نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• محسن کاملیان راد ¹
• محمد علی احمدی پژوه ¹
• مهرداد ساویز ²

¹ گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

² گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.

چکیده

تحریک الکتریکی روی‌ پوستی تارهای اعصاب محیطی، همواره یکی از زمینه‌های مهم پژوهشی بوده است. مطالعات زیادی قابلیت مسدودسازی هدایت تارهای عصبی توسط بکارگیری جریان-های متناوب فرکانس بالا (5 تا 20 کیلوهرتز) را نشان می‌دهند. با توجه به اینکه همواره تحریک تارهای باریک‌تر، با آتش کردن و همراهی تارهای قطورتر همراه است، در این پژوهش با الهام گرفتن از این قابلیت، فضاهای جریانی برای تحریک انتخابی دسته تارهای مختلف عصبی، بدون فعال شدن دیگر تارها به دست آمده است. منظور از فضای تحریک، بخشی از نمودار شدت جریان-فرکانس است؛ که با انتخاب پارامترهای تحریک در این ناحیه، تنها تارهای به خصوصی تحریک می‌شوند. برای انجام شبیه‌سازی‌ها از مدل تار عصبی McIntyre استفاده شده است؛ که مدل پمپ سدیم-پتاسیم نیز به آن افزوده شده و اثرات آن بررسی شده‌اند. از یک الکترود تک قطبی که جریانی نقطه‌ای در فواصل مختلف از تارهای عصبی ایجاد می‌کند، استفاده شده است.
ناحیه‌ی مناسب فرکانسی برای تحریک تارهای مختلف بالاتر از 5 کیلوهرتز بوده و جریان مناسب برای تحریک انتخابی تارهای Aδ و Aβ به ترتیب با دو معادله‌ی درجه 2 و 3 که بر فضای میانی آستانه‌ی تحریک و انسداد هر تار عصبی برازش شده‌اند، به دست می‌آید؛ همچنین جریان تحریک برای تارهای Aδ از حدود 0.8 تا 1.8 میلی‌آمپر و برای تارهای Aβ از حدود 0.55 تا 0.95 میلی‌آمپر بسته به فرکانس متغیر است. در تمامی شبیه‌سازی‌ها نیز از شکل‌موج سینوسی استفاده شده است.

کلیدواژه‌ها

• تحریک انتخابی
• تار عصبی
• تحریک سینوسی فرکانس بالا
• شبیه‌سازی کامپیوتری
• پمپ سدیم-پتاسیم

موضوعات

• مدل‌سازی سیستم‌های بیولوژیکی

عنوان مقاله [English]

Determination Of Proper Parameters For Selective Electrical Stimulation Of Myelinated Peripheral Nerve Fibers With HFAC Using Computational Simulation

نویسندگان [English]

• Mohsen Kamelianrad ¹
• Mohammad Ali Ahmadi-Pajouh ¹
• Mehrdad Saviz ²

¹ Biomedical Eng Dept. Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran,

² Biomedical Eng Dept, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.

چکیده [English]

Transcutaneous electrical stimulation of peripheral nerve fibers has always been an important field of research. Many studies indicate the possibility to block the conduction of nerve fibers by using high frequency alternating currents (HFAC). According to the fact that the stimulation of narrower fibers is always accompanied by activation of thicker fibers, in this study, current regions for selective stimulation of different nerve fibers without activating other fibers have been obtained. This success is achieved through the nerve conduction block using HFAC (5-20 KHz). Stimulation current regions is a part of the intensity-frequency diagram which by choosing the excitation parameters in this area, only some target fibers are stimulated according to their diameters. The McIntyre nerve fiber model was used to perform these simulations; The sodium-potassium pump model has also been added to it and its effects have been investigated. A unipolar electrode is considered which acts as a point current source at different distances from the nerve fibers, and selective excitation spaces are obtained for the Aδ and Aβ fibers. the appropriate frequency range for excitation of different fibers is 5 kHz and above, while the desired current for selective excitation of Aδ and Aβ fibers is given by two polynomial equations of order 2 and 3, respectively, which are fitted to the middle of selective parameter space of each nerve fiber. also, the excitation current varies from about 0.8 to 1.8 mA for Aδ fibers and from about 0.55 to 0.95 mA for Aβ fibers. in all of the simulations mentioned in this article, the sinusoidal waveform is used.

کلیدواژه‌ها [English]

• Selective Stimulation
• nerve
• High Frequency Sinusoidal Stimulation
• Computational simulation
• Sodium-potassium pump