[發明專利]基于脊髓神經功能電激勵的大鼠腿部運動重建實驗方法

有效

• 申請號: 201410567044.2
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104306066B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發明（設計）人: 沈曉燕;許鵬
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: A61B90/00
• 分類號: A61B90/00
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔡晶晶

技術領域

本發明涉及一種基于脊髓神經功能電激勵的大鼠腿部運動重建實驗方法，屬于生物醫學工程領域。

背景技術

隨著電子科技的發展，科學家和康復醫學工程師采用功能電刺激（FES）恢復脊髓損傷患者運動功能，并已經成功應用于臨床實驗中。其應用如重建上肢伸縮的動作，促進下肢站立、平衡、姿態和步態的訓練。FES正在為實現癱瘓病人康復尤其是運動功能的修復提供了新方法和新技術。

由于肢體正常伸縮運動并不是由單個肌肉控制的，而是由多個肌肉或肌群共同協調控制的，而且肌肉的興奮與脊髓神經信號相關，由于目前還沒有適用于功能性電激勵的大鼠脊髓運動功能圖譜，微電極放置的位置很多是通過對特定動作的反復試驗而取得的。盡管R.M.Ichiyama等人在大鼠脊髓硬脊膜刺激(ESCS)中發現使用30-50Hz的短矩形脈沖刺激脊髓L3-L6節段會使下肢產生縮腿運動，Dimitrijevic等人也發現在脊髓硬膜刺激中25-50Hz的脈沖刺激會使下肢產生收縮或者伸展運動，而脊髓受傷的人在仰臥狀態下5-15Hz的脈沖刺激就會使下肢產生伸張運動，但是都沒有涉及肢體伸、縮完整動作的實現。

國內不少高校設立了生物醫學工程專業，需要培養學生的動手能力，通過試驗可以增加對脊髓神經功能電激勵的直觀了解，有利于展開相關的科學研究。

由于大鼠在死亡后的十幾分鐘內，脊髓神經與肌群之間的關聯依然存在，因此針對活體或死亡十分鐘內的大鼠脊髓神經進行電激勵功能重建試驗，特別是伸縮腿的重建實驗，對于生物醫學教學具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于：克服上述現有技術的缺陷，提出一種基于脊髓神經功能電激勵的大鼠腿部運動重建實驗方法。

為了達到上述目的，本發明提出的基于脊髓神經功能電激勵的大鼠腿部運動重建實驗方法，其特征在于包括以下步驟：

第1步、大鼠固定——將大鼠固定在試驗臺上，使大鼠背部朝上，所述大鼠背部已切開且脊髓外露；

第2步、確定電激勵位置——測量脊髓的橫徑D，第一腰椎的長度L1、第三腰椎的長度L3，建立基于各脊椎節段的參考坐標，在參考坐標中，大鼠背腹方向和橫徑方向采用歸一化處理，從而建立起用以表征各脊椎節段內激勵點位置的三維坐標，從而確定位于第一腰椎上用于控制縮腿的脊髓刺激點準確位置，以及位于第三腰椎上用于控制伸腿的脊髓刺激點準確位置；

第3步、植入電極——將第一、第二針灸電極分別植入控制縮腿、伸腿的脊髓刺激點并固定；

第4步、施加電激勵——利用電激勵設備對第一、第二針灸電極分別施加第一、第二電激勵脈沖，所述第一、第二電激勵脈沖按順序觸發；所述第一激勵脈沖周期T1=0.03s，脈沖寬度D1=200μs，一次縮腿動作的刺激脈沖發放的次數N1=35-45，刺激幅值U1=800mV；所述第二激勵脈沖周期T2=0.03s，脈沖寬度D2=200μs，一次伸腿動作的脈沖發放的次數為N2=34-45，刺激幅值U2=250mV；

第5步、觀察——觀察大鼠脊髓受電激勵后的腿部動作。

本發明進一步的特征在于：

1、所述第5步中，使用肌電監測儀采集被誘發的相關肌肉的肌電信號，觀察肌電信號曲線與激勵脈沖的關系。

2、第1步中，將大鼠臥放在立體定位儀的試驗臺上，并且用大鼠脊柱適配器將大鼠的脊髓進行固定。

3、所述針灸電極安裝在所述立體定位儀上，其一端接信號源；在手術顯微鏡觀測下，以脊髓的后正中溝為Z軸，橫徑方向為X軸，背腹方向為Y軸，用立體定位儀控制刺激電極在各個椎骨內的脊髓的橫向、縱向和頭尾方向移動。

4、用于控制縮腿的脊髓刺激點位于第一腰椎上的坐標為（（0.235±0.05）*D，（1.875±0.05）*D，（0.720±0.05）*L1），位于用于控制伸腿的脊髓刺激點位于第三腰椎上的坐標為（（0.294±0.05）*D，（0.382±0.05）*D，（0.477±0.05）*L2）；

5、第i電激勵脈沖的第一個上升沿至第二電激勵脈沖的第i個上升沿之間的時間差為1.05-1.35s，i=1,2,3，…。

6、所述大鼠為活體或死亡后10分鐘內的大鼠。。