基于FPC工艺的径向多触点卡肤式神经电极设计与制作

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神经工程学通过神经系统和人造设备间的交互作用来修复和增强人体的功能由于其巨大的应用价值而受到人们的高度关注。在周围神经修复方面利用神经电极进行功能神经肌肉电刺激近些年来展示出了良好的应用前景,并成为神经工程学的研究热点之一。用于功能神经肌肉电刺激的神经电极需要对周围神经中的特定神经束进行探测和激励,因此,电极侵入性与信号选择性之间的矛盾成为人们发展相关神经电极所需要面对的一个挑战。在人们开发的众多神经电极中多触点卡肤式神经电极由于其兼顾电极侵入性与选择性的优越性能而成功地用于周围神经修复的临床研究。然而目前人们开发的径向多触点卡肤式神经电极由于没有采用与微电子工艺兼容的加工工艺其电极触点密度及触点位置精度仍然需要提高,因此,其进一步推广与应用受到一定程度的限制。为此本论文采用FPC工艺设计制作径向多触点卡肤式神经电极,并在建立神经干模型进行电极探测与激励仿真的基础上,利用脊蟾蜍检验所设计制作的多触点卡肤电极信号检测性能,以及利用损脊蟾蜍检验所设计制作的多触点卡肤电极的电激励的性能,以期为周围神经的修复做出贡献。  本论文的第一部分首先利用COMSOL软件构建神经干的二维及三维模型并对径向多触点卡肤电极在神经干模型上的径向信号探测及轴向电激励进行电场仿真。结果表明径向多触点卡肤神经电极在径向神经探测与轴向电激励过程中均呈现出良好的选择性。  本论文第二部分针对模型动物蟾蜍坐骨神经根据论文第一部分仿真结果进行了三版径向多触点卡肤式神经电极的设计与制作。实验结果显示经过三版改进后委托加工的我们设计的径向多触点卡肤式神经电极的平面型原电极板在模具高温定型后不仅具有较为稳定的良好的电阻抗特性,而且能够很好地与蟾蜍坐骨神经吻合从而有利于后续神经信号的探测及神经电激励的进行。  本论文第三部分利用所设计制作的径向多触点卡肤神经电极对蟾蜍坐骨神经进行径向神经信号的探测及轴向神经电激励研究。结果显示化学刺激(5%醋酸溶液贴片)和机械刺激(刮擦)在蟾蜍坐骨神经上产生的复合动作电位在径向多触点卡肤神经电极的不同电极位点呈现出明显的差异特征,提示本论文基于FPC工艺设计制作的径向多触点卡肤式神经电极在神经信号的探测方面具有选择特性。而进一步的蟾蜍坐骨神经电激励的结果则表明,径向多触点卡肤神经电极对同一蟾蜍能够有效地进行选择性激励,而不同的蟾蜍则需要优化适应。我们的结果也表明FPC工艺是制作对周围神经具有选择性探测及激励的径向多触点卡肤神经电极的有效手段。
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