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基于磁声耦合的无损神经电流检测技术的模型与实验研究

作　者: 张虹淼
导　师: 李光
学　校: 浙江大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 磁声耦合神经电流检测刺激神经偶极子模型神经电缆模型
分类号: R319
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随着我国参加人类脑计划,与之相关的神经信息学也亟待发展。神经电流的无损检测和有效进行神经刺激是当前研究的热点和难点。磁声技术因其无损、低成本而备受关注,利用磁声耦合检测神经电流和刺激神经已成为具有巨大发展潜力的研究方向。在外加磁场存在下,可兴奋神经中的动作电流,受到洛仑兹力,因而发生的压力或组织位移中包含电流信息。基于连续介质和电磁学理论,建立偶极子模型,为磁声耦合检测神经电流提供数学基础,得到此方法分析生物体内和体外电流的能力和限制。在理论分析的技术上,设计实验,检测磁场下模拟的微安到毫安培级的电流和基于神经电缆模型的慢速电流的声响应。实验结果表明,电流和声响应之间线性关系良好,即声响应包含一定的电流信息。在强稳恒磁场下发射超声波,超声波传播引起可兴奋组织中离子的机械运动,在磁场中由于洛仑兹力作用而产生电流,从而引起神经兴奋。建立在磁场作用下超声刺激神经的模型,仿真实验结果表明超声能有效刺激神经,产生激励电流,引起神经兴奋。这个方法可以刺激毫米直径的区域,避免影响到周围区域。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-16
  1.1 课题来源与研究意义  8-9
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 磁声耦合检测神经电流的意义  8-9
  1.2 神经电流检测及其特点  9-10
  1.3 相关领域国内外研究状况  10-13
    1.3.1 检测现状和存在问题  10-12
    1.3.2 磁声耦合检测神经电流相关领域现状  12-13
  1.4 论文要达到的目标及难点  13-14
  1.5 论文的主要内容  14-16
第二章磁声耦合检测神经电流基本理论研究  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 生理学基础——神经元和神经冲动的传递  16-21
    2.2.1 神经元  16-18
    2.2.2 神经冲动的传导  18-21
  2.3 物理学基础——磁声技术  21-23
    2.3.1 磁声技术原理  21-22
    2.3.2 力学基本方程  22-23
  2.4 超声  23-26
    2.4.1 历史回顾  23
    2.4.2 超声基本概念  23-25
    2.4.3 超声生物效应及诊断功率限定  25-26
  2.5 小结  26-27
第三章磁声耦合检测神经电流的模型研究  27-42
  3.1 引言  27
  3.2 正交电场和磁场与声场耦合方程的建立  27-31
    3.2.1 音频  28-30
    3.2.2 超声频段  30-31
  3.3 简单的偶极子模型建立  31-36
    3.3.1 建立模型的假设  31-32
    3.3.2 偶极子模型  32-34
    3.3.3 模型仿真结果与分析  34-36
  3.4 电缆模型建立  36-41
    3.4.1 神经纤维的电缆特性  36-38
    3.4.2 电缆模型建立  38-41
    3.4.3 模型分析与启示  41
  3.5 小结  41-42
第四章磁声耦合刺激神经电流的模型研究  42-53
  4.1 引言  42
  4.2 磁声耦合刺激神经的理论研究  42-44
    4.2.1 磁声耦合引起的刺激电流  42-43
    4.2.2 磁声耦合引起的膜电压改变  43-44
  4.3 磁声耦合刺激神经电路模型  44-51
    4.3.1 Hodghin-Huxley模型  45-48
    4.3.2 仿真结果与分析  48-51
  4.4 小结  51-53
第五章磁声耦合检测生物电流实验  53-63
  5.1 引言  53
  5.2 磁声耦合检测神经电流的实验设计  53-56
    5.2.1 实验原理  53-54
    5.2.2 实验方案  54-55
    5.2.3 检测手段  55-56
  5.3 实验结果与分析  56-62
    5.3.1 偶极子模型的响应  56-60
    5.3.2 电缆模型的响应  60-61
    5.3.3 结果分析  61-62
  5.4 小结  62-63
第六章讨论与展望  63-66
  6.1 论文总结  63
  6.2 存在问题和研究展望  63-66
    6.2.1 模型部分  63-65
    6.2.2 实验部分  65-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间完成的科研成果  70-71
致谢  71-72
独创性声明  72
学位论文版权使用授权书  72

基于磁声耦合的无损神经电流检测技术的模型与实验研究

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