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基于柔顺机构的减振电极的植入损伤对比分析

上海交通大学学报 2018年第2期52卷 188-193页

作者：唐嘉琪张文光蔡丰隆尹雪乐上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为了验证具有柔顺机构的减振神经微电极在相应条件下的植入过程中减少生物组织损伤的有效性,基于电极植入损伤评估系统,分别使用减振电极与参照电极在不同的植入深度(轴向位移1.5,3.0和4.5mm)与植入速度(50,100,500,1 000,1 500和2 000... 详细信息

为了验证具有柔顺机构的减振神经微电极在相应条件下的植入过程中减少生物组织损伤的有效性,基于电极植入损伤评估系统,分别使用减振电极与参照电极在不同的植入深度(轴向位移1.5,3.0和4.5mm)与植入速度(50,100,500,1 000,1 500和2 000μm/s)条件下进行植入损伤对比实验.该实验方法规避了生物活体实验的不确定性,且具有模拟实验的可控性.对比分析结果表明:当植入深度为1.5mm时,减振电极在减小电极植入损伤方面并没有明显优势;植入深度分别为3.0和4.5mm时减振电极最大组织应变均随着植入速度的增加而减小,其在减小组织应变及力学性能方面优势均较为明显.

关键词：神经电极植入参数植入损伤数字图像相关法植入力

辅助柔性神经电极植入的T形截面涂层的优化设计

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西安交通大学学报 2021年第7期55卷 158-165页

作者：许李悦张文光贺雨欣周旭晖上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

为解决生物可溶性涂层辅助柔性神经电极植入时对大脑造成较大损伤的问题,提出了一种T形截面涂层;通过实验测量和统计分析得出了植入力与涂层宽度具有线性关系,提供了涂层尺寸设计的理论依据;考虑屈曲力和加工工艺等约束条件,针对不同宽... 详细信息

为解决生物可溶性涂层辅助柔性神经电极植入时对大脑造成较大损伤的问题,提出了一种T形截面涂层;通过实验测量和统计分析得出了植入力与涂层宽度具有线性关系,提供了涂层尺寸设计的理论依据;考虑屈曲力和加工工艺等约束条件,针对不同宽度电极采用遗传算法获取了T形截面涂层的最优尺寸。仿真和实验研究结果表明,T形截面涂层能可靠辅助柔性电极植入,同时其平均截面积仅为同宽度矩形截面涂层的58.24%,植入力仅为其64.62%。该设计有效减小了截面积和植入力,进而减轻了植入时对大脑的损伤。

关键词：柔性神经电极植入力涂层优化设计

神经电极的水凝胶涂层及楔形角对组织损伤的影响

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医用生物力学 2018年第4期33卷 332-336页

作者：唐嘉琪张文光尹雪乐上海交通大学机械与动力工程学院

目的研究水凝胶涂层的厚度以及电极楔形角对植入损伤的影响。方法基于植入损伤评估系统,进行模拟神经电极植入过程的实验,评估电极植入造成的组织损伤。用浸涂次数（分别为0、1、2、3）控制水凝胶涂层的厚度,选用30°、40°、50°、60... 详细信息

目的研究水凝胶涂层的厚度以及电极楔形角对植入损伤的影响。方法基于植入损伤评估系统,进行模拟神经电极植入过程的实验,评估电极植入造成的组织损伤。用浸涂次数（分别为0、1、2、3）控制水凝胶涂层的厚度,选用30°、40°、50°、60°为电极楔形角的变量。以最大组织应变和最大植入力为组织损伤的衡量标准。结果水凝胶涂层越厚,电极植入损伤越大。楔形角越小,植入损伤也越小。同时,减小针尖的楔形角可以减小涂层对组织损伤的影响程度。3次浸涂时,楔形角为30°时,最大组织应变与最大植入力分别增加3.4%和3.8%,而楔形角为60°时,两者分别增加11.3%和18.1%。结论神经电极的水凝胶涂层将增大植入电极对生物组织的损伤,然而减小电极尖端楔形角的方法可以降低水凝胶涂层厚度对植入损伤的影响程度。

关键词：神经电极水凝胶楔形角组织应变植入力

基于模拟植入实验的针状脑部电极的植入损伤研究

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基于模拟植入实验的针状脑部电极的植入损伤研究

作者：唐嘉琪上海交通大学

学位级别：硕士

针状脑部植入型神经电极作为连接神经组织与外部设备的关键部件,具有刺激神经元与记录细胞外电位、恢复受损神经等功能。研究和发展植入型神经电极对于神经系统的疾病的探索和治疗具有十分重要的意义,也对于神经电极的应用和推广具有深... 详细信息

针状脑部植入型神经电极作为连接神经组织与外部设备的关键部件,具有刺激神经元与记录细胞外电位、恢复受损神经等功能。研究和发展植入型神经电极对于神经系统的疾病的探索和治疗具有十分重要的意义,也对于神经电极的应用和推广具有深远的影响。神经电极的失效有两大主要原因:电极植入过程中造成的急性损伤和生物微动造成的慢性损伤。生物损伤将引发组织的免疫反应,从而导致电极导电性能变差而失效。本文选取了植入型神经电机的植入过程造成的组织损伤这一方面进行深入研究。本文基于神经电极植入损伤评估系统,模拟植入型电极的植入过程。基于柔顺机构优化神经电极的结构。以脑组织产生的最大应变与植入力作为衡量组织损伤的两大标准,对新型电极进行植入损伤比较研究。并对于该电极和流线型电极在不同的植入深度与植入速度的条件下引起的组织应变与植入力的大小进行比较,与传统商业电极进行对比。此外,为探讨神经电极植入条件对植入损伤的影响,对电极形状参数(电极楔形角)、植入条件(植入速度)、电极表面涂层(水凝胶涂层厚度)等主要影响因素对于神经电极的植入引起的脑组织损伤进行两两比较及综合分析。最后,设计并制作了一种带有青蒿素的电极涂层。基于该神经电极模拟植入损伤平台,将带有该涂层的神经电极模型和带有水凝胶包裹青蒿素涂层的神经电极模型进行模拟植入损伤对比。本文研究结果如下:(1)在植入深度为3和4.5mm时在减小组织应变及力学性能方面优势均较为明显。(2)对于流线型电极和减振神经电极,植入深度为3mm和4.5mm时,随着植入速度的增加,植入引起的最大组织应变呈先增大后减小的变化规律。流线型神经电极引起的组织损伤均小于其他两种电极最大组织应变和最大植入力)。减振电极引起的植入力随植入速度的变化而变化相对较小。就植入过程而言,较高的植入速率将导致较深植入深度(4.5mm)的组织损伤加重。(3)三个主要因素对组织损伤影响的顺序依次为:尖端角度>涂层厚度>植入速度。在本研究考虑的参数范围内,最优参数组合为:(30°,无涂层的裸电极以及植入速度为2mm/s)比最差参数组合(尖端楔形角为60°,水凝胶涂层浸涂次数为4次以及植入速度为1mm/s)最大组织应变减少了36.8%,最大植入力减小了24.2%。(4)植入速度分别为0.5mm/s、1mm/s、1.5mm/s、2mm/s情况下用聚乙烯醇水凝胶作为青蒿素的载药涂层的电极所造成的最大组织应变比涂有β-环糊精包裹青蒿素涂层所造成的分别小3.0%、5.2%、12.6%、14.0%,电极所受的最大植入力分别小3.7%.2%不等。

关键词：神经电极植入损伤组织应变植入力涂层