一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法，通过Matlab仿真软件设计刺激频率波形，用两个函数信号发生器或者Master‑9脉冲刺激器调节频率、幅值、波形，对4只大鼠脊髓的T9、T12、L1三个节段进行经皮表面电刺激，记录刺激电极植入位点的诱发运动类型。本发明专利技术通过时间干涉刺激对大鼠脊髓表面进行刺激，大鼠下肢的一系列运动反应证明了这种无创电刺激的可行性，这种刺激在未来人类疾病的治疗上一定会发生不可代替的作用。

Reconstruction of spinal cord motor function in rats based on temporal coherence stimulation

The invention discloses a method for reconstructing motor function of rat spinal cord based on time-coherent stimulation. The stimulus frequency waveform is designed by MATLAB simulation software, and the frequency, amplitude and waveform are regulated by two function signal generators or Master 9 pulse stimulator. Transdermal surface electrical stimulation is carried out on three segments of rat spinal cord: T9, T12 and L1 to record the inducement of the implantation site of stimulus electrode. Type of hair movement. The invention stimulates the surface of rat spinal cord by time interference stimulation, and a series of motor responses of rat lower limbs prove the feasibility of the non-invasive electrical stimulation, which will play an irreplaceable role in the treatment of human diseases in the future.

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法
本专利技术涉及大鼠脊髓运动功能重建
，具体为一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法。
技术介绍
脊髓是人和脊椎动物神经系统的重要组成部分，它位于脊椎骨组成的椎管内，呈长圆柱状，内部有一个灰质区，灰质区呈H状或蝴蝶型，脊髓主要由神经细胞构成；灰质区的周围是白质区，它主要由脊髓神经纤维组成[22]。它两旁会发出成对的神经，这些神经通往全身各个部分，如皮肤、肌肉、器官；脊髓还是周围神经与脑之间的通路，是许多简单反射活动的低级中枢[23]。脊髓的主要功能有：反射功能、传导功能、运动功能、调节功能。它将皮肤、肌肉和内脏器官等组织中的神经信息传递到大脑，同时又负责将大脑的控制指令传递给肢体的各个部位。一旦脊髓发生损伤很大程度上会导致不同程度的肢体瘫痪。因此，脊髓对于我们而言是至关重要的。近年来，由交通事故、自然灾害等意外伤害所导致的脊髓损伤患者越来越多，造成其不同程度的肢体瘫痪。虽然近期大量生物学和干细胞移植研究有了突破性的进展，但大都尚未在临床上实际应用。随着科技的发展,应用电子信息科学和技术逐渐被应用到生物神经系统上并且受到人们的广泛关注。大量研究证实,脊髓电刺激可以有效治疗由于脊髓损伤所导致的下肢运动功能障碍,电刺激成为一项具有应用前景的新的治疗性技术。脊髓电刺激(SCS)是把电极植入脊髓硬膜外腔,并且通过电流脉冲刺激脊髓的脊柱束和感觉神经来达到治疗损伤脊髓的目的。脊髓电刺激系统由电脉冲发生器、刺激电极和延长导线组成。诱发电位是指对对神经系统的特定部位给以适宜的微电刺激，在相应部位产生可以检出的,与刺激有相对固定时间间隔(锁时关系)和特定位相的生物电反应。随着设备的不断改进,SCS有了快速的发展,电刺激的效果不断提高,应用领域逐渐增多。虽然ESCS可以有效诱发脊髓损伤下游的运动信号传导，但是植入电极会给患者带来组织损伤和巨大的痛苦。近日研究发现的时间干涉电刺激，可以无侵入的准确的刺激到脊髓相应的部位，而且不会造成任何副作用，这对未来人类疾病的治疗特别是帕金森病的治疗非常有益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法，包括以下步骤：A、暴露脊髓位置；B、刺激电极；C、刺激信号；D、神经信号记录；E、频率的选择；F、模型的仿真波形制作；G、大鼠脊髓刺激位点的选择。优选的，所述步骤A中具体方法为：先对手术器械高温消毒；在大鼠的经腹腔注射10％的水合氯醛，麻醉生效后确定T9、T12、L1节段的脊椎并剔除其脊背鼠毛，75％的酒精消毒，用手术刀将大鼠脊髓表层皮肤切开，以利于电极的插入。优选的，所述步骤B中刺激电极采用美国MicroProbes公司的钨丝单电极，电极型号为WE30030.5A3，轴径0.081mm，尖端直径2-3mm，阻抗0.5meg；记录电极采用美国MicroProbes公司生产的钨丝单电极，电极型号为WE30031.0A3，轴径0.081mm，尖端直径2-3mm，阻抗1.0meg。优选的，所述步骤C中具体方法为：通过两个函数信号发生器调制出不同频率、不同幅值的波形，对大鼠脊髓的T9、T12、L1节段进行表面电刺激，观察大鼠的四肢及尾巴的运动情况，记录刺激频率，通过一系列的数据实验观察分析大鼠四肢运动的规律。优选的，所述步骤D中具体方法为：先将大鼠固定在定位仪上，将刺激电极连接到大鼠的刺激位点上，两个函数信号发生器首先采用的是2000kHz和2200kHz的正弦波频率进行电刺激，此时大鼠的右腿出现了抽动的现象；接着通过改变频率和幅值的大小，改变波形的形状，刺激强度逐渐增加或减小，观察大鼠的四肢及尾巴反应，记录出现运动的阈值。优选的，所述步骤E中刺激频率采用2000kHz和2010kHz。优选的，所述步骤G中设置两个幅值相同的正弦波，都为100mV，对大鼠脊髓的T9、T12、L1三点进行时间干涉电刺激，保持幅值不变的情况下，调制输出波形的频率，观察大鼠的下肢诱发运动。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过时间干涉刺激对大鼠脊髓表面进行刺激，大鼠下肢的一系列运动反应证明了这种无创电刺激的可行性，这种刺激在未来人类疾病的治疗上一定会发生不可代替的作用。(2)本专利技术中，当频率保持不变，改变幅值时，幅值的数值相差越小，大鼠的下肢反应越明显，会发生明显的收缩现象，幅值数据相差越大，大鼠的反射运动就越来越不明显，甚至没有任何反应；相反，如果其他数据不变，频率的数值相差越小，大鼠的反应会越来越小，甚至没有反应，如果频率差值越来越大，大鼠的反射运动会随着差值的增大而明显，大鼠出现尾巴右摆的现象，但是在改变幅值时不会出现这种结果。(3)本专利技术中，刺激大鼠脊髓的T9、T12、L1三个节段，当幅值、波形保持不变，改变刺激波形。当刺激脊髓的T9节段时，大鼠下肢所作出的反应最为明显，在刺激T9、T12、L1三个节段时，如果他们的刺激频率相差的越大，大鼠下肢的反应都会有很明显的双腿交替抽动，但是越往脊髓的后部节段，如果频率相差较小时，大鼠下肢将不会产生任何反应。附图说明图1为本专利技术ESCS整体组成示意图；图2为本专利技术2000kHz及2010kHz的正弦函数波形图；图3为本专利技术2000kHz及2010kHz的正弦函数相加波形图；图4为本专利技术2000kHz的正弦波和2100kHz的方波波形图；图5为本专利技术2000kHz的正弦波和2100kHz的方波形成的包络波形图；图6为本专利技术2000kHz的方波和2100kHz的方波波形图；图7为本专利技术2000kHz的方波和2100kHz的方波形成的包络波形图；图8为本专利技术2000kHz的正弦波和2010kHz的方波波形图；图9为本专利技术2000kHz的正弦波和2010kHz的方波形成的包络波形图；图10为本专利技术2000kHz的三角波和2005kHz的方波波形图；图11为本专利技术2000kHz的三角波和2005kHz的方波形成的包络波形图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术使用的是健康成年SD大鼠4只，每一只体重250克至300克，并将4只SD大鼠随机编号为1、2、3、4。(1)动物饲养环境将4只老鼠饲养于相同的环境下：①清洁干净的动物实验饲养笼子，中央空调，保持每间隔一段时间就集中通风以确保环境适宜。②光照时间安排：12小时明亮，12小时黑暗。③饲养环境：温度范围为20摄氏度至25摄氏度，相对湿度范围为40％～70％。(2)饲料和饮水每隔一定时间给与大鼠喂食，SD大鼠的饮水为城市自来水，每组SD大鼠都可自由饮食、饮水。请参阅图1-11，本专利技术提供一种技术方案：本专利技术提供如下技术方案：一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法，包括以下步骤：A、暴露脊髓位置；B、刺激电极；C、刺激信号；D、神经信号记录；E、频率的选择；F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法，其特征在于：包括以下步骤：A、暴露脊髓位置；B、刺激电极；C、刺激信号；D、神经信号记录；E、频率的选择；F、模型的仿真波形制作；G、大鼠脊髓刺激位点的选择。

【技术特征摘要】
1.一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法，其特征在于：包括以下步骤：A、暴露脊髓位置；B、刺激电极；C、刺激信号；D、神经信号记录；E、频率的选择；F、模型的仿真波形制作；G、大鼠脊髓刺激位点的选择。2.根据权利要求1所述的一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法，其特征在于：所述步骤A中具体方法为：先对手术器械高温消毒；在大鼠的经腹腔注射10％的水合氯醛，麻醉生效后确定T9、T12、L1节段的脊椎并剔除其脊背鼠毛，75％的酒精消毒，用手术刀将大鼠脊髓表层皮肤切开，以利于电极的插入。3.根据权利要求1所述的一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法，其特征在于：所述步骤B中刺激电极采用美国MicroProbes公司的钨丝单电极，电极型号为WE30030.5A3，轴径0.081mm，尖端直径2-3mm，阻抗0.5meg；记录电极采用美国MicroProbes公司生产的钨丝单电极，电极型号为WE30031.0A3，轴径0.081mm，尖端直径2-3mm，阻抗1.0meg。4.根据权利要求1所述的一种基于时间相干刺激的大鼠脊髓运动功能重建方法，其特征在于:所述步骤C中具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：马磊，沈晓燕，万晶，鞠峰，陶春伶，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32