Method for activation of the specified effectors by selective stimulation of the rat`s peripheral nerve fibres

Paweł Maciejasz

Abstract

W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci ukazało się wiele prac naukowych potwierdzających możliwość selektywnego stymulowania pęczków a nawet włókien nerwowych w obrębie nerwów obwodowych. Selektywność uzyskiwana była poprzez odpowiednie rozmieszczenia kontaktów w elektrodzie oraz zastosowanie impulsów stymulacyjnych o odpowiednich parametrach. Osiągnięcia te mogą pozwolić na precyzyjne oddziaływanie na pracę wybranych narządów w organizmie człowieka przy stosunkowo małej inwazyjności zabiegów z tym związanych. Zastosowanie impulsowego prądu elektrycznego w medycynie, które mogłoby przynieść duże korzyści, hamowane jest jednak przez długi czas potrzebny na wyznaczenie odpowiednich parametrów stymulacji. Z tego względu istnieje potrzeba opracowania metod, które pozwolą na szybkie wyznaczenie parametrów stymulacji umożliwiających uzyskanie pożądanego stopnia aktywacji efektorów.W niniejszej pracy podjęto próbę opracowania metody doboru parametrów stymulacji nerwu obwodowego szczura umożliwiających pobudzenie wybranych efektorów przy względnie małej aktywacji innych efektorów zaopatrywanych przez stymulowany nerw. W tym celu opracowano stanowisko badawcze, w którym wykorzystano 16-kanałowy programowalny stymulator prądowy z 8 kanałami przeznaczonymi do akwizycji sygnałów. Praca stymulatora kontrolowana była za pomocą oprogramowania autorskiego napisanego przy użyciu platformy programistycznej Microsoft .NET, w którym zaimplementowano dwa algorytmy umożliwiające dobór parametrów stymulacji. Algorytm pierwszy umożliwia wyznaczenie zbioru wszystkich możliwych do uzyskania odpowiedzi dla określonego zbioru dopuszczalnych parametrów impulsu stymulacyjnego oraz dopuszczalnych kombinacji kontaktów stymulacyjnych. Algorytm drugi umożliwia wyznaczenie parametrów impulsu stymulacyjnego pozwalających uzyskać zadany stopień pobudzenia wybranych efektorów. Opracowano również model elektroniczny nerwu, który pozwolił na wstępną weryfikację poprawności działania opracowanego stanowiska i zaproponowanych algorytmów. Model posiada cztery wejścia oraz cztery wyjścia i symuluje zmianę potencjału błonowego czterech włókien nerwowych pod wpływem zewnętrznej stymulacji prądem elektrycznym.W celu weryfikacji opracowanej metody przeprowadzono 4 serie badań, w czasie których stymulowano nerw strzałkowy szczura za pomocą elektrody mankietowej o 12 kontaktach i rejestrowano wartość przyspieszenia jego stopy wywołanego stymulacją. Na podstawie zarejestrowanych wartości przyspieszenia wyznaczono maksymalne przemieszczenia stopy szczura.W czasie przeprowadzonych badań opracowane algorytmy działały poprawnie, jednak algorytm umożliwiający wyznaczenie parametrów impulsu stymulacyjnego pozwalających uzyskać zadany stopień pobudzenia wybranych efektorów nie wyznaczył tych parametrów w 4 z 8 przeprowadzonych prób. Na to niepowodzenie wpływ miała wariancja przemieszczeń łapy szczura rejestrowanych w odpowiedzi na impulsy o takich samych parametrach. W sytuacji, gdy praca tego algorytmu zakończyła się powodzeniem, zakończył on pracę w czasie znacząco krótszym niż algorytm wyznaczający zbiór wszystkich możliwych do uzyskania odpowiedzi.Wyniki przeprowadzonych badań pokazują, że dzięki zastosowaniu algorytmów automatyzujących dobór parametrów stymulacji, czas potrzebny na znalezienie parametrów stymulacji pozwalających uzyskać pożądany stopień aktywacji efektorów może być znacznie skrócony. Przed zastosowaniem opracowanej metody i algorytmów w praktyce klinicznej, konieczne jest wyeliminowanie czynników mających wpływ na wariancję rejestrowanych odpowiedzi, w sytuacji gdy parametry generowanego impulsu nie ulegają zmianie.
Diploma typeDoctor of Philosophy
Author Paweł Maciejasz (FM)
Paweł Maciejasz,,
- Faculty of Mechatronics
Title in EnglishMethod for activation of the specified effectors by selective stimulation of the rat`s peripheral nerve fibres
Languagepl polski
Certifying UnitFaculty of Mechatronics (FM)
Defense Date06-10-2010
Supervisor Roman Paśniczek (FM / IMBE)
Roman Paśniczek,,
- The Institute of Metrology and Biomedical Engineering

Pages129
Keywords in Polishstymulacja neuronowa, neuroprotezy, inżynieria biomedyczna
Abstract in PolishW ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci ukazało się wiele prac naukowych potwierdzających możliwość selektywnego stymulowania pęczków a nawet włókien nerwowych w obrębie nerwów obwodowych. Selektywność uzyskiwana była poprzez odpowiednie rozmieszczenia kontaktów w elektrodzie oraz zastosowanie impulsów stymulacyjnych o odpowiednich parametrach. Osiągnięcia te mogą pozwolić na precyzyjne oddziaływanie na pracę wybranych narządów w organizmie człowieka przy stosunkowo małej inwazyjności zabiegów z tym związanych. Zastosowanie impulsowego prądu elektrycznego w medycynie, które mogłoby przynieść duże korzyści, hamowane jest jednak przez długi czas potrzebny na wyznaczenie odpowiednich parametrów stymulacji. Z tego względu istnieje potrzeba opracowania metod, które pozwolą na szybkie wyznaczenie parametrów stymulacji umożliwiających uzyskanie pożądanego stopnia aktywacji efektorów.W niniejszej pracy podjęto próbę opracowania metody doboru parametrów stymulacji nerwu obwodowego szczura umożliwiających pobudzenie wybranych efektorów przy względnie małej aktywacji innych efektorów zaopatrywanych przez stymulowany nerw. W tym celu opracowano stanowisko badawcze, w którym wykorzystano 16-kanałowy programowalny stymulator prądowy z 8 kanałami przeznaczonymi do akwizycji sygnałów. Praca stymulatora kontrolowana była za pomocą oprogramowania autorskiego napisanego przy użyciu platformy programistycznej Microsoft .NET, w którym zaimplementowano dwa algorytmy umożliwiające dobór parametrów stymulacji. Algorytm pierwszy umożliwia wyznaczenie zbioru wszystkich możliwych do uzyskania odpowiedzi dla określonego zbioru dopuszczalnych parametrów impulsu stymulacyjnego oraz dopuszczalnych kombinacji kontaktów stymulacyjnych. Algorytm drugi umożliwia wyznaczenie parametrów impulsu stymulacyjnego pozwalających uzyskać zadany stopień pobudzenia wybranych efektorów. Opracowano również model elektroniczny nerwu, który pozwolił na wstępną weryfikację poprawności działania opracowanego stanowiska i zaproponowanych algorytmów. Model posiada cztery wejścia oraz cztery wyjścia i symuluje zmianę potencjału błonowego czterech włókien nerwowych pod wpływem zewnętrznej stymulacji prądem elektrycznym.W celu weryfikacji opracowanej metody przeprowadzono 4 serie badań, w czasie których stymulowano nerw strzałkowy szczura za pomocą elektrody mankietowej o 12 kontaktach i rejestrowano wartość przyspieszenia jego stopy wywołanego stymulacją. Na podstawie zarejestrowanych wartości przyspieszenia wyznaczono maksymalne przemieszczenia stopy szczura.W czasie przeprowadzonych badań opracowane algorytmy działały poprawnie, jednak algorytm umożliwiający wyznaczenie parametrów impulsu stymulacyjnego pozwalających uzyskać zadany stopień pobudzenia wybranych efektorów nie wyznaczył tych parametrów w 4 z 8 przeprowadzonych prób. Na to niepowodzenie wpływ miała wariancja przemieszczeń łapy szczura rejestrowanych w odpowiedzi na impulsy o takich samych parametrach. W sytuacji, gdy praca tego algorytmu zakończyła się powodzeniem, zakończył on pracę w czasie znacząco krótszym niż algorytm wyznaczający zbiór wszystkich możliwych do uzyskania odpowiedzi.Wyniki przeprowadzonych badań pokazują, że dzięki zastosowaniu algorytmów automatyzujących dobór parametrów stymulacji, czas potrzebny na znalezienie parametrów stymulacji pozwalających uzyskać pożądany stopień aktywacji efektorów może być znacznie skrócony. Przed zastosowaniem opracowanej metody i algorytmów w praktyce klinicznej, konieczne jest wyeliminowanie czynników mających wpływ na wariancję rejestrowanych odpowiedzi, w sytuacji gdy parametry generowanego impulsu nie ulegają zmianie.

Get link to the record

Back
Confirmation
Are you sure?