Method Article

التحفيز الكهربائي للتداخل الزمني غير الجراحي لإعادة تأهيل الحبل الشوكي

DOI:

10.3791/68574

⸱

October 31st, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Key Laboratory of Biomedical Engineering of Ministry of Education, Qiushi Academy for Advanced Studies, Zhejiang University, 2Department of Biomedical Engineering, Zhejiang University, 3College of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University, 4Department of Computer Science and Technology, Zhejiang University, 5State Key Laboratory of Brain-Machine Intelligence, Zhejiang University, 6The MOE Frontier Science Center for Brain Science & Brain-machine Integration, Zhejiang University, 7Center of Excellence in Biomedical Research on Advanced Integrated-on-Chips Neurotechnologies (CenBRAIN Neurotech), School of Engineering, Westlake University, 8Center for Rehabilitation Medicine, Rehabilitation & Sports Medicine Research Institute of Zhejiang Province, Department of Rehabilitation Medicine, Zhejiang Provincial People's Hospital (Affiliated People's Hospital, Hangzhou Medical College), 9School of Rehabilitation, Hangzhou Medical College, 10Westlake Institute for Optoelectronics, Westlake University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقترح هذه الدراسة بروتوكول تحفيز TI لإصابة الحبل الشوكي الذي يحسن وضع القطب الكهربائي لمناطق معينة وينفذ هذه الإستراتيجية المحسنة بكفاءة في التطبيق السريري.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يمكن أن تؤدي إصابة الحبل الشوكي (SCI) إلى فقدان دائم للوظائف الحركية والحسية واللاإرادية ، مما يمثل تحديا سريريا كبيرا لإعادة التأهيل. بالإضافة إلى أساليب إعادة التأهيل التقليدية ، غالبا ما يستخدم تحفيز الحبل الشوكي فوق الجافية (eSCI) لتعزيز التعافي. ومع ذلك ، فإن الطبيعة الغازية ل eSCI تحد من قبول المريض وتطبيقه على نطاق واسع. بالمقارنة مع تحفيز الحبل الشوكي التقليدي ، يوفر تحفيز التداخل الصدغي (TI) نهجا غير جراحي لتحفيز مناطق الحبل الشوكي العميق ، مما يجعله تقنية واعدة لعلاج اصابات النخاع الشوكي. أحد العوامل الحاسمة في تحقيق التحفيز الفعال للعدوى الشوكي لإعادة تأهيل اصابات النخاع الشوكي هو الوضع الدقيق لزوجين من الأقطاب الكهربائية على سطح الجلد لتوليد غلاف مجال كهربائي عال داخل منطقة الحبل الشوكي المستهدفة. نقترح بروتوكولا فريدا يستخدم محاكاة المجال الكهربائي وتحسين المعلمات لتحديد الموضع الأمثل للقطب الكهربائي لمناطق اصابات النخاع الشوكي المحددة. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر هذا البروتوكول وصفا منهجيا لكيفية تنفيذ استراتيجية وضع القطب الأمثل بكفاءة في تحفيز TI السريري.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إصابة الحبل الشوكي (SCI) هي اضطراب منهك في الجهاز العصبي المركزي يمكن أن يؤدي إلى فقدان دائم للوظائف الحركية والحسية واللاإرادية تحت مستوى الإصابة1،2. وبالتالي ، أصبح علاج وإعادة تأهيل مرضى اصابات النخاع الشوكي نقطة محورية لكل من البحث العلمي والممارسة السريرية. وللنهج العلاجية التقليدية، بما في ذلك العلاجات الدوائية والفيزيائية، قيود معينة في تعزيز التعافي الوظيفي3،4،5،6. من بين العلاجات الفيزيائية ، ظهر التحفيز الكهربائي للحبل الشوكي كاستراتيجية فعالة لإعادة تأهيل النخاع الشوكي ، والتي يمكن تصنيفها إلى طرائق جراحية وغير جراحية7،8. يوفر التحفيز الكهربائي للحبل الشوكي الغازي ، مثل تحفيز الحبل الشوكي فوق الجافية (eSCI) ، تحفيزا كهربائيا مباشرا عبر أقطاب كهربائية مزروعة ولكنه ينطوي على مخاطر العدوى وتكوين الأنسجة الندبية9،10. في المقابل ، فإن التقنيات غير الغازية ، مثل التحفيز الكهربائي للأعصاب عبر الجلد (TENS) ، محدودة في قدرتها على الوصول بشكل فعال إلى هياكل العمود الفقري العميقة ، مما يضر بالفعالية العلاجية11،12.

تحفيز التداخل الزمني (TI) هو تقنية تعديل عصبي ناشئة تتيح التحفيز غير الجراحي للأنسجة العميقة من خلال وضع معين لتوصيل التيار الكهربائي13،14. تتضمن هذه التقنية وضع زوجين من الأقطاب الكهربائية على سطح الجلد لتوصيل تيارات كهربائية بترددات كيلوهرتز مختلفة قليلا. استنادا إلى مبدأ التداخل ، يولد هذا الإعداد مظروفا فريدا منخفض التردد (يتراوح من بضعة هرتز إلى عدة عشرات من الهرتز) داخل الأنسجة العميقة ، مما يتيح التعديل العصبي المستهدف. تسمح آلية العمل المتميزة هذه لتحفيز TI بالتغلب على قيود العمق لتقنيات التعديل العصبي التقليدية ، مما يوفر تدخلا فعالا للهياكل العصبية العميقة دون إجراءات جراحية. على عكس TENS ، يحقق TI اختراقا أعمق مع خصوصية مكانية عالية ، وعلى عكس eSCI ، فإنه يتجنب المخاطر الجراحية ، مما يوفر بديلا أكثر أمانا وسهولة في الوصول إليه للتعديل العصبي لنخاع النخاع الشوكي. تم التحقيق في تحفيز TI لعلاج أمراض مختلفة ، مثل اضطرابات الحركة والاكتئاب. في نخاع النخاع الشوكي غير المكتمل ، نظرا لأن بعض المسارات العصبية تظل سليمة ، فمن المرجح جدا أن يعزز تحفيز TI نشاط الدوائر العصبية المتبقية ، وبالتالي تعزيز المرونة العصبية والتعافي الوظيفي15،16. وبالتالي ، فإن تحفيز TI يحمل وعدا كبيرا كاستراتيجية تعديل عصبي لعلاج اصابع النخاع الشوكي17.

ومع ذلك ، فإن أنظمة أجهزة تحفيز TI الحالية مصممة بشكل أساسي للتطبيقات عبر الجمجمة ، وهناك نقص في أنظمة TI المطورة خصيصا لتحفيز الحبل الشوكي. نظرا للاختلافات التشريحية والفيزيولوجية الكهربية بين الرأس والجذع ، فإن أجهزة تحفيز TI الحالية المصممة للرأس لا تنطبق بشكل كامل على تحفيز العمود الفقري ، مما يؤدي إلى تحديات في تحسين معلمة الإخراج ووضع القطب. عند إجراء تحفيز TI على الرأس ، غالبا ما يتم استخدام نظام إحداثيات حقل الرصاص الثابت (مثل نظام 10-10) لتسهيل وضع القطب الكهربائي على الرأس. ومع ذلك ، فإن هذا النظام لا ينطبق على الجذع. علاوة على ذلك ، نظرا لأن تحفيز TI يولد مغلفات منخفضة التردد عميقة داخل الأنسجة البيولوجية ، فمن الصعب التنبؤ بتوزيع المجال الكهربائي الناتج بناء على وضع القطب الكهربائي اليدوي فقط. بدلا من ذلك ، عادة ما تكون المحاكاة الحسابية مطلوبة لتصور وتحسين توزيع المجال الكهربائي الداخلي. ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، لا يوجد سير عمل ثابت لمحاكاة المجال الكهربائي وتحسين المعلمات لتحفيز العمود الفقري TI ، مما يشكل تحديات كبيرة لتطبيقه السريري. تؤثر المعلمات مثل وضع القطب الكهربائي وترددات التحفيز والسعة الحالية بشكل مباشر على توزيع المجال الكهربائي وسعة الغلاف منخفض التردد ، مما يؤدي إلى تعديل النشاط العصبي وتعزيز المرونة العصبية13،17.

الهدف من هذه الدراسة هو تطوير سير عمل مريح وفعال لمحاكاة المجال الكهربائي TI وتحسين المعلمات ، جنبا إلى جنب مع نظام أجهزة TI المصمم لعلاج إصابات الحبل الشوكي. من خلال محاكاة المجال الكهربائي وتحسين المعلمات ، نهدف إلى تحديد تكوينات وضع القطب الكهربائي التي تزيد من سعة مجال الغلاف ل TI في مناطق محددة مستهدفة من اصابات النخاع الشوكي ، وبالتالي تعزيز الفعالية العلاجية. بالإضافة إلى ذلك ، لتسهيل التنفيذ العملي لتكوينات القطب الكهربائي المحسنة ، قمنا بتصميم طريقة جديدة لتحديد موضع إحداثيات القطب الكهربائي لتحفيز TI للحبل الشوكي بناء على نظام أجهزة TI الأصلي للرأس. يهدف هذا النظام إلى تبسيط تحديد موضع القطب الكهربائي وتحسين الجدوى التشغيلية في البيئات السريرية.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

شملت هذه الدراسة موضوعات بشرية وأجريت وفقا لإعلان هلسنكي. تم الحصول على الموافقة الأخلاقية من مجلس المراجعة المؤسسية بجامعة تشجيانغ. تم الحصول على موافقة خطية مستنيرة من جميع المشاركين قبل إدراجهم ، مما يضمن إبلاغهم بشكل كامل بالغرض من الدراسة وإجراءاتها ومخاطرها المحتملة وحقهم في الانسحاب في أي وقت دون عقوبة. يتم سرد الكواشف والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة في جدول المواد.

موانع الاستعمال والاعتبارات الخاصة
يتم تقييم مرضى اصابات النخاع الشوكي للتأكد من أهليتهم باستخدام استبيان التاريخ الطبي والفحص البدني لتحديد الحالات التي تؤثر على المشاركة:
معايير الاشتمال: (1) العمر بين 18 و 80 عاما (ذكر أو أنثى) ؛ (2) اصابات النخاع الشوكي غير المكتملة المصنفة على أنها آسيا B أو C أو D ، مع بداية 1-6 أشهر ؛ (3) لا توجد تغييرات في تقييم آسيا خلال الأسبوع الماضي ؛ (4) نظام دواء مستقر طوال فترة الدراسة. (5) الاستعداد للامتثال لجميع متطلبات الدراسة ، بما في ذلك المشاركة في جميع الدورات التدريبية المطلوبة وتقييمات إعادة التأهيل.
معيار الاستبعاد17: (1) قيود الوظيفة الحركية بسبب الاضطرابات العصبية (على سبيل المثال ، السكتة الدماغية ، التصلب المتعدد ، إصابات الدماغ الرضحية) ؛ (2) وجود أي حالات طبية غير مستقرة أو شديدة (على سبيل المثال ، ارتفاع ضغط الدم غير المنضبط ، قصور القلب) ؛ (3) تاريخ الصرع. (4) موانع التحفيز الكهربائي (على سبيل المثال ، الأجهزة الإلكترونية المزروعة ، أجهزة تنظيم ضربات القلب ، الغرسات المعدنية).

1. المواد

  1. تحقق من اكتمال المواد المطلوبة (انظر جدول المواد).
  2. تقييم مرضى اصابات النخاع الشوكي باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) أو التصوير المقطعي المحوسب (CT).
  3. برنامج محاكاة كهرومغناطيسي مفتوح لإجراء محاكاة المجال الكهربائي (يتم تنفيذ جميع الخطوات داخل البرنامج ، مما يلغي الحاجة إلى التبديل إلى برامج أخرى أو استخدام برامج نصية إضافية). قبل إجراء محاكاة المجال الكهربائي ، تأكد من أن برنامج المحاكاة الكهرومغناطيسي يحتوي على نماذج بشرية (ذكر أو أنثى).
    1. إذا لم تكن هذه النماذج متوفرة، فحدد النموذج/الشبح - البشر في الشريط، ثم قم بتنزيل النموذج البشري. بمجرد اكتمال التنزيل، قم باستيراد النموذج إلى المشروع الحالي لإجراء عمليات محاكاة لاحقة.
  4. اضغط على زر الطاقة لتشغيل محفز TI قبل كل جلسة تحفيز ، ثم قم بتوصيل محول القطب الكهربائي باستخدام كابلات التوصيل المخصصة (الشكل 1). تحقق من حالة البطارية على شاشة الجهاز. اشحن الجهاز على الفور إذا كان مستوى البطارية أقل من 20٪ ، باستخدام محول الطاقة المخصص المتصل بمأخذ كهربائي قياسي.
    ملاحظة: قد تؤدي المحولات غير المتوافقة إلى تلف البطارية أو التسبب في حدوث مخالفات في خرج محفز TI.
  5. افحص كل قطب كهربائي Ag / AgCl بصريا بحثا عن تشققات أو تغير اللون أو بقايا. نظف الأقطاب الكهربائية بكحول الأيزوبروبيل وقطعة قماش ناعمة لإزالة الملوثات. ثم ضع طبقة رقيقة وحتى 1 مم من الجل الموصل على سطح القطب لتقليل مقاومة التلامس ومنع تهيج الجلد أثناء التحفيز.
    1. بالإضافة إلى ذلك ، تأكد من الحصول على معلومات دقيقة فيما يتعلق بأبعاد الأقطاب الكهربائية ، بما في ذلك قطرها وسمكها ، حيث تلعب هذه المعلمات دورا مهما في محاكاة المجال الكهربائي اللاحقة.
  6. قم بتوصيل زوجي كبلات القطب الكهربائي بمحول القطب الكهربائي عن طريق مطابقة موصلات الكابلات بالمنافذ المسماة.

2. محاكاة المجال الكهربائي وتحسين المعلمات

ملاحظة: يتكون سير العمل العام لمحاكاة المجال الكهربائي من ثلاث خطوات رئيسية: بناء النموذج الهندسي (بما في ذلك النموذج البشري والأقطاب الكهربائية) ، وتحديد ظروف المحاكاة (خصائص المواد ، والظروف الحدودية ، وتوليد الشبكة) ، وأخيرا إجراء العمليات الحسابية لتصور توزيع المجال الكهربائي في المنطقة المستهدفة من الحبل الشوكي (الشكل 2). يتضمن تحسين المعلمات محاكاة المجالات الكهربائية لمختلف تكوينات أزواج الأقطاب الكهربائية المرشحة ، وحساب متوسط شدة المجال الكهربائي في المنطقة المستهدفة ، وتحديد التكوين الذي يزيد من هذه الشدة. الخطوات المحددة هي كما يلي:

  1. قم بتشغيل برنامج المحاكاة الكهرومغناطيسية على جهاز كمبيوتر به ذاكرة وصول عشوائي (RAM) بسعة 16 جيجابايت على الأقل ومعالج متعدد النواة. قم بإنشاء مشروع جديد عن طريق تحديد ملف - مشروع جديد في الشريط.
  2. بناء النموذج الهندسي
    1. انقر فوق علامة التبويب نموذج في الشريط وقم باستيراد نموذج بشري عن طريق تحديد نموذج / شبح - بشر واختيار نموذج ثابت ذكر أو أنثى (الشكل 3).
    2. حدد الموقع الفقري الأقرب إلى موقع اصابع النخاع الشوكي باستخدام المعالم التشريحية (على سبيل المثال ، C5 حوالي 2-3 سم تحت العملية الشائكة C7 ، ويمكن لمسها كنتوء عظمي بارز في قاعدة الرقبة). اضبط إحداثيات سطح الجلد مباشرة فوق المنطقة المركزية من الفقرة المحددة كأصل (رسم - نقطة). حدد المحاور الأفقية والرأسية على أنهما محوران x و y ، على التوالي (الشكل 4).
      ملاحظة: في عرض البروتوكول ، نختار منطقة الحبل الشوكي الملفوفة بالفقرة C5 كهدف للتحفيز. هذا ليس خيارا ثابتا ، لكنه تم إجراؤه لراحة المظاهرة. عند تطبيق البروتوكول في الممارسة العملية ، يمكن تحديد أي منطقة مستهدفة محددة للحبل الشوكي بشكل تعسفي.
    3. لكل تكوين زوج من الأقطاب الكهربائية ، ضع الأقطاب الكهربائية الأربعة بشكل متماثل حول الأصل (الشكل 4) ، مع زوج واحد على كل جانب من جوانب العمود الفقري. حدد المواضع بالمسافة الأفقية (د1) والمسافة الرأسية (د2) من الأصل ، بحيث تكون إحداثيات الأقطاب الكهربائية الأربعة في كل تكوين (د1 ،د 2) ، (د1 ، -د2) ، (-d1 ، d2) ، و (-d1 ، -d2).
      ملاحظة: في هذا العرض التوضيحي ، يتم تقييم 25 تكوينا لزوج الأقطاب الكهربائية ، مع وجود أقطاب كهربائية متجاورة في كل ربع متباعدة بمقدار 1 مم أفقيا و 5 مم عموديا ، مما يسمح بتوزيع الأقطاب الكهربائية المرشحة ضمن نطاق مناسب بالنسبة للمنطقة المستهدفة. إجراء وضع القطب الكهربائي المحدد هو كما يلي. باستخدام الربع الأول كمثال:
      1. قم بإنشاء قطب أسطواني بالنقر فوق المواد الصلبة - الأسطوانة في الشريط بأبعاد تتوافق مع الأقطاب الكهربائية الفعلية المستخدمة في العلاج السريري. يمكن زيادة السماكة قليلا لحساب التقاطعات الطفيفة مع سطح الجلد في نموذج المحاكاة.
        ملاحظة: في هذا العرض التوضيحي ، تم ضبط قطر القطب الكهربائي على 10 مم ، والسمك على 5 مم.
      2. انقر فوق تحريك في الشريط لوضع الأسطوانة على سطح الجلد الخلفي مع تضمين طفيف. اضبط مركزه على (10 مم ، 10 مم) ، مما يمثل مسافة أفقية ورأسية تبلغ 10 مم من الأصل.
      3. قم بتكرار الأسطوانة في مستكشف الطراز وتحريكها إلى اليمين بمقدار 11 مم لوضع القطب الكهربائي الثاني عند (21 مم، 10 مم). كرر هذه العملية لإنشاء أقطاب كهربائية إضافية عند (32 مم ، 10 مم) ، (43 مم ، 10 مم) و (54 مم ، 10 مم).
      4. انسخ القطب الكهربائي الأول وحركه لأعلى بمقدار 15 مم لوضع القطب الثاني عند (10 مم ، 25 مم). كرر هذه العملية لتوليد أقطاب كهربائية عند (10 مم ، 40 مم) ، (10 مم ، 55 مم) و (10 مم ، 70 مم).
      5. كرر هذه العملية ، وقم بإنشاء 25 قطبا كهربائيا (5 صفوف × 5 أعمدة) داخل الربع الأول.
        ملاحظة: يستخدم كل تكوين تحفيز TI أربعة أقطاب كهربائية (زوجان) لتوصيل تيارين بتردد كيلو هرتز يتداخل لإنشاء غلاف منخفض التردد في الحبل الشوكي. لتحسين الوضع ، يتم اختبار 25 تكوينا ، يحتوي كل منها على أربعة أقطاب كهربائية ، باستخدام شبكة 5 × 5 من المواضع لكل ربع ، بإجمالي 100 قطب كهربائي عبر جميع عمليات المحاكاة. يتم تحديد حجم الأقطاب الكهربائية والمسافة بين الأقطاب الكهربائية في مجموعات مختلفة وفقا للظروف الفعلية ، ويقدم هذا العرض التوضيحي مثالا فقط.
    4. لإجراء وضع الأرباع الثاني والثالث والرابع ، اتبع نفس العملية. عند الانتهاء ، يتم ترتيب جميع تكوينات زوج الأقطاب الكهربائية البالغ عددها 25 (ما مجموعه 100 قطب كهربائي) كما هو موضح في الشكل 4.
    5. أعد تسمية الأقطاب الكهربائية بشكل منهجي عن طريق النقر بزر الماوس الأيمن على القطب المقابل في مستكشف النموذج (على سبيل المثال ، "ROn" للربع الأول ، و "LOn" للربع الثاني ، و "LBn" للثالث ، و "RBn" للرابع ، حيث n هو رقم المجموعة من 1 إلى 25).
    6. افحص موضع القطب الكهربائي بصريا في عرض النموذج ثلاثي الأبعاد. اضبط المواضع باستخدام Move لضمان تضمين كل قطب كهربائي قليلا (0.5 مم) في سطح الجلد دون وجود فجوات.
  3. إعداد شروط المحاكاة
    1. انقر فوق علامة التبويب "محاكاة " وقم بإنشاء محاكاة جديدة بالنقر فوق جديد - EM LF Electro - Ohmic Quasi-Stat في الشريط. انقر بزر الماوس الأيمن وأعد تسميته "LF-R1". نظرا لأن تحفيز TI يعمل بترددات منخفضة ، فاستخدم محلل "Ohmic Quasi-Stat" للنظر في التقريب شبه الثابت فقط.
    2. انقر فوق لوحة الإعداد ضمن مستكشف المحاكاة ، واضبط التردد على 1040 هرتز.
    3. اسحب النموذج البشري من Multi-Tree إلى LF-R1 - Materials ، والذي سيعين تلقائيا قيم التوصيل الخاصة بالأنسجة عند 1040 هرتز (الجدول 1).
    4. في Border Conditions، قم بتعديل إعدادات Boundary الافتراضية إلى Flux عن طريق تحديد Border Type واختيار Flux من القائمة المنسدلة. بعد ذلك ، قم بإنشاء "إعدادين جديدين للحدود" بالنقر فوق الإعداد الجديد وتعيين جهد الإدخال +1 فولت و 0 فولت ( الشكل 5).
      1. قم بتعيين الأقطاب الكهربائية "RO1" و "RB1" لهذه الإعدادات عن طريق سحبها إلى "إعدادات الحدود" المعنية ، على التوالي ، مما يشير إلى أن "RO1" يخرج +1 فولت بينما يعمل "RB1" كمسار العودة.
    5. احتفظ بالإعدادات الافتراضية ل "المستشعرات" واضبط الشبكة عن طريق تعيين الحد الأقصى للخطوة على 1 مم ودقة الهندسة على 1 مم ، بناء على الموارد الحسابية.
    6. قم بإنشاء محاكاة جديدة "LF-L1" عن طريق تكرار "LF-R1" ، واضبط التردد على 1000 هرتز ، وقم بتعيين الأقطاب الكهربائية "LB1" و "LO1" إلى +1 V و 0 V "إعدادات الحدود".
      ملاحظة: يعكس هذا الإعداد "LF-R1" ولكن مع تكوين القطب المعاكس ، مما يولد تأثير التداخل. تظل جميع الإعدادات الأخرى دون تغيير. هذا يكمل أول إعداد لمحاكاة زوج الأقطاب الكهربائية .
    7. قم بتكرار LF-R1 و LF-L1 ، وأعد تسميتهما باسم LF-R2 و LF-L2 ، وقم بتعديل إعدادات الحدود لتعيين الأقطاب الكهربائية المقابلة. قم بإزالة الأقطاب الكهربائية السابقة من "الشبكة" و "Voxels" وأضف المجموعة الجديدة لكل زوج. كرر لجميع المجموعات ال 25.
    8. بمجرد تكوين جميع عمليات المحاكاة ، حدد جميع عمليات المحاكاة في علامة التبويب المحاكاة ، وانقر فوق تحديث الشبكة التلقائي في الشريط (انقر فوق مدير المهام في الزاوية اليمنى السفلية. إذا كانت النافذة تشير إلى أنه تم إنشاء الشبكة، فهذا يؤكد أن الخطوات تسير بشكل طبيعي)، ثم حدد تشغيل - تشغيل دفعي لتشغيل كافة عمليات المحاكاة في وقت واحد.
      ملاحظة: يتم اختيار ترددات 1040 هرتز (LF-R1) و 1000 هرتز (LF-L1) لإنتاج غلاف منخفض التردد يبلغ 40 هرتز (1040 هرتز - 1000 هرتز) من خلال التداخل ، وهو تردد التحفيز الفعال في منطقة الحبل الشوكي المستهدفة للتعديل العصبي17.
  4. إجراء التحليل الإحصائي
    1. انقر فوق علامة التبويب تحليل ، وحدد LF-R1 - المجال الكلي - مستخرج المستشعر ، وانقر فوق الحقل الكلي لإنشاء حقل كلي .
    2. انقر فوق المجال الكلي - EM E (x ، y ، z ، f0) - أدوات بيانات الحقل - تحجيم المجال لتحويل توزيع المجال الكهربائي من جهد الإدخال 1 فولت إلى تيار إدخال يبلغ 1 مللي أمبير. يتم تحديد عامل المقياس على النحو التالي (الشكل 6):
      1. في علامة التبويب نموذج ، قم بإنشاء حجم مكعب (Block RO1) يحيط بالقطب الكهربائي RO1 عن طريق تحديد المواد الصلبة - كتلة في الشريط وضبط الأبعاد لتشمل القطب بالكامل (على سبيل المثال، 12 مم × 12 مم × 7 مم).
      2. اسحب Block RO1 من الشجرة المتعددة إلى لوحة التحليل ، مما يؤدي إلى إنشاء وحدتين متطابقتين "Block RO1".
      3. حدد الحقل الكلي ضمن LF-R1 وأول كتلة RO1 في مستكشف النموذج، ثم انقر فوق Surface وEM E(x,y,z,f0) في وقت واحد. انقر فوق Flux Evaluator - List Viewer لعرض قيمة "إجمالي التدفق". احسب عامل المقياس بقسمة 0.001 على قيمة التدفق الكلي.
    3. كرر نفس العملية ل "LF-L1".
    4. قم بتحديد LF-R1 و LF-L1 ضمن تحجيم المجال في مستكشف التحليل ، ثم انقر فوق الحد الأقصى للتعديل في الشريط لإقران توزيعات المجال الكهربائي من زوجي الأقطاب الكهربائية. اضبط "الوزن أ" و "الوزن ب" على 2 لتعكس خرج 2 مللي أمبير لكل زوج أقطاب كهربائية (الشكل 7).
    5. استخرج متوسط شدة المجال الكهربائي في المنطقة المستهدفة من الحبل الشوكي:
      1. قم بتطبيق "مرشح القناع" عن طريق تحديد أدوات بيانات الحقل - تصفية القناع في الشريط للاحتفاظ بمنطقة "الحبل الشوكي" فقط.
      2. انقر فوق LF-R1 في مستكشف التحليل وانقر فوق أدوات البيانات الميدانية - اقتصاص في الشريط لعزل منطقة الحبل الشوكي المستهدفة (الشكل 8).
      3. انقر فوق الإحصائيات - عارض الجدول في الشريط لعرض متوسط شدة المجال الكهربائي للمنطقة التي تم اقتصاصها (نطاق القيمة العادية: 0.1-2 فولت / م).
    6. كرر العملية لجميع تكوينات زوج الأقطاب الكهربائية البالغ عددها 25 واكتساب متوسط شدة المجال الكهربائي عند هدف جميع المجموعات ال 25.
    7. قارن متوسط شدة المجال الكهربائي لكل تكوين وحدد التكوين بأعلى كثافة كإعداد مثالي.

3. تحديد المواقع الكهربائية وإعداد الجهاز

  1. اطلب من مريض اصابات النخاع الشوكي الجلوس بشكل مريح على كرسي مع مسند ظهر ، والتأكد من أن جذعه في وضع مستقيم وظهر مكشوف عن طريق خلع الملابس أو تعديلها.
  2. تحديد المستوى الفقري الأقرب إلى موقع اصابات النخاع الشوكي عن طريق ملامسة العمليات الشائكة على طول العمود الفقري. حدد موقع العملية الشوكة C7 (بارزة عند قاعدة الرقبة) وعد لأسفل إلى الفقرة المستهدفة (على سبيل المثال ، C5 عبارة عن فقرتين فوق C7). ضع علامة على سطح الجلد فوق العملية الشوكية للفقرة المستهدفة بعلامة قابلة للغسل (58-7726 ، Crayola Inc.) لتحديد الأصل18.
  3. بناء على معلمات وضع القطب الكهربائي المحسنة مسبقا (د1 ،د 2) ، قم بقياس مواضع القطب الكهربائي الأربعة باستخدام شريط قياس مرن. من الأصل ، قم بقياس d1 أفقيا (يسارا ويمينا) و d2 عموديا (لأعلى ولأسفل) لتحديد المواضع في الأرباع الأربعة: (د1 ، د2) ، (د1 ، -د2) ، (-د1 ، د2) ، (-d1 ، -d2). ضع علامة على كل موضع بعلامة قابلة للغسل.
  4. نظف الجلد في مواقع الأقطاب الكهربائية المحددة بمناديل كحولية لإزالة الزيوت والحطام. افحص الجلد للتأكد من سلامته ، بدون جروح أو جروح. ضع 1.5 مل من الجل الموصل على كل موقع باستخدام حقنة أو قضيب ، ووزعه بالتساوي على مساحة قطرها 10 مم.
  5. قلل من التوتر على كبلات القطب الكهربائي عن طريق تأمين طول الكابل الزائد بشريط لاصق. قم بتعليق الكابلات لتعليقها بشكل طبيعي عن طريق توصيلها بالكرسي أو حامل قريب ، مما يقلل من خطر الانفصال العرضي.
  6. قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية بالمواضع المحددة على ظهر المريض عن طريق الضغط على كل قطب Ag / AgCl بقوة على الجلد المغطى بالهلام. قم بتأمين كل قطب كهربائي بشريط لاصق يغطي الحواف لمنع الحركة.
    ملاحظة: تشكل كل من الأقطاب الكهربائية الموجودة على الجانب الأيمن والأيسر زوجا كهربائيا. قم بتعيين القطب العلوي الأيمن كأنود والقطب السفلي على أنه الكاثود. قم بتعيين القطب العلوي الأيسر على أنه الكاثود والقطب السفلي كقطب موجب ، مما يشكل تكوين صورة معكوسة.
  7. بمجرد وضع الأقطاب الكهربائية بشكل صحيح والتحقق من جميع التوصيلات، قم بتشغيل محفز TI بالضغط على زر الطاقة. انقر فوق إعدادات المعلمة العالمية وقم بتكوين معلمات التحفيز التالية: وضع التحفيز: tTIS ، نوع التحفيز: التحفيز القياسي ، مدة التحفيز الإجمالية: 1200 ثانية ، شكل موجة التحفيز: الموجة الجيبية عن طريق تحديد الخيارات المقابلة في القائمة.
  8. قم بإجراء قياس المعاوقة لقناتي التحفيز المحددتين. انقر فوق بدء اختبار المعاوقة للتأكد من أن المعاوقة تقع ضمن النطاق المقبول (سيتوقف المحفز تلقائيا عن الإخراج إذا تجاوزت مقاومة الحمل 12 كيلو أوم). نطاق المعاوقة الأمثل للتحفيز الفعال هو 6-8 كيلو أوم.
  9. قم بتكوين تردد التحفيز وسعة تيار الإخراج لكل قناة. القناة 1: ضبط التردد على 1040 هرتز ، وضبط السعة الحالية على 2 مللي أمبير. القناة 2: ضبط التردد على 1000 هرتز ، وضبط السعة الحالية على 2 مللي أمبير15.

4. التحفيز

  1. تأكد من بقاء المشارك في وضع جلوس مريح طوال الإجراء ويظل واعيا تماما في جميع الأوقات.
  2. قم بتنشيط المحفز بالضغط على مفتاح البدء على واجهة الجهاز لبدء التحفيز.
  3. راقب ملاحظات المريض أثناء التحفيز من خلال مطالبته بالإبلاغ عن أي أحاسيس (على سبيل المثال ، وخز ، عدم الراحة). قلل السعة الحالية بزيادات قدرها 0.5 مللي أمبير أو أوقف التحفيز مؤقتا على الفور بالضغط على زر الإيقاف إذا أبلغ المريض عن عدم الراحة الشديد أو إحساس شديد بالوخز.
    ملاحظة: توقع إحساسا خفيفا بالوخز أو الحكة ، وهو استجابة فسيولوجية طبيعية للتحفيز الكهربائي عبر الجلد ، كما لوحظ في هذه الدراسة وفي الأبحاث السابقة حول تقنيات مماثلة17. عادة ما يهدأ هذا الإحساس في غضون 2-3 دقائق.

5. خطوات ما بعد الإجراءات

  1. بعد اكتمال جلسة التحفيز، قم بقياس حالة المعاوقة مرة أخرى عن طريق تحديد اختبار بدء المعاوقة لتقييم التغييرات بعد التحفيز. سجل القيم للمقارنة.
  2. تحقق من الاستقرار البدني للمريض عن طريق التحقق من توازنه وراحته أثناء الجلوس. قم بإزالة الشريط الطبي برفق عن طريق تقشيره ببطء من الجلد لتجنب التهيج. افصل الأقطاب الكهربائية بعناية عن طريق رفعها من حافة واحدة.
  3. اشطف الأقطاب الكهربائية بالماء النظيف تحت صنبور وجففها بالهواء على منشفة نظيفة. امسح جلد المريض في مواقع الأقطاب الكهربائية بمنشفة ورقية مبللة لإزالة الجل المتبقي.
  4. قم بإجراء استبيان موحد للمريض ، والسؤال عن التغيرات الحسية (على سبيل المثال ، الوخز ، والخدر) ، والتحسينات الحركية ، والأحداث السلبية (مثل تهيج الجلد والألم). سجل الردود للتحليل19.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عند إجراء محاكاة TI بدون أخطاء ، يمكن الحصول على متوسط شدة المجال الكهربائي في منطقة الحبل الشوكي المستهدفة التي تحفزها المجموعة الحالية من أزواج الأقطاب الكهربائية. بأخذ المجموعة 10 التي تحفز المنطقة المستهدفة C5 كمثال (الشكل 9) ، فإن "المتوسط المرجح للحجم" المعروض في الواجهة هو 0.50 فولت / م. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال النقر فوق "الحد الأقصى للتعديل - مرشح القناع - المشاهدين - عارض السطح" ، يمكن الحفاظ على عرض ثلاثي الأبعاد لتوزيع المجال الكهربائي على الح...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

خطوات حاسمة

إعداد شروط المحاكاة
عندما يتم وضع الأقطاب الكهربائية على سطح جلد النموذج البشري ، يتم تضمين الأقطاب الكهربائية الأسطوانية جزئيا في الجلد لضمان عدم وجود فجوة هوائية بين الأقطاب الكهربائية والجلد. خلاف ذلك ، لا يمكن للتيار أن يمر عبر الهواء إلى جسم الإنسان. يتم قياس المسافة من القطب إلى الأصل (د1 ،د 2) على طول سطح الجلد ، حيث أن الجلد ليس مسطحا تماما. قد تختلف هذه المسافة قليلا عن القياس الخ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن جميع المؤلفين عدم وجود تضارب في المصالح فيما يتعلق بهذه المقالة.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

البحوث المدعومة من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (52407261) ، وبرنامج البحث والتطوير "الرائد" و "الإوزة الرائدة" في تشجيانغ (2025C01137) ، وخطة البحث والتطوير الرئيسية لمقاطعة تشجيانغ (2024C03040) ، ومشروع صندوق البحث الخاص لجمعية تشجيانغ لطب إعادة التأهيل (ZKKY2024008) ، و Sim4Life بواسطة ZMT ، www.zmt.swiss.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
تصوير بالرنين المغناطيسي 3T أو نظام التصوير المقطعي  سيمنز هيلثاينرزماجنيتوم سكايرا (تصوير بالرنين المغناطيسي) / SOMATOM X.cite (CT)
شريط لاصق3Mدورابور 1538-1
مناديل الكحولرعاية صحية PDIS41125
بطاريةنيورودومملحق نيرفيوX-1000
Computer تقنيات ديلبريسيجن 3660ذاكرة 16 جيجابايت، معالج متعدد الأنوية
الجل الموصل كهربائياSoterix HD-1AGE-12
محول الأقطاب الكهربائيةنيورودومملحق نيرفيوX-1000
برنامج المحاكاة الكهرومغناطيسيةZMT زيورخ ميدتك AGسيم فور لايف الإصدار 8.0
نماذج المحاكاة البشرية  مؤسسة إتسالسكان الافتراضيون 3.0ديوك (ثابت) 3.0، إيلا (ثابت) 3.0
كحول الأيزوبروبيلشركة ميدلاين إندستريز.MDS098003Z
شريط القياسأدوات ستانلي33-725
منشفة ورقيةكيمبرلي-كلارككيموايب 34155
الحقنة أو المطبقدينار بحريني305857
محفز TIنيورودومنيرفيو إكس-1000جهاز تحفيز التداخل الزمني
زوجان من أقطاب وكابلات Ag/AgClشركة شانهاي الطبية المحدودةشتيس
قلم التحديد القابل للغسلكرايولا58-7726

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hu, X., et al. Spinal cord injury: Molecular mechanisms and therapeutic interventions. Signal Transduct Target Ther. 8 (1), 245(2023).
  2. Lu, Y., et al. Global incidence and characteristics of spinal cord injury since 2000-2021: A systematic review and meta-analysis. BMC Med. 22 (1), 2000-2021 (2024).
  3. Nas, K., et al. Rehabilitation of spinal cord injuries. World J Orthop. 6 (1), 8-16 (2015).
  4. Hachem, L. D., Ahuja, C. S., Fehlings, M. G. Assessment and management of acute spinal cord injury: From point of injury to rehabilitation. J Spinal Cord Med. 40 (6), 665-675 (2017).
  5. Côté, M. P., Murray, M., Lemay, M. A. Rehabilitation strategies after spinal cord injury: Inquiry into the mechanisms of success and failure. J Neurotrauma. 34 (10), 1841-1857 (2017).
  6. Simpson, L. A., et al. The health and life priorities of individuals with spinal cord injury: A systematic review. J Neurotrauma. 29 (8), 1548-1555 (2012).
  7. Moritz, C., et al. Noninvasive spinal cord electrical stimulation for arm and hand function in chronic tetraplegia: A safety and efficacy trial. Nat Med. 30, 1276-1283 (2024).
  8. Dorrian, R. M., Berryman, C. F., Lauto, A., Leonard, A. V. Electrical stimulation for the treatment of spinal cord injuries: A review of the cellular and molecular mechanisms that drive functional improvements. Front Cell Neurosci. 17, 1095259(2023).
  9. McHugh, C., et al. Epidural spinal cord stimulation for motor recovery in spinal cord injury: A systematic review. NeuroRehabilitation. 49 (1), 1-22 (2021).
  10. Hachmann, J. T., et al. Epidural spinal cord stimulation as an intervention for motor recovery after motor complete spinal cord injury. J Neurophysiol. 126 (6), 1843-1859 (2021).
  11. Wu, L., et al. Literature review and meta-analysis of transcutaneous electrical nerve stimulation in treating chronic back pain. Reg Anesth Pain Med. 43, 425-433 (2018).
  12. Johnson, M. I., Jones, G. Transcutaneous electrical nerve stimulation: Current status of evidence. Pain Manag. 7 (1), 1-4 (2017).
  13. Grossman, N., et al. Noninvasive deep brain stimulation via temporally interfering EFs. Cell. 169 (6), 1029-1041 (2017).
  14. Wang, Y., et al. The safety and efficacy of applying a high-current temporal interference electrical stimulation in humans. Front Hum Neurosci. 18, 1484593(2024).
  15. Alania, K., et al. Noninvasive temporal interference hippocampal stimulation in early Alzheimer's disease. Alzheimers Dement. 19 (21), (2023).
  16. Demchenko, I., et al. Target engagement of the subgenual anterior cingulate cortex with transcranial temporal interference stimulation in major depressive disorder: A protocol for a randomized sham-controlled trial. Front Neurosci. , 18(2024).
  17. Cheng, R., et al. Efficacy of temporal interference electrical stimulation for spinal cord injury rehabilitation: A case series. arXiv preprint. , (2024).
  18. Póvoa, L. C., Ferreira, A. P., Silva, J. G. Validation of palpatory methods for evaluating anatomical bone landmarks of the cervical spine: A systematic review. J Manipulative Physiol Ther. 38 (4), 302-310 (2015).
  19. Brunoni, A. R., Amadera, J., Berbel, B., Volz, M. S., Rizzerio, B. G., Fregni, F. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. Int J Neuropsychopharmacol. 14 (8), 1133-1145 (2011).
  20. Xie, X., et al. Noninvasive temporal interference electrical stimulation for spinal cord injury rehabilitation: A simulation study. arXiv preprint. , (2025).
  21. Botzanowski, B., et al. Focal control of noninvasive deep brain stimulation using multipolar temporal interference. bioRxiv. , (2023).
  22. Acerbo, E., et al. Improved temporal and spatial focality of noninvasive deep-brain stimulation using multipolar single-pulse temporal interference with applications in epilepsy. bioRxiv. , (2024).
  23. Rehman, M. U., et al. Optimization of transspinal stimulation applications for motor recovery after spinal cord injury: Scoping review. J Clin Med. 12 (3), 854(2023).
  24. Gabriel, S., Lau, R. W., Gabriel, C. The dielectric properties of biological tissues: III. Parametric models for the dielectric spectrum of tissues. Phys Med Biol. 41 (11), 2271-2293 (1996).
  25. Geddes, L. A., Baker, L. E. The specific resistance of biological material: A compendium of data for the biomedical engineer and physiologist. Med Biol Eng. 5 (3), 271-293 (1967).
  26. Balmer, T. W., et al. Characterization of the electrical conductivity of bone and its correlation to osseous structure. Sci Rep. 8 (1), 8601(2018).
  27. Reddy, G. N., Saha, S. Electrical and dielectric properties of wet bone as a function of frequency. IEEE Trans Biomed Eng. 31 (3), 296-303 (1984).
  28. Liu, J., Wang, Y., Katscher, U., He, B. Electrical properties tomography based on B1 maps in MRI: Principles, applications, and challenges. IEEE Trans Biomed Eng. 64 (11), 2515-2530 (2017).
  29. Michel, E., Hernandez, D., Lee, S. Y. Electrical conductivity and permittivity maps of brain tissues derived from water content based on T1-weighted acquisition. Magn Reson Med. 77 (3), 1094-1103 (2017).
  30. Jahng, G., Lee, M. B., Principle Kwon, O. I. development, and application of electrical conductivity mapping using magnetic resonance imaging. Prog Med Phys. 35 (4), 73-88 (2024).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Temporal Interference StimulationSpinal Cord RehabilitationSpinal Cord InjuryNoninvasive StimulationEpidural StimulationElectrode PlacementElectric Field SimulationParameter OptimizationMotor Function RecoveryDeep Spinal Stimulation
Video Coming Soon

Related Articles