Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Máy đo xa cấy ghép cho ghi nhận điện thần kinh lâu dài ở động vật và con người
Tóm tắt
Một hệ thống được mô tả nhằm khuếch đại tín hiệu điện thần kinh (ENG) từ một vòng điện cực ba cực và truyền nó từ bộ khuếch đại cấy ghép đến một hộp điều khiển bên ngoài. Đầu ra là ENG thô, được lọc dải từ 800 đến 8000 Hz. Bộ cấy ghép được cấp nguồn bằng phương pháp cảm ứng tần số vô tuyến và hoạt động hiệu quả với khoảng cách giữa các cuộn dây lên đến 30 mm. Việc thử nghiệm và hiệu suất của hệ thống được mô tả. Độ ồn tham chiếu đầu vào không bao giờ vượt quá 1μV RMS, và tại một số vị trí trong trường tần số vô tuyến, nó đã đạt tới 0.7μV, gần với giá trị mong đợi cho bộ khuếch đại được sử dụng. Tỉ lệ từ chối chế độ chung (CMRR) phụ thuộc vào sự mất cân bằng điện trở từ vòng điện cực và độ dài của cáp đầu vào. Các thiết bị có cáp ngắn và điện trở nguồn thấp có CMRR đạt 84 dB, nhưng với cáp dài 31 cm và vòng điện cực thật, CMRR giảm xuống còn 66 dB. Thời gian phục hồi sau khi có tác động kích thích là 5ms. Các phản ứng của vòng điện cực đối với các gradient điện thế bên ngoài và các tín hiệu chế độ chung được mô tả lý thuyết hoặc thông qua mô phỏng. Các thiết bị này có sẵn để sử dụng trong nghiên cứu về neuroprosthetic hoặc neurophysiology.
Từ khóa
#tín hiệu điện thần kinh #cấy ghép #khuếch đại #tần số vô tuyến #nghiên cứu neuroprostheticTài liệu tham khảo
Andreassen, L. N. S., andStruijk, J. J. (2000): ‘Configuration for improved SNR in nerve cuff electrode recordings’. Proc. 5th Annual Conference of IFESS, June, pp. 365–367
Donaldson, N. (1979): ‘Morphognostic coils: a technique for transmitting nearfield radio signals through the same space’,Med. Biol. Eng. Comput.,17, pp. 271–274.
Donaldson, P. E. K. (1983): ‘The Cooper cable: an implantable multiconductor cable for neurological prostheses’,Med. Biol. Eng. Comput.,21, pp. 371–374
Donaldson, N., andPerkins, T. A. (1983): ‘Analysis of resonant coupled coils in the design of radio frequency transcutaneous links’,Med. Biol. Eng. Comput.,21, pp. 612–627
Donaldson, P. (1985): ‘The Craggs connector; a termination for Cooper cable’,Med. Biol. Eng. Comput.,23, pp. 195–196
Donaldson, N. (1988): ‘Low-technology sealing method for implantable hermetic package’,Med. Biol. Eng. Comput.,26, pp. 111–116
Donaldson, N. (1992): ‘The effect that the metallic seal of an hermetic enclosure has on the induction of power to an implant’,Med. Biol. Eng. Comput.,30, pp. 63–68
Donaldson, P. E. K., andAylett, B. J. (1995): ‘Aspects of silicone rubber as encapsulant for neurological prostheses. Part 2: adhesion to binary oxides’,Med. Biol. Eng. Comput.,33, pp. 285–292
Donaldson, N., Zhou, L., Haugland, M., andSinkjaer, T. (2000a): ‘An implantable telemeter for long-term electroneurographic recordings in animals and humans’. Proc. 5th Annual Conference of IFESS, June, pp. 378–381
Donaldson, N., Donaldson, P. E. K., andZhou, L. (2000b): “Speeding up the cure of one-part silicone rubber, when encapsulating neurological prostheses: the permeable mould’,Med. Eng. Phys.,22, pp. 301–306
Geddes, L. A., andBaker, L. E. (1989): ‘Principles of applied biomedical instrumentation’, 3rd edn (Wiley, 1989), p. 318
Grill, W. M., Creasey, G. H., Wu, K., andTakaoka, Y. (2000): ‘Detection of hyperreflexia-like increases in bladder pressure by recording of sensory nerve activity in human spinal cord injury’. Proc. 5th Annual Conference of IFESS, June 2000, p. 234.
Hansen, M., Haugland, M., Sinkjer, T., Donaldson, N. (2002): ‘Real time foot drop correction using machine learning and natural sensors’,Neuromodulation,5, pp. 41–53
Haugland, M. K., Hoffer, J. A., andSinkjaer, T. (1994): ‘Skin contact force information in sensory nerve signals recorded by implanted cuff electrodes’,IEEE Trans. Rehab. Eng.,2, pp. 18–28
Haugland, M., andHoffer, J. A. (1994a): ‘Artefact-free sensory nerve signals obtained from cuff electrodes during functional electrical stimulation of nearby muscles’,IEEE Trans. Rehab. Eng.,2, pp. 37–40
Haugland, M. K., andHoffer, J. A. (1994b): ‘Slip information obtained from the cutaneous electroneurogram: application in closed-loop control of functional electrical stimulation’,IEEE Trans. Rehab. Eng.,2, pp. 19–36
Haugland, M. K., andSinkjaer, T. (1995): ‘Cutaneous whole nerve recordings used for correction of footdrop in hemiplegic man’,IEEE Trans. Rehab. Eng.,5, pp. 307–317
Haugland, M., Lickel, A., Haase, J., andSinkjaer, T. (1999): ‘Control of FES thumb force using slip information obtained from the cutaneous electroneurogram in quadriplegic man’,IEEE Trans. Rehab. Eng.,7, pp. 215–227
Hoffer, J. A., Marks, W. B., andRymer, W. Z. (1974): ‘Nerve fiber activity during normal movements’,Proc. Annual Meeting for Society for Neuroscience, St Louis,4, p. 300
Hoffer, J. A., andSinkjaer, T. (1986): ‘A natural ‘force sensor’ suitable for closed-loop control of functional neuromuscular stimulation’. Proc. 2nd Vienna International Workshop on Functional electrostimulation, Sept., pp. 47–50
Hoffer, J. A. (1990): ‘Techniques to record spinal cord, peripheral nerve and muscle activity in freely moving animals’, inBoulton, A. A., Baker, G. B., andVanderwolf, C. H. (Eds): ‘Neurophysiological techniques: applications to neural systems. Neuromethods 15’ (Humana Press, Clifton, NJ, 1990), pp. 65–145
Horowitz, P., andHill, W. (1989): ‘The art of electronics’, 2nd edn (Cambridge University Press, 1989), Chap. 7
Jezernik, S., Wen, J. G., Rijkhoff, N. J. M., Djurhuus, J. C., andSinkjaer, T. (2000): ‘Analysis of bladder related nerve cuff electrode recordings from preganglionic pelvic nerve and sacral roots in pigs’,J. Urology,163, pp. 1309–1314
Kurstjens, G. A. M., Dalmose, A. L. Haugland, M., Rijkhoff, N. J. M., andSinkjær, T. (2001): ‘Long-term electroneurographic recordings from nerve cuff electrodes on sacral nerve root in pigs’ Proc. 6th Annual Conf. of International Functional Electrical Stimulation Society, Cleveland, pp. 22–24
Nikolic, Z. M., Popovic, D. B., Stein, R. B., andKenwell, Z. (1994): ‘Instrumentation for ENG and EMG recordings in FES systems’,IEEE Trans. Biomed. Eng.,41, pp. 703–706
Popovic, D., Stein, R. B., Jovanovic, K., Dai, R., Kostov, A., andArmstrong, W. W. (1993): ‘Sensory nerve recording for closedloop control to restore motor functions’,IEEE Trans. Biomed. Eng.,40, pp. 1024–1031
Rahal, M., Taylor, J., andDonaldson, N. (2000): ‘The effect of nerve cuff geometry on interference reduction: a study by computer modelling’,IEEE Trans. Biomed. Eng.,47, pp. 136–138
Riso, R. R., Slot, P. J., Haugland, M. K., andSinkjær, T (1995): ‘Characterization of cutaneous nerve responses for control of neuromotor prostheses’. Proc. 5th Vienna International Workshop on Functional electrostimulation, Aug., pp. 335–338
Riso, R., andSlot, P. J. (1996): ‘Characterization of the ENG activity from a digital nerve for feedback control in grasp neuroprostheses’, inPedotti, A., Ferrarin, M., Quintern, J., andRiener, R. (Eds): ‘Neuroprosthetics from basic research to clinical applications’ (Springer, Berlin, New York, 1996), pp. 345–357
Sahin, M., andDurand, D. M. (1998): ‘Closed-loop stimulations of hypoglossal nerve using its spontaneous activity as the feedback signal’,Proc. 20th Annual Int. Conf. IEEE EMBS,5, pp. 2524–2527
Sinkjaer, T., Haugland, M., Struijk, J., andRiso, R. (1999): ‘Long-term Cuff electrode recordings from peripheral nerves in animals and humans’, inWindhorst, U., andJohansson, H. (Eds): ‘Modern techniques in neuroscience’ (Springer-Verlag, 1999), pp. 787–802
Sinkjaer, T., Rijkhoff, N., Haugland, M., Kurstjens, M., van Kerrebroek, P., Casey, A., Kirkham, A., Knight, S., Shah, J., Donaldson, N., andCraggs, M. (2000): ‘Electroneurographic (ENG) signals from intradural S3 dorsal sacral nerve roots in a patient with a suprasacral spinal cord injury’. Proc. 5th Annual Conference of IFESS, June, pp. 361–364
Slot, P., Selmar, P., Rasmussen, A., andSinkjaer, T. (1997): ‘Effect of long-term implanted nerve cuff electrodes on the electrophysiological properties of human sensory nerves’,J. Artif. Organs,21, pp. 207–209
Stein, R. B., Charles, D., Davis, L., Jhamandas, J., Mannard, A., andNichols, T. R. (1975): ‘Principles underlying new methods for chronic neural recording’,Le Journal Canadien des Sciences Neurologiques,2, pp. 235–244
Struijk, J. J., Haugland, M. K., andThomsen, M. (1996): ‘Fasciele selective recording with a nerve cuff electrode’. 18th Annual International Conference of IEEE EMBS, Vol. 1, pp. 361–362
Struijk, J. J., Thomsen, M., Larsen, J. O., andSinkjaer, T. (1999) ‘Cuff electrodes for long-term recording of natural sensory information’,IEEE EMBS Mag., (May/June), pp. 91–98
Upshaw, B., andSinkjaer, T. (1998): ‘Digital signal processing algorithms for the detection of afferent nerve activity recorded from cuff electrodes’,IEEE Trans. Rehab. Eng.,6, pp. 172–181
Woodbury, J. W., andWoodbury, D. M. (1991): ‘Vagal stimulation reduces the severity of maximal electroshock seizures in intact rats: Use of a cuff electrode for stimulating and recording’,Pace,14, pp. 94–107
Zhou, L, Munih, M., Haugland, M. K., Perkins, T. A., andDonaldson, N de N. (1998): ‘An implantable telemeter for E.N.G. signals’. Proc. 6th Vienna International Workshop on Functional electrostimulation, Sept., pp. 327–330