[发明专利]基于脊髓神经功能电激励的大鼠腿部运动重建实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于脊髓神经功能电激励的大鼠腿部运动重建实验方法，属于生物医学工程领域。

背景技术

随着电子科技的发展，科学家和康复医学工程师采用功能电刺激（FES）恢复脊髓损伤患者运动功能，并已经成功应用于临床实验中。其应用如重建上肢伸缩的动作，促进下肢站立、平衡、姿态和步态的训练。FES正在为实现瘫痪病人康复尤其是运动功能的修复提供了新方法和新技术。

由于肢体正常伸缩运动并不是由单个肌肉控制的，而是由多个肌肉或肌群共同协调控制的，而且肌肉的兴奋与脊髓神经信号相关，由于目前还没有适用于功能性电激励的大鼠脊髓运动功能图谱，微电极放置的位置很多是通过对特定动作的反复试验而取得的。尽管R.M.Ichiyama等人在大鼠脊髓硬脊膜刺激(ESCS)中发现使用30-50Hz的短矩形脉冲刺激脊髓L3-L6节段会使下肢产生缩腿运动，Dimitrijevic等人也发现在脊髓硬膜刺激中25-50Hz的脉冲刺激会使下肢产生收缩或者伸展运动，而脊髓受伤的人在仰卧状态下5-15Hz的脉冲刺激就会使下肢产生伸张运动，但是都没有涉及肢体伸、缩完整动作的实现。

国内不少高校设立了生物医学工程专业，需要培养学生的动手能力，通过试验可以增加对脊髓神经功能电激励的直观了解，有利于展开相关的科学研究。

由于大鼠在死亡后的十几分钟内，脊髓神经与肌群之间的关联依然存在，因此针对活体或死亡十分钟内的大鼠脊髓神经进行电激励功能重建试验，特别是伸缩腿的重建实验，对于生物医学教学具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于脊髓神经功能电激励的大鼠腿部运动重建实验方法。

为了达到上述目的，本发明提出的基于脊髓神经功能电激励的大鼠腿部运动重建实验方法，其特征在于包括以下步骤：

第1步、大鼠固定——将大鼠固定在试验台上，使大鼠背部朝上，所述大鼠背部已切开且脊髓外露；

第2步、确定电激励位置——测量脊髓的横径D，第一腰椎的长度L1、第三腰椎的长度L3，建立基于各脊椎节段的参考坐标，在参考坐标中，大鼠背腹方向和横径方向采用归一化处理，从而建立起用以表征各脊椎节段内激励点位置的三维坐标，从而确定位于第一腰椎上用于控制缩腿的脊髓刺激点准确位置，以及位于第三腰椎上用于控制伸腿的脊髓刺激点准确位置；

第3步、植入电极——将第一、第二针灸电极分别植入控制缩腿、伸腿的脊髓刺激点并固定；

第4步、施加电激励——利用电激励设备对第一、第二针灸电极分别施加第一、第二电激励脉冲，所述第一、第二电激励脉冲按顺序触发；所述第一激励脉冲周期T1=0.03s，脉冲宽度D1=200μs，一次缩腿动作的刺激脉冲发放的次数N1=35-45，刺激幅值U1=800mV；所述第二激励脉冲周期T2=0.03s，脉冲宽度D2=200μs，一次伸腿动作的脉冲发放的次数为N2=34-45，刺激幅值U2=250mV；

第5步、观察——观察大鼠脊髓受电激励后的腿部动作。

本发明进一步的特征在于：

1、所述第5步中，使用肌电监测仪采集被诱发的相关肌肉的肌电信号，观察肌电信号曲线与激励脉冲的关系。

2、第1步中，将大鼠卧放在立体定位仪的试验台上，并且用大鼠脊柱适配器将大鼠的脊髓进行固定。

3、所述针灸电极安装在所述立体定位仪上，其一端接信号源；在手术显微镜观测下，以脊髓的后正中沟为Z轴，横径方向为X轴，背腹方向为Y轴，用立体定位仪控制刺激电极在各个椎骨内的脊髓的横向、纵向和头尾方向移动。

4、用于控制缩腿的脊髓刺激点位于第一腰椎上的坐标为（（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点位于第三腰椎上的坐标为（（0.294±0.05）*D，（0.382±0.05）*D，（0.477±0.05）*L2）；

5、第i电激励脉冲的第一个上升沿至第二电激励脉冲的第i个上升沿之间的时间差为1.05-1.35s，i=1,2,3，…。

6、所述大鼠为活体或死亡后10分钟内的大鼠。。