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磁刺激系统的优化与仿真研究

赵婕  
【摘要】:磁刺激是利用时变磁场在组织内产生感生电流,使可兴奋组织产生兴奋的一种无创刺激方法。 在阐明神经兴奋产生和传播的机理后,建立了从磁刺激仪到神经纤维磁刺激各个环节的模型。利用经典的中心导体模型,推导出磁刺激作用下非线性神经纤维的Hodgkin-Huxley 模型的方程,阐述了磁刺激产生兴奋的机理:磁刺激和电刺激一样都是利用电流兴奋细胞膜,区别在于电刺激是直接刺激,而磁刺激是间接的。磁刺激的电流是外界时变磁场在容积导体内的涡流。对于圆柱形神经纤维,起兴奋作用的是沿神经轴方向感应电场分量的梯度,即激活函数。 推导出不计导线尺寸的环形线圈和矩形截面的环形线圈,在平行于线圈平面的有限长圆柱形神经纤维上的感生电场分布的计算方法。 同时本文详细讨论了RLC 放电回路的响应状态,建立了磁刺激系统电路参数与磁刺激中神经细胞的阈下响应之间的联系,用之优化磁刺激系统的设计,并用激活函数来验证优化结果。 有源神经纤维模型能够很好的模拟可兴奋神经纤维在外加激励下的动作电位,是研究神经响应的一种有效方法。鉴于磁刺激实际上就是电刺激,用MATLAB 的Simulink 工具建立了神经细胞的Hodgkin-Huxley 模型,给出了神经细胞在点电流源刺激下的响应状态和动作传播仿真模型。给进一步建立磁刺激下的仿真模型打下基础。


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