神经假体中电极-神经组织接口特性的测量与研究

电极刺激式假体旨在帮助病人恢复因疾病、伤病等原因而失去的能力。成功实现电刺激神经假体的关键因素之一在于如何设计一个安全、可靠、和谐的电极-神经组织的接口。本课题旨在通过动物模型在体实验，利用可植入ASIC设计复阻抗谱测量系统，无创地监测植入神经假体的电极复阻抗谱变化，有机结合组织病理切片分析结果，评估不同阶段刺入式电极与神经组织的接口响应特性，为电极的优化设计提供实验依据，为初步介入措施提供重要的参考信息。

电刺激式假体旨在帮助病人恢复因疾病、伤病等原因而失去的能力。成功实现电刺激神经假体的关键因素之一在于如何设计一个安全可靠、生物相容的电极-神经组织的接口。本课题旨在设计可植入ASIC设计复阻抗谱测量系统，通过动物模型在体实验，无创地监测植入神经假体的电极复阻抗谱变化，有机结合组织病理切片分析结果，评估不同阶段刺入式电极与神经组织的接口响应特性，为电极的优化设计提供实验依据，为初步介入措施提供重要的参考信息。.主要研究成果和结论：.1) 根据生物组织等效电路模型及Cole-Cole阻抗特征理论，建立胶质细胞扩张模型。仿真结果表明神经微电极的阻抗谱受细胞体积分数影响，细胞体积分数越大，神经微电极的阻抗越大。电极植入后，由于胶质瘢痕组织内会发生星形胶质细胞的增生和肥大，两者都会影响组织的细胞体积分数。.2) 基于高精度的阻抗转换器（AD5933）构建复阻抗谱系统，对商用或自制的神经微电极进行阻抗测试。实验数据表明，AD5933测量结果与参考值相近，最大偏差3.75%，平均偏差1.84%，满足测量要求，为进一步在体测量奠定了基础。.3) 利用 ASIC 神经刺激器芯片自身的电极电压、电流检测功能，配合分立元器件、低功耗微控制器、幅度相位检测芯片，建立了基于ASIC芯片的复阻抗谱测量系统。基于Class E功率放大器建立射频无线传输系统，能够为低能磁耦合工作条件下的经皮传输提供更大的能量传输。设计了反向无线传输功能，有待进一步进行验证。.4) 利用AD5933复阻抗谱系统，对植入于动物脑皮层的神经电极进行复阻抗测试，获取电极与神经组织接口响应特性的变化规律，衡量ETI电极的极化反应程度、排异反应所造成的电极周边组织包裹物的致密程度、神经组织的损伤程度等。. 本项目在研期间发表EI文章1篇，核心期刊5篇；课题相关发明专利授权3项，公开4项；指导硕士研究生2名，本科毕业设计2名。