脊髓功能電刺激能誘發(fā)因損傷或病理引起的運動功能缺損患者的肢體運動。然而,當前脊髓微激勵信號參數(shù)對嚙齒類動物后肢運動的調節(jié)機制尚未明確。為此,通過調節(jié)脊髓微激勵信號的幅值,對大鼠后肢關節(jié)產生伸展響應和屈曲響應時各關節(jié)角度的變化值進行定量分析。實驗分析表明:大鼠后肢產生伸展響應時,髖關節(jié)、膝關節(jié)與踝關節(jié)的角度變化值與刺激信號幅值的決定系數(shù)R~2分別為0.58、0.87、0.74;產生屈曲響應時各關節(jié)的角度變化值與刺激信號幅值的決定系數(shù)R~2分別為0.81、0.69、0.47。研究結果表明:大鼠后肢運動的各關節(jié)角度變化值與刺激幅值具有高度相關性。大鼠后肢產生伸展響應的最佳刺激信號的幅值范圍為(40±5)μA;產生屈曲響應的最佳刺激信號的幅值范圍為(80±10)μA。研究結果可為進一步研制后肢步態(tài)調控用脊髓刺激器提供參考。 

【文章來源】：南通大學學報(自然科學版). 2019年02期 第19-23+48頁

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

大鼠后肢骨架與矢狀面運動模型示意圖

米?晷畔⒆?晃??應的關節(jié)角度。對每一只動物，我們量化了不同刺激幅值下大鼠后肢產生伸展響應與屈曲響應兩種狀態(tài)下的各關節(jié)角度的變化（從初始角度開始）。以一次伸展響應為例，數(shù)據(jù)采集與處理過程如圖2所示。選取的變量是從刺激前的基線角度到刺激時各關節(jié)形成的角度之間的變化范圍。最終繪制出6只大鼠在不同刺激幅值下各關節(jié)角度變化的平均值和標準偏差（mean±SD）的柱狀圖。135.000104.300154.741（a）OpenMV與大鼠后肢實物圖（b）OpenMVIDE顏色標簽識別與數(shù)據(jù)采集（c）Processing軟件的數(shù)據(jù)處理與仿真圖2大鼠后肢數(shù)據(jù)采集與處理過程Fig.2Datacollectionandprocessingofhindlimbofrat1.4統(tǒng)計分析利用MATLAB軟件對髖關節(jié)、膝關節(jié)以及踝關節(jié)的角度變化值與刺激電流的幅值之間的相關性進行最小二乘回歸分析。決定系數(shù)R2的計算公式為，（4）其中：T=S+E，T為總平方和；S為回歸平方和；E為殘差平方和；y為實際值；f為預測值；為實際值的平均值。決定系數(shù)R2決定了相關的密切程度，越接近1，說明因變量與自變量兩者之間越有關聯(lián)。實驗結果用SPSS軟件進行統(tǒng)計分析。不同刺激幅值下的各關節(jié)角度進行單因素方差分析比較，雙側p<0.05設定為差異具有統(tǒng)計學意義。2實驗結果與分析實驗結果選取大鼠后肢產生伸展響應與屈曲響應時的后肢各關節(jié)角度變化值。不同刺激幅值產生的各組關節(jié)角度之間的差異具有統(tǒng)計學意義（p<0.05）。2.1伸展響應在大鼠后肢產生伸展響應實驗中，設定每次刺激電流的幅值分別為10、15、20、25、30、35、40、45和50μA。大鼠后肢髖關節(jié)、膝關節(jié)和踝關節(jié)對應的角度變化平均值隨刺激電流幅值的變化趨勢如圖3所示。當刺激電流為10~40μA時，髖?

·22·南通大學學報(自然科學版)2019年度變化呈上升趨勢；當刺激電流>45μA時，膝關節(jié)的角度變化開始減校當刺激電流為10~40μA時，踝關節(jié)的角度變化持續(xù)上升；之后繼續(xù)增大刺激電流幅值，踝關節(jié)的角度變化值開始減少。I/μA髖關節(jié)膝關節(jié)踝關節(jié)角度變化平均值/（°）102001051520253035304050圖3伸展響應時大鼠后肢各關節(jié)角度變化平均值隨刺激電流幅值的變化趨勢圖Fig.3Thetrendchartofthemeanvalueofthechangeintheangleofeachjointofhindlimbsofratswiththeamplitudeofthestimulationcurrentduringtheextensionresponse當大鼠后肢產生伸展響應且動作幅度增大階段時，髖關節(jié)、膝關節(jié)與踝關節(jié)的角度變化平均值與刺激電流幅值的線性回歸關系如圖4所示，決定系數(shù)R2分別為0.58（見圖4（a），p<0.05），0.87（見圖4（b），p<0.001），0.74（見圖4（c），p<0.05），這說明各關節(jié)的角度變化與刺激電流幅值高度相關。2.2屈曲響應在大鼠后肢產生屈曲響應實驗中，設定每次刺激電流的幅值分別為20、30、40、50、60、70、80、90和100μA。大鼠后肢髖關節(jié)、膝關節(jié)和踝關節(jié)對應的角度變化平均值隨刺激電流幅值的變化趨勢如圖5所示。當刺激電流為20~90μA時，髖關節(jié)角度變化呈上升趨勢；達到極值后繼續(xù)增加刺激電流，髖關節(jié)的角度變化值減校當刺激電流為20~90μA時，膝關節(jié)的角度變化持續(xù)增大，在刺激電流為90μA時，達到極值的狀態(tài)；繼續(xù)增大刺激電流，膝關節(jié)的角度變化開始減校當刺激電流為20~80μA時，踝關節(jié)的角度變化顯著增大；繼續(xù)增大刺激電流，踝關節(jié)的角度變化呈下降趨勢。大鼠后肢產生屈曲響應時，需要的閾值電流比產生伸展響應的閾值電流更大。在屈曲響應中，

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于脊髓內功能電激勵的大鼠后肢運動選擇性控制[J]. 沈曉燕,王志功,馬磊,呂曉迎,杜薇,陳軼,陶春伶.  生物醫(yī)學工程學雜志. 2018(06)
[2]基于椎管內微刺激的大鼠后肢運動脊髓功能核心區(qū)域測定[J]. 陳軼,馬磊,杜薇,沈曉燕.  生物醫(yī)學工程學雜志. 2017(04)



本文編號：2904707