张广浩 1,2 , 张丞 1,2 , 吴昌哲 1 , 霍小林 1,2
  • 1. 中国科学院电工研究所 生物电磁学北京市重点实验室(北京 100190);
  • 2. 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院(北京 100149);
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脊髓电刺激(SCS)治疗慢性疼痛以一种开环的方式植入,植入后刺激参数一般保持不变。为了避免电极位置变化引起刺激强度不足或过度刺激,可以利用 SCS 电极记录的诱发复合动作电位(ECAP)作为反馈信号,来调整刺激参数。本文建立了 SCS 同步记录 ECAP 的仿真模型,并研究 ECAP 波形与脊髓背侧柱(DC)纤维兴奋程度之间的关系。通过 SCS 有限元仿真模型和感觉纤维多房室电缆模型的耦合计算 SCS 作用下由膜电流引起的单纤维动作电位(SFAP),将 SFAP 叠加获得电极上记录的差分形式的 ECAP 信号。仿真结果表明 ECAP 中不同的波谷对应着不同直径的感觉纤维,由波谷位置和幅值可以判断 DC 纤维兴奋程度。不超过 10% DC 纤维兴奋时的 ECAP 波谷对应着大直径感觉纤维,20% 及以上 DC 纤维兴奋时出现慢传导的波谷,对应着小直径感觉纤维,且 DC 纤维兴奋程度越高,波谷幅值越大,但大直径纤维对应的波谷幅值保持不变。本文建立的 SCS 同步采集 ECAP 仿真模型可以模拟 ECAP 信号并由波谷位置和幅度判断 DC 纤维兴奋程度,进而判定刺激强度过小、适当或过大,为基于 ECAP 的闭环 SCS 在未来的临床应用提供理论依据。