نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• محسن کاملیان راد ¹
• محمدعلی احمدی پژوه ²
• مهرداد ساویز ²

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده‌ی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

² استادیار، دانشکده‌ی 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 به کارگیری جریان­های متناوب فرکانس بالا (5 تا 20 کیلوهرتز) را نشان می­دهند. با توجه به این که 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 دسته‌ی 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 که مدل پمپ سدیم-پتاسیم نیز به آن افزوده شده و اثرات آن بررسی شده است. از یک الکترود تک‌قطبی 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 درجه‌ی 2 و 3 که بر فضای میانی آستانه­ی تحریک و انسداد هر تار عصبی برازش شده، به دست آمده است. هم‌چنین جریان تحریک برای تارهای Aδ از حدود 8/0 تا 8/1 میلی­آمپر و برای تارهای Aβ از حدود 55/0 تا 95/0 میلی­آمپر بسته به فرکانس متغیر است. در تمام شبیه­سازی­ها از شکل موج 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 Kamelian Rad ¹
• Mohammad Ali Ahmadi Pajouh ²
• Mehrdad Saviz ²

¹ M.Sc. Student, Department of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

² Assistant Professor, Department of Biomedical Engineering, 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 of Nerves
• HFAC
• Computational Simulation
• Sodium-Potassium Pump