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摘 要

脊髓神经桥接是治疗脊髓损伤的一种新方法，该方法从受损脊髓神经近端对神经元上传输的生物电信号进行探测，然后对其进行放大等处理，最终激励远端脊髓神经，从而实现脊髓神经信号的再生，恢复感觉和运动功能。为了实现特定感觉或运动功能的重建，需要激励特定的神经元集群，同时避免对其他神经元集群的干扰，即需要对受损脊髓神经进行选择性激励。本文以二维神经束选择性激励为研究对象，利用COMSOL多物理场耦合的分析计算功能，实现全耦合的激励-探测电场和神经元电生理问题的瞬态过程求解。根据数值仿真结果，确定不同形状激励电极能够激活的神经元所在区域，从而在理论上获得最优的激励电极的形状特征，为脊髓神经的选择性激励提供理论支持。

关键词：脊髓损伤， 神经元电生理， 选择性激励， 电极形状

Electromagnetic simulation of two-dimensional selective excitation of nerve bundles with the shape and position of the electrodes

Abstract

Spinal nerve bridge is a new method for the treatment of spinal cord injury, the method from the damaged spinal cord nerve proximal to the biological signals transmitted neurons to detect,and then its amplification and other processing, and ultimately inspire distal spinal nerves, thus achieve regeneration of spinal cord nerve signals to restore sensory and motor function. In order to achieve reconstruction particular sensory or motor function, the need to stimulate specific neuronal population, while avoiding interference with other neurons clusters, the need for selective excitation damaged spinal cord nerves. In this paper, two-dimensional selective excitation of nerve bundles for the study, analysis and calculation functions use COMSOL multiphysics achieve full coupling of excitation - detection of transient electric field and neuronal electrophysiological Problem. Based on the numerical simulation results to determine the different shapes, where the excitation region of the electrode can activate neurons, resulting in optimal shape features exciting electrode in theory, selective spinal nerves provide theoretical support incentives.

Key Words: spinal cord injury; neuronal electrophysiological; selective excitation; electrode shape

目录

摘 要 I

第1章 绪论 1

1.1神经桥脊髓伤害研究进展 1

1.1.1脊髓伤害现状 1

1.1.2生物医治方法 3

1.2微电子神经桥进展 4

1.2.1微电子神经桥原理 4

1.2.2微电子神经桥研究最新成果 6

1.3选择性激励研究进展 6

第2章 电生理基础 8

2.1 神经学基础 8

2.2 神经元电路模型 13

第3章 有限元基础 16

3.1 有限元基本方法 16

3.2 二维电磁场中的有限元方法 18

第4章 仿真结果与分析 21

4.1 COMSOL仿真参数 21

4.2 不同电极的选择 24

4.3仿真的结果 26

4.3.1电极距离神经元细胞70um 26

4.3.2电极距离神经元细胞71um 30

4.3.3电极距离神经元细胞74um 32

4.3.3电极距离神经元细胞75um 34

第5章 结果分析与展望 37

5.1 结果分析 37

5.2 结果展望 37

致谢 39

参考文献 40

第1章 绪论

1.1神经桥脊髓伤害研究进展

1.1.1脊髓伤害现状

在获得了大量的手术，药物，细胞移植和康复治疗的近20年来，仍然没有完全改善的完全性脊髓损伤的临床疗效（SCI）。近四年脊髓损伤在一定的进展，跨学科特别是开发和术语治愈脊髓损伤，并提供全面的治疗的想法;其他国家的学术机构都在努力推进脊髓损伤的研究^[1]。然而取得结果的同时获得存在较大的不足，这对研究提出了更高要求。

脊髓损伤是人类最严重的伤害之一。随着互联网的飞速发展，美国，澳大利亚，德国，已经建立了广泛的基于互联网的脊髓损伤登记制度^[1]。通过这个系统可以脊髓损伤的全面详细的流行病学数据，以指导预测，急救，医疗治愈。同时，社会资源的总体分布问题，医疗资源的分配，和病人的工作和生活的其他方面后痊愈。

由于广泛土地面积，大量跨区域卫生条件，人口，经济差距。这就需要对脊髓损伤发病率及治疗现状的不同部分，进行一系列的调查和分析。有针对性的有效的预防和治疗措施，以减少发病率。提高治疗效果，国内脊髓损伤流行病学迫在眉睫。然而，近年来国内已开展了一些流行病学调查。但缺乏国家注册系统的性质，多为流行病学数据并且还是少数局部地区医院。临床指导在较发达国家还存在着有较大差距。各大协会的脊柱创伤筹备工作组正计划在全国范围内开展调查，脊髓损伤流行病学资料登记，这是一个良好的开端。该草案的计划已基本完成，主要的专家意见和建议，正在收集和进一步完善。

到大医院，脊髓损伤为常见损伤。但是，这并不意味着有各大医院和治疗方案的共同理解，往往会得出不同的结论。各个医院的治疗是完全不同的，所以可能有糟糕的疗效。脊髓损伤的实际治疗是一个系统工程，在同一时间治愈脊髓损伤，脊髓损伤后应积极治疗并发症，尤其是在患者的脊髓损伤后恢复排泄功能，要克服目前的治疗方案存在错误。

针对上述问题，由中国痊愈医学会脊椎脊髓专业委员会带头，通过系统的文献检索和实际分析，整合医学的证据，加上多年国内外的经验，组织国内脊椎脊髓方面专家进行多次讨论，配合运用著名Delphi专家调查法，最终形成并发布了《急性胸腰段脊椎脊髓伤害诊断与医治专家共识》，并根据牛津医学中心标准对每条建议进行了证据分类和推荐分度，得到了医学界的认可，已成为国内首部关于脊椎脊髓伤害的权威性指导文件，在中英文杂志上发表，但将“共识”当作行业的诊疗技术规范，还是需进一步改善和优化，尤其是进行多中心病例的研究和验证，证明其有效性和可操作性^[1]。

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