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基于脊髓电刺激和小脑顶核电刺激的心肌缺血治疗仪的研究

2020-11-22阅读(131)

基于脊髓电刺激和小脑顶核电刺激的心肌缺血治疗仪的研究

论文摘要

心肌缺血严重危害着人类的生命健康。近年来,心肌缺血的治疗得到许多发展,但在常规治疗方式中,药物治疗存在副作用及耐药性,手术治疗费用昂贵并受到病人身体状况的限制。利用脊髓电刺激（Spinal Cord Stimulation,SCS）的镇痛和减少心肌耗氧等效应及小脑顶核电刺激（Fastigial Nucleus Stimulation,FNS）的神经源性保护原理,作者研究了一种基于脊髓电刺激和小脑顶核电刺激的心肌缺血治疗仪。通过对载波信号的频谱分析,提出了一种能分离治疗阈值与疼痛阈值的无极性指数脉冲。运用自相关技术,筛选随机信号作为调制波,解决电刺激波形对机体适应性问题。设计并研制了可供临床实验的治疗仪样机。治疗仪系统采用上下位机结构,上位机为通用个人电脑（Personal Computer, PC）,下位机为AT89S51 构成的单片机子系统,两者由标准串口互连通信;PC 端的应用软件提供操作界面和数据库管理等功能,通过串口控制下位机实现治疗功能;AT89S51接收PC端命令控制其外围电路工作;采用可编程逻辑器件完成两组载波信号的产生,控制恒流源输出的极性。研制的心肌缺血治疗仪样机的主要技术参数为: ①恒流输出特性; ②脊髓刺激组的最大输出电流峰值Itop为30mA,有效输出电流为4.5mA 小脑顶核刺激组的最大输出电流峰值Itop为20mA,有效输出电流为3mA; ③最大输出电压峰值Vtop为35V; ④随机信号调幅的刺激波形。为了评价对心血管疾病的治疗作用,用已研制的治疗仪对10 例缺血型ST-T改变患者进行了初步的临床实验。结果表明,经过13 个疗程的治疗,86%的患者的心肌缺血主要症状好转、心电图ST-T 有改善,提示这种治疗具有减轻心肌缺血程度的疗效,并且未有出现明显的副作用。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 缩略语
  • 1 绪论
  • 1.1 问题的提出与研究意义
  • 1.1.1 问题的提出
  • 1.1.2 研究意义
  • 1.2 脊髓电刺激疗法的研究现状
  • 1.3 小脑顶核电刺激的研究现状
  • 1.4 本课题的研究目和论文规划
  • 1.4.1 课题研究目的
  • 1.4.2 论文规划
  • 2 心血管活动神经中枢调节的生理基础和心肌缺血病理基础
  • 2.1 心血管活动的神经中枢调节
  • 2.1.1 脊髓交感节前神经元
  • 2.1.2 延髓心血管中枢
  • 2.1.3 下丘脑对心血管活动的控制
  • 2.1.4 小脑顶核对心血管活动的控制
  • 2.2 心肌缺血的病理基础
  • 2.2.1 病因
  • 2.2.2 心肌缺血发病机制
  • 2.2.3 心肌缺血与心绞痛
  • 3 脊髓电刺激和小脑顶核电刺激的治疗机制
  • 3.1 脊髓电刺激治疗心肌缺血的机理
  • 3.1.1 改善冠脉血流和降低心肌耗氧量
  • 3.1.2 缓解疼痛
  • 3.1.3 降低交感神经活性
  • 3.1.4 内源性啡肽类物质的作用
  • 3.2 脊髓电刺激疗法的安全性
  • 3.3 小脑顶核电刺激对心血管疾病治疗原理探讨
  • 4 电刺激波形设计
  • 4.1 波形设计的重要性
  • 4.2 波形设计的关键任务
  • 4.3 刺激波形的筛选
  • 4.3.1 分离治疗阈值与疼痛阈值
  • 4.3.2 克服机体适应性
  • 4.4 波形设计结果
  • 5 心肌缺血治疗仪系统设计方案论证
  • 5.1 实施方案论证与选择
  • 5.2 基于通用PC 平台的上下位机系统的总体设计
  • 6 心肌缺血治疗仪系统硬件的设计
  • 6.1 下位机的控制核心——单片机单元模块
  • 6.2 PC 机和单片机的接口电路单元
  • 6.2.1 RS232 标准串口的选用
  • 6.2.2 电平转换芯片MAX232
  • 6.2.3 PC 机与单片机之间的接口电路
  • 6.3 调制波产生模块
  • 6.3.1 主要器件选择
  • 6.3.2 电路图设计
  • 6.3.3 调制波的整形
  • 6.4 微分型指数载波的发生电路模块
  • 6.4.1 可编程逻辑器件的概述
  • 6.4.2 可编程逻辑器件的选择
  • 6.4.3 MAX7000 系列芯片的在系统编程（ISP, In-System programmability）
  • 6.4.4 MAX7128 与89S51 的连接电路
  • 6.4.5 由方波到微分型指数波的整形电路
  • 6.5 调制波与载波的综合——调幅电路模块
  • 6.6 刺激强度控制电路
  • 6.6.1 X9313 的结构及其工作原理
  • 6.6.2 程控增益放大器
  • 6.7 恒流源输出电路模块
  • 6.8 电源电路设计
  • 7 心肌缺血治疗仪系统的相关软件设计
  • 7.1 单片机程序的设计
  • 7.1.1 主程序的工作流程图
  • 7.1.2 定时器1 与波特率的产生
  • 7.1.3 定时器0 的中断服务程序与刺激波形产生
  • 7.1.4 PC 与单片机通信的协议定制
  • 7.1.5 单片机控制外设的程序设计
  • 7.2 编程逻辑器件的编程
  • 7.2.1 MAX+PLUSⅡ开发环境的简介
  • 7.2.2 使用编程语言VHDL
  • 7.2.3 软件编程
  • 7.3 PC 应用软件的编程
  • 7.3.1 Delphi 开发环境
  • 7.3.2 主要技术
  • 7.3.3 治疗仪应用软件的运行流程
  • 8 临床试验设计与结果
  • 8.1 对象和方法
  • 8.2 临床实验的初步结果
  • 8.3 临床实验的初步结论
  • 9 结论与展望
  • 9.1 结论
  • 9.2 后续研究的展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录:作者攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 独创性声明
  • 学位论文版权使用授权书

    • 相关论文文献

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