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基于植入电极生物电子鼻的气味响应分析与识别的研究

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基于植入电极生物电子鼻的气味响应分析与识别的研究

作者：郭添添浙江大学

学位级别：硕士

气味检测广泛用于疾病诊断,环境监测,安全控制,食品检测等方面,随着生物工程和电子技术的发展,人们提出了生物电子鼻,以生物气味敏感材料代替传统的化学传感器,取出的细胞或组织等生物材料破坏了细胞或组织的生物活性,因此本文构建了基... 详细信息

气味检测广泛用于疾病诊断,环境监测,安全控制,食品检测等方面,随着生物工程和电子技术的发展,人们提出了生物电子鼻,以生物气味敏感材料代替传统的化学传感器,取出的细胞或组织等生物材料破坏了细胞或组织的生物活性,因此本文构建了基于植入电极的生物电子鼻,旨在以动物完整的嗅觉系统作为气味敏感部分,将微电极阵列植入动物嗅球内,在体提取气味感知信息,通过计算机分析处理得到动物闻到的气味信息,实现气味检测功能。基于植入电极生物电子鼻的气味测试结果表明系统对辛醇,戊醛,和丁酸特异性响应,响应的重复性好,与气味浓度线性度高,灵敏度较高,分辨率小,测试表明系统寿命达3个月,对3种气味的识别准确率约60%,另外,为分析基于植入电极生物电子鼻对自然气味的检测性能,进行混合气味测试,结果表明系统对混合气味存在两种特定的响应方式：主导型和叠加型。本文的主要工作和创新点如下：1、改进了基于植入电极生物电子鼻的构建方案将离体定位技术与嗅球响应图谱有机结合,微电极阵列植入嗅球前侧中间区域,每只大鼠保持一致,保证大鼠传感系统的一致性,电极植入区域内神经元普遍对辛醇,戊醛,丁酸有显著响应,实验验证了该方案提高了系统对辛醇,戊醛,丁酸气味的特异性响应和气味检测的成功率。2、设计了基于植入电极生物电子鼻的气味信息解码方法-本文对比了3种气味响应特征：神经元发放频率,神经信号非线性能量,spike相位分布,分析表明神经元发放频率能够准确反映神经元响应强度,且计算过程简便,作为本文气味响应分析的特征值,考虑到生物测量的随机性误差,对测试结果进行高斯拟合,基于动物嗅觉组合式编码方式,本文分析由多个神经元测试分布曲线组合成的气味响应模式,然后利用最大似然估计法预测待测气味,该方法计算过程简便,识别准确率较高。3、对基于植入电极生物电子鼻的气味检测性能进行了深入分析对基于植入电极生物电子鼻进行气味检测性能测试,包括特异性,重复性,稳定性,浓度依赖性,灵敏度和识别效果,结果表明,系统可重复地特异性识别辛醇,戊醛,丁酸,识别准确率为63.37%,浓度梯度测试结果表明系统气味检测的灵敏度为5.84 Hz/lg[mol/L],分辨率为0.12 lg[mol/L],且对气味浓度的响应与气味浓度间线性度超过0.8。4、探索了基于植入电极生物电子鼻的混合气味响应特性大部分自然气味为混合气味,探索系统对混合气味的响应有利于将基于植入电极生物电子鼻用于自然气味的检测。将辛醇,戊醛,丁酸中两种单质的混合气味测试系统,测试表明同一个神经元对不同的混合气味响应不同,分为主导型和叠加型,主导型响应模式表现为混合气味以其中一种气味响应为主,叠加型响应模式表现为混合气味等于两种气味响应的叠加。

关键词：植入电极生物电子鼻气味检测嗅球混合气味最大似然估计

帕金森病患者脑深部电极植入术的围术期麻醉管理

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临床麻醉学杂志 2021年第1期37卷 106-108页

作者：王萍赵磊王天龙安奕李丽霞李中嘉首都医科大学宣武医院麻醉科 100053

帕金森病是继阿尔茨海默病后第二大神经系统退行性疾病,常见于中老年人群,可引起静止性震颤、肌强直、运动迟缓等运动症状和认知功能障碍、抑郁和自主神经功能障碍等非运动障碍,影响患者工作和生活质量[1]。左旋多巴是治疗帕金森病最为... 详细信息

帕金森病是继阿尔茨海默病后第二大神经系统退行性疾病,常见于中老年人群,可引起静止性震颤、肌强直、运动迟缓等运动症状和认知功能障碍、抑郁和自主神经功能障碍等非运动障碍,影响患者工作和生活质量[1]。左旋多巴是治疗帕金森病最为常用的药物,长期服用药物有效,但近期症状无法控制或出现严重的多巴胺诱发的运动并发症[2],调整药物亦无法改善者,可接受治疗性外科手术。脑深部电极植入术(deep brain stimulator,DBS)已经成为治疗中晚期帕金森病的有效方法。DBS分为两阶段,第一阶段植入电极,第二阶段埋置脉冲发生器。帕金森病患者术前用药、术中体位摆放及血压管理、术后恢复均较特殊,且接受DBS手术的患者多为老年患者,合并症较多,这些因素都对围术期管理提出更高要求。

关键词：运动迟缓血压管理运动症状肌强直术前用药阿尔茨海默病植入电极帕金森病

基于视觉定位的国产机器人辅助脑深部电刺激电极植入的精准性研究

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中华神经外科杂志 2019年第10期35卷 981-984页

作者：刘焕光杨岸超刘德峰张建国首都医科大学附属北京天坛医院神经外科 100070

目的探讨基于视觉定位的国产神经外科手术机器人辅助脑深部电刺激术(DBS)电极植入的精准性和安全性。方法回顾性分析2018年10月至2019年6月首都医科大学附属北京天坛医院神经外科收治的15例帕金森病患者的临床资料。所有患者均在国产手... 详细信息

目的探讨基于视觉定位的国产神经外科手术机器人辅助脑深部电刺激术(DBS)电极植入的精准性和安全性。方法回顾性分析2018年10月至2019年6月首都医科大学附属北京天坛医院神经外科收治的15例帕金森病患者的临床资料。所有患者均在国产手术机器人辅助下行DBS,通过将术后头颅CT与术前手术规划影像融合,记录植入电极在横向(x轴)和纵向(y轴)的距离偏差。观察术后相关并发症的发生情况。结果15例患者共植入30根DBS电极,其中植入丘脑底核26根,苍白球内侧部4根。电极尖端与计划靶点在x轴上的距离偏差为(0.60±0.33)mm(0.10~1.34 mm);在y轴上的距离偏差为(0.45±0.24)mm(0.02~0.83 mm)。术中、术后无一例发生电极相关出血事件,无颅内感染、手术切口愈合不良情况发生。结论在国产神经外科手术机器人辅助下行DBS,其电极植入的误差小,且无手术相关并发症。

关键词：北京天坛医院脑深部电刺激丘脑底核切口愈合不良植入电极视觉定位影像融合距离偏差

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猴脑植入电极助机器臂完成指令

前沿科学 2008年第2期 95-96页

美国科研人员在给恒河猴脑部植入电极探针后,机器臂通过电脑传送信息,成功完成大脑发出的抓取食物的指令。科研人员说,这一实验成果有望帮助四肢残疾或瘫痪者恢复日常活动。

关键词：机器臂脑部植入电极电极探针恒河猴猕猴猴脑施瓦茨

人工耳蜗植入电极输出频率与耳蜗基底膜特征频率失匹配的研究进展

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听力学及言语疾病杂志 2013年第6期21卷 649-651页

作者：鹿伟理张灜昆明医科大学附属第一医院耳鼻咽喉头颈外科昆明650031

人工耳蜗是一种为重度、极重度听力损失者恢复或获得听力的一种电子装置。此装置通过将声音信号转变为电信号直接刺激听神经纤维，从而产生听觉。然而人工耳蜗植入者术后听力康复情况和言语识别能力存在差异，这除了受患者耳聋发生的年... 详细信息

人工耳蜗是一种为重度、极重度听力损失者恢复或获得听力的一种电子装置。此装置通过将声音信号转变为电信号直接刺激听神经纤维，从而产生听觉。然而人工耳蜗植入者术后听力康复情况和言语识别能力存在差异，这除了受患者耳聋发生的年龄、耳聋时间长短、螺旋神经节存活情况、人工耳蜗植入年龄、电极是否成功插入、可用电极数量、

关键词：人工耳蜗植入植入电极特征频率基底膜重度听力损失匹配言语识别能力电子装置

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人工耳蜗植入术后植入电极的影像学检查

华中科技大学学报（医学版） 2004年第3期33卷 346-346页

作者：孔维佳马辉韩萍

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人工耳蜗电极误入上半规管一例分析

听力学及言语疾病杂志 2016年第2期24卷 207-208页

作者：李红敏叶放蕾王乐郭丽娟李玲郑州大学第一附属医院耳鼻咽喉头颈外科郑州450002

人工耳蜗植入术作为重度及极重度感音神经性聋患者的最佳听觉补偿方法,已得到广泛应用,但由于耳蜗与邻近结构解剖细微,手术中有可能出现一过性面瘫、外耳道及鼓膜损伤、脑脊液＂井喷＂、硬脑膜损伤、头皮血肿、电极位置异常等并发症,其... 详细信息

人工耳蜗植入术作为重度及极重度感音神经性聋患者的最佳听觉补偿方法,已得到广泛应用,但由于耳蜗与邻近结构解剖细微,手术中有可能出现一过性面瘫、外耳道及鼓膜损伤、脑脊液＂井喷＂、硬脑膜损伤、头皮血肿、电极位置异常等并发症,其中,植入电极位置异常会严重影响术后患者听力及言语康复效果。现报道1例人工耳蜗电极误入上半规管患者的临床资料,希望有助于提高耳科医师对人工耳蜗电极植入位置异常的认识及处理能力,

关键词：人工耳蜗上半规管电极位置感音神经性聋植入电极耳蜗开窗圆窗位置异常言语康复鼓阶

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大脑植入电极能改善记忆力

当代医学(学术版) 2008年第6期 122-122页

加拿大科学家研究发现,为治疗肥胖将一根电极植入肥胖者脑部后,无意中改善了该惠者的记忆能力。这一意料之外的发现为深度脑刺激(DBS)研究开启了新的窗口。领导此次研究的是加拿大多伦多大学的神经外科医生Andres Lozano。进行减肥手术... 详细信息

加拿大科学家研究发现,为治疗肥胖将一根电极植入肥胖者脑部后,无意中改善了该惠者的记忆能力。这一意料之外的发现为深度脑刺激(DBS)研究开启了新的窗口。领导此次研究的是加拿大多伦多大学的神经外科医生Andres Lozano。进行减肥手术的患者年龄50岁,体重190公斤,这已经威胁到了他的生命,并且其它的治疗方式都已不起作用。医生选择将电极植入大脑视丘下部(hypothalamus),因为之前的动物实验表明,

关键词：大脑记忆力植入电极减肥手术神经外科