经颅直流电刺激仪的设计及动物实验研究

发布时间：2017-05-29 18:01

  本文关键词：经颅直流电刺激仪的设计及动物实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：阿兹海默症(Alzheimer’s disease,AD),是一种诱因不明的神经退行性疾病,临床上主要表现为患者学习记忆能力、认知判断能力、语言理解和运动功能的进行性衰退。近年来AD的患病人数越来越多,不仅给患者本身带来了极大的痛苦,同时还给患者的家庭,仍至社会都带来了沉重的负担。然而现有治疗方案的效果却不是很理想。经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,t DCS)因为它具有无创,易于实现、性价比高、安全方便等特点,以及日益被证实在治疗AD上的有效性,已逐渐引起人们的重视。针对临床研究的需要和国内经颅直流电刺激仪市场空白这一现状,开发了一款基于FPGA的经颅直流电刺激仪。该刺激仪以FPGA芯片EP2C35F672C6为控制核心,结合VHDL编程,FPGA实时响应外界对刺激参数的设置申请,驱动相应的模块产生强度可调、频率或周期可调、脉宽可调、刺激波形可选的数字式刺激信号,并通过D/A转换电路实现数字信号向模拟信号的转换,然后对模拟信号加以恒流处理,最后输出的刺激电流通过表面电极作用于患者的靶区域。此外,该刺激仪中还增加了电极接触情况监测功能,实时监测刺激过程中电极接触情况。最后利用所设计的刺激仪开展t DCS在AD大鼠动物模型上的应用研究。论文首先阐述了AD当前所面临的严峻形势和治疗瓶颈,由此引出t DCS。然后通过分析t DCS在AD临床实验中的结果以及两款经颅直流电刺激仪的性能参数,确定了刺激仪的设计指标。其次详细介绍了刺激仪的硬件电路的设计,包括电源管理模块、人机交互模块、D/A转换模块、恒流源模块以及电极接触情况监测模块等。接下来介绍了刺激仪的软件模块化的设计,主要完成刺激波形生成模块、刺激时间设置模块、D/A转换控制模块、按键控制模块和显示控制模块的设计。完成整机的设计后,对其进行了调试,结果显示刺激仪的各项性能指标基本达到预期要求。最后,为了检测经颅直流电刺激仪在实际应用中的表现,验证t DCS对AD大鼠的学习记忆功能障碍的改善作用,运用刺激仪对AD大鼠模型的右侧额叶区施加不同强度的重复阳极t DCS,并通过行为学和病理学方法评价t DCS对AD大鼠学习记忆能力的影响,分析t DCS对AD的作用机制。结果显示100?A和200?A的t DCS对AD大鼠学习记忆功能障碍具有显著的修复作用。
【关键词】：经颅直流电刺激 FPGA 阿兹海默症 动物模型 刺激仪
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R197.39
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景和意义8
• 1.2 经颅直流电刺激技术8-12
• 1.2.1 经颅直流电刺激的原理8-9
• 1.2.2 经颅直流电刺激在AD中的研究现状9
• 1.2.3 经颅直流电刺激仪的发展9-12
• 1.3 论文的主要内容和规划12-14
• 1.3.1 论文的主要内容12
• 1.3.2 论文的规划12-14
• 2 经颅直流电刺激仪的设计14-43
• 2.1 经颅直流电刺激仪的总体设计14-15
• 2.1.1 经颅直流电刺激仪的系统组成14
• 2.1.2 经颅直流电刺激仪的参数指标14-15
• 2.2 经颅直流电刺激仪的硬件设计15-31
• 2.2.1 FPGA控制模块15-17
• 2.2.2 电源管理模块17-23
• 2.2.3 人机交互模块23-25
• 2.2.4 D/A转换模块25-28
• 2.2.5 恒流源模块28-30
• 2.2.6 电极接触情况监测模块30-31
• 2.3 经颅直流电刺激仪的软件设计31-40
• 2.3.1 Quartus II开发软件和硬件描述语言VHDL的简介32-34
• 2.3.2 刺激波形生成模块的设计34-37
• 2.3.3 刺激时间设置模块的设计37-38
• 2.3.4 D/A转换控制模块的设计38-39
• 2.3.5 按键控制模块的设计39-40
• 2.3.6 显示控制模块的设计40
• 2.4 经颅直流电刺激仪的调试40-43
• 2.4.1 刺激仪输出波形测试41
• 2.4.2 恒流源模块的线性度测试41-42
• 2.4.3 恒流源模块的恒流效果测试42-43
• 3 动物实验43-58
• 3.1 实验目的43
• 3.2 材料和方法43-47
• 3.2.1 动物43
• 3.2.2 模型的制备43
• 3.2.3 Aβ 注射位置的判断43-44
• 3.2.4 经颅直流电刺激44-45
• 3.2.5 学习记忆行为的检测45-46
• 3.2.6 组织学处理46
• 3.2.7 Bielschowsky银染46
• 3.2.8 尼氏体染色46
• 3.2.9 乙酰胆碱转移酶和胶质纤维酸性蛋白免疫组化实验46-47
• 3.2.10 苏木精-伊红(H&E)染色47
• 3.2.11 形态学分析47
• 3.2.12 统计学分析47
• 3.3 实验结果47-54
• 3.3.1 经颅直流电刺激后学习记忆能力的变化48-50
• 3.3.2 经颅直流电刺激后海马组织各子区域星形胶质细胞的变化50
• 3.3.3 经颅直流电刺激后海马组织各子区域神经细胞尼氏体的变化50-51
• 3.3.4 经颅直流电刺激后海马组织各子区域神经细胞ChAT和GFAP表达的变化51-53
• 3.3.5 苏木精-伊红(H&E)染色结果53-54
• 3.4 讨论54-58
• 3.4.1 tDCS改善AD大鼠学习记忆功能障碍的可能机制54-56
• 3.4.2 tDCS的刺激模式56
• 3.4.3 tDCS的安全性56-58
• 4 总结与展望58-60
• 4.1 总结58-59
• 4.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 附录A作者在攻读学位期间发表的论文目录65

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本文编号：405368