合方式之间的关系。涉及的耦合方式包括电容耦合、电流耦合、正向容阻耦合和反向容阻耦合4种。通过建立等效电路模型进行仿真计算,以及在模拟体内环境的水模型中实验测量的方式,对20 MHz通信频率下不同耦合方式的通信衰减进行对比。仿真和实验的结果均表明,正向容阻耦合方式下通信的衰减最小,分别为26 d B(计算值)和28 d B(测量值),而电容耦合、电流耦合和反向容阻耦合方式的通信衰减依次增大。这一结果反映出不同耦合方式之间的机制区别,同时意味着若将人体通信方式应用于植入式医疗设备中,正向容阻耦合方式将是最好的选择。

关键词：人体通信电容耦合电流耦合容阻耦合植入式设备

适用于临床及动物试验的高频重复经颅磁刺激系统设计及其应用

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高电压技术 2013年第1期39卷 181-187页

作者：于阳李玥张广浩白金柱吴昌哲霍小林中国科学院电工研究所生物电磁学北京市重点实验室北京100190 中国康复研究中心北京100068

为开展电磁刺激技术在神经调控及神经修复中的应用研究,研制了一种适用于临床及动物试验研究的高频重复经颅磁刺激(rTMS)系统,并利用该系统研究了rTMS对神经递质的影响及对脊髓损伤修复的作用。高频rTMS系统的参数由相关理论分析和仿真... 详细信息

为开展电磁刺激技术在神经调控及神经修复中的应用研究,研制了一种适用于临床及动物试验研究的高频重复经颅磁刺激(rTMS)系统,并利用该系统研究了rTMS对神经递质的影响及对脊髓损伤修复的作用。高频rTMS系统的参数由相关理论分析和仿真计算确定。系统完成后,使用慢性rTMS对SD大鼠进行15d刺激,考察其对大鼠谷氨酸和γ-氨基丁酸能系统的作用。最后,将rTMS系统与踏车训练机同步,研究rTMS对临床脊髓损伤患者康复治疗的作用。测试结果表明:研制的rTMS系统频率为0～15Hz可调,八字(figure-eight)线圈最高磁感应强度为2.5T。动物试验结果表明:慢性rTMS能选择性地调节不同脑区谷氨酸和γ-氨基丁酸含量。临床试验结果表明,rTMS同步踏车训练治疗6周后,训练组患者的运动评分(ASIA)和脊髓损伤步行指数Ⅱ(WISCIⅡ)相比对照组高,两者具有显著性差异。由上述试验结果可知:1)研制的rTMS系统的刺激频率和磁感应强度满足设计要求;2)慢性低频经颅磁刺激可以在某些神经精神疾病类疾病治疗中发挥作用;3)不完全性胸腰段脊髓损伤患者通过经颅磁刺激同步踏车训练后,运动功能恢复可得到一定程度的促进。

关键词：电磁刺激技术重复经颅磁刺激八字线圈感应电场神经递质脊髓损伤