本文详细描述了对阿尔茨海默病患者进行经颅脉冲刺激的治疗步骤,讨论了其适应症、方法学及未来应用前景。
本文详细描述了对阿尔茨海默病患者进行经颅脉冲刺激的治疗步骤,讨论了其适应症、方法学及未来应用前景。
经颅脉冲刺激(Transcranial pulse stimulation, TPS)是一种用于治疗阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)的非侵入性神经调控疗法,已获得欧洲合格评定(Conformité Européenne, CE)认证。初步的试点研究已显示出其在改善认知功能方面的良好效果。本文重点介绍使用磁共振成像(MRI)引导并结合神经导航的TPS设备治疗AD患者的操作流程,详细描述了应遵循的实验方案,包括必要的操作步骤和设备参数设置。同时简要概述了迄今为止已发表的代表性临床结果。除认知功能和情绪状态的显著临床改善外,本文还报告了不良事件(AE)及可能的器械相关不良事件(ADE),以提供安全性数据。最后,对这一方法进行了批判性讨论。未来应开展随机对照试验,以排除任何安慰剂效应的影响。目前尚缺乏针对更多患者的大样本长期研究。尽管仍存在这些未解决的问题,但在受控且科学指导的环境下,TPS作为阿尔茨海默病患者的辅助治疗手段具有潜在应用价值。
非侵入性脑刺激(NiBS)技术已成为痴呆症研究中日益受到关注的焦点,为缓解神经退行性疾病相关的认知和功能缺陷提供了潜在的治疗策略。越来越多的证据表明,NiBS可在阿尔茨海默病(AD)患者的不同疾病阶段增强认知功能或延缓认知衰退1,2。在这些技术中,经颅脉冲刺激(TPS)尤为突出,因其不仅可在大脑皮层表面,还能在更深层脑区实现高度聚焦且精确定位的脑刺激3,4。与TPS相关的不良反应罕见,程度轻微,且具有短暂性3,5。
最初在骨科和心脏病学领域开发的治疗性超声波疗法和体外冲击波疗法(ESWT)已被证明可促进组织愈合并改善血流。在骨科中,ESWT 特别用于治疗肌腱病和骨愈合障碍等肌肉骨骼疾病;而在心脏病学中,其对血管健康的影响也得到了研究6,7。TPS 已被应用于神经科学领域,特别是在阿尔茨海默病研究中,显示出改善认知衰退和功能障碍的潜力8,3,4。该技术利用冲击波缓解阿尔茨海默病患者的症状,本教程工作组的初步数据已证实了这一点5。冲击波与超声波的不同之处在于,前者不涉及高频交变负荷9。如图1所示,所产生的冲击波波形清晰地展示了 TPS 过程中单一的压力脉冲以及随后振幅的衰减,同时还显示了超声波所特有的较高频率振幅特征。由于高频交变应力的作用,超声波的能量会被组织吸收,从而可能导致组织升温——而这一现象在冲击波治疗中并未观察到。在其他应用中使用的是高能冲击波,而在 TPS 中引入组织的能量为低能量9。关于阿尔茨海默病的潜在疗效,最初报告显示,患者在阿尔茨海默病登记联盟(Consortium to Establish a Registry for Alzheimer's Disease, CERAD)评估中有所改善3,多个脑区的皮层厚度增加10,以及脑磁共振网络连接性的改变11。
目前,TPS的作用机制正在研究中,相关研究聚焦于这种非侵入性技术如何在细胞水平上调节大脑活动,可能触发机械转导过程,从而增强神经可塑性并改善认知功能3,4。在冲击波治疗中,物理能量作用于局部组织区域并诱导机械转导12,刺激生长因子13,14和一氧化氮的释放15。这些效应反过来可以增强血液循环并促进新生血管形成16。
经颅脉冲刺激(TPS)的目标是提供一种安全的附加疗法,可能有助于改善症状。刺激的脑区可包括双侧额叶皮层、双侧顶叶外侧皮层、扩展的楔前叶皮层以及双侧颞叶皮层。常规治疗方案通常以每周三次、持续两周、共六次治疗会话作为第一治疗周期,每次给予6,000次脉冲刺激。
该操作被认为是安全的,因为约有4%的疗程中报告了不良事件,其特征为中等程度的主观严重性,且为一过性,与器械相关的不良事件(ADEs)之间无明确的因果关系5。
尽管这些初步结果令人鼓舞,但研究人员和临床医生必须评估TPS是否适用于其特定的应用场景。需要考虑的因素包括阿尔茨海默病的疾病阶段、患者对其他治疗的反应,以及是否具备可在专家指导下安全实施TPS的设施。对于处于阿尔茨海默病早期至中期的个体,TPS可能在副作用极小的情况下提供潜在的认知益处,但目前尚不被视为独立的治疗方法。相反,它可能作为现有疗法(如药物干预或认知训练)的补充手段。迄今为止,仍缺乏随机对照试验的结果。然而,在受控使用和科学探索的前提下,TPS可能具有作为阿尔茨海默病患者附加治疗的潜力。
所有接受TPS治疗患者的分析是经区域医学协会伦理委员会(Ärztekammer Nordrhein,编号:2021026)批准的本地注册研究的一部分。此外,所有患者均签署了治疗的书面知情同意书。共有11例患者接受了TPS治疗(9名男性,2名女性,年龄范围为59至77岁,平均年龄69.82岁)。在治疗前,所有患者均接受了详细的知情同意程序,期间他们被充分告知使用NEUROLITH系统进行经颅脉冲刺激(TPS)的潜在益处和风险。
1. 患者选择与准备
2. 神经心理学测试
3. 装置与环境的准备
4. 高压测试(日常维护)
5. 手柄准备
新患者的校准
7. 治疗区域设置(可选)
8. 实施治疗
9. 治疗后处理步骤
经颅脉冲刺激可缓解阿尔茨海默病患者的症状,该结论由本教程工作组发表的11例患者(9名男性,2名女性,年龄范围59–77岁,平均年龄69.82岁)的非对照性初步数据证实1。刺激区域包括双侧额叶皮层、双侧外侧顶叶皮层和扩展的楔前叶皮层。本方案中新增了双侧颞叶皮层作为刺激区域。治疗初始周期为2周内进行6次治疗,每次给予6,000个脉冲。
刺激期间的治疗方案包括 4 Hz、0.20 mJ/mm2 和 6000 次脉冲。11 名患者中有 3 名(27%)在总共 75 次治疗中发生了 3 次不良事件(4%)。这些不良事件包括下颌疼痛(NRS 4/10)、恶心(NRS 7/10)和嗜睡(NRS 10/10)。然而,这些症状均未持续超过 24 小时,且并非所有事件均可直接归因于刺激所致的器械相关不良事件(ADEs)。
与基线相比,刺激后 ADAS 总分显示出显著差异,评分从 30.2 改善至 25.8(p = 0.01),ADAS-Cog 评分也显著改善,从 25.8 提高到 23.3(p = 0.04;图 5)。尽管部分患者仅表现出轻微改善,但其中一位患者的最佳改善幅度达到 40%,使得 ADAS 总分整体平均改善了 15.76%,ADAS-Cog 评分平均改善了 8.65%(图 6)。此外,在 ADAS 测试的自评抑郁症状子量表中检测到抑郁症状的显著差异。单尾 t 检验显示,通过 ADAS 测试的自评子量表所测量的抑郁症状显著减少。刺激前平均得分为 0.7(标准差 = 1.1),刺激后下降至 0.2(标准差 = 0.4;t (8) = 1.859,p < 0.01)。
在为期两周的治疗前后,患者完成了主观评分量表。该量表允许患者在0到10的数字评分量表上报告其症状严重程度及任何感知到的不良事件,数值越高表示症状越严重。根据数字评分量表(NRS)测量,症状严重程度的平均主观改善从5.7降至3.4(p = 0.023)。

图1:刺激过程中的冲击波。 该图在图像左侧展示了经皮电刺激(TPS)的压力振幅,并与右侧超声波的振幅进行对比。在TPS过程中,首先产生一个单一的压力脉冲,随后振幅迅速趋于平缓。相比之下,超声波的振幅不会再次变平,而是保持稳定,从而随时间产生持续的高频振荡。本图已根据文献9修改。 请点击此处查看此图的放大版本。

图2:MRI导航系统。 该图像展示了在治疗计划系统(TPS)期间患者与NEUROLITH设备之间的理想对位状态。3D摄像头与护目镜上的检测透镜以及手柄上的检测透镜相接触。只有在确保该信号传输的情况下,系统才能正确识别手柄的空间位置,并实现屏幕上刺激位置的无干扰显示。本图已根据文献9修改。 请点击此处查看该图的放大版本。

图3:感兴趣区域及刺激区域。 该图像展示了在患者MRI上划定的感兴趣区域(ROI)以及组织刺激建模的示例。不同颜色进一步区分了在楔前叶以及额叶和顶叶区域各部位所应用的脉冲数量,颜色顺序依次为绿色、青色、蓝色和紫色。其中紫色表示刺激强度过高,应予以避免。刺激区域是根据导航系统模拟数据所呈现的主要到达区域,但这并非实际施加的脑激活测量结果。在Kempen方案中还额外加入了颞叶刺激,尽管该区域未被预定义为ROI。左图:轴向视图,中图:矢状视图,右图:冠状视图。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4:手持设备。 本图展示了在刺激过程中使用的手持设备。关键的准备步骤包括在患者头皮上涂抹足量的超声耦合剂,以确保能量的最佳传输,并确认预填充膜已牢固且正确地安装。治疗期间,手柄应垂直于头皮,并在整个表面均匀移动,以维持稳定的刺激。本图经9修改。 请点击此处查看此图的放大版本。

图 5:首次刺激前的阿尔茨海默病评估量表(ADAS)评分。 患者组在首次刺激前(深蓝色)和末次刺激后(浅蓝色)的阿尔茨海默病评估量表(ADAS)评分均值。较低的评分表示更好的认知表现。箱线图显示了患者数据的分布情况。(A)ADAS 总分。线条表示组内中位数(基线 = 24.5,刺激后 = 22.5),十字表示平均得分(M 基线 = 30.2(SD 11.55),M 刺激后 = 25.8(SD 10.71),*p = 0.01)。(B)ADAS 认知分量表(cog)评分。线条表示组内中位数(基线 = 22.5,刺激后 = 21),十字表示平均得分(M 基线 = 25.8(SD 10.77),M 刺激后 = 23.3(SD 10.27),*p = 0.04)。本图经修改自5。请点击此处查看此图的放大版本。

图6:患者在ADAS中的个体测试结果。 阿尔茨海默病评估量表(ADAS)中患者在首次刺激前(基线)和末次刺激后(刺激后)的个体测试结果。评分越低表示表现越好。每条线代表一名患者。(A)每位患者在ADAS总分中的个体评分。最佳改善为15分(ID 3)。(B)每位患者在ADAS认知子量表(ADAS cog score)中的个体评分。最佳改善为14分(ID 3和ID 4)。该图已根据文献5修改。请点击此处查看此图的放大版本。
总体而言,TPS 是阿尔茨海默病的一种潜在治疗方法。从实际操作角度来看,该刺激过程在设计上对操作者友好。在治疗开始时即可定义感兴趣区域,并在治疗过程中通过颜色编码标记实时显示已施加的脉冲数量,这些功能显著简化了用户界面的操作。感兴趣区域的设定也可根据需要自由选择和调整。受刺激的区域能够以模拟数据形式清晰地可视化呈现,但制造商仍需进一步开发,以显示在较低能量水平下设备所影响的更深层区域。
TPS方案中的关键步骤包括将刺激装置精确放置在目标脑区上方,确保脉冲波的强度和频率正确,并密切监测患者的反应。 troubleshooting可能包括确保手柄与头皮之间接触良好,以防止能量损失或刺激不足。如果观察到不适或副作用,则可能需要调整强度或重新定位。
已发表的非对照研究数据显示,患者在临床上表现出认知功能的改善5,3,以及大脑多个区域皮层厚度的增加10和磁共振网络连接性的改变11。情绪改善方面也有报道5,4。 与其他非侵入性脑刺激方法相比,TPS 具有若干显著优势。首先,它将机械性冲击波与精确的神经导航技术相结合,可靶向作用于受累的大脑区域。与通常仅刺激表层皮质的经颅磁刺激(TMS)不同,TPS 具有更深的穿透深度,因此特别适用于阿尔茨海默病等累及深层脑结构的神经退行性疾病。此外,TPS 似乎具有良好的安全性,仅在 4% 的治疗疗程中报告了轻微且短暂的不良反应,表明其可能成为中重度阿尔茨海默病患者耐受性更佳的治疗选择5。
为了深入研究 TPS 治疗的作用机制并对其潜在风险因素进行详细分析,尚需开展更多的基础性研究。
在该研究团队近期发表的一项研究中,分析了阿尔茨海默病患者在接受经颅脉冲刺激(transcranial pulse stimulation, TPS)前后的大脑网络活动17。结果表明,TPS 能够调节大脑的节律振荡和功能连接,可能有助于改善阿尔茨海默病患者的认知功能。其中一种被提出的机制是,TPS 后增强的伽马振荡可能促进脑内类淋巴系统的清除作用。这种对类淋巴清除功能的潜在影响,有待在今后的研究中进一步验证。此外,还需开展更多机制性研究,以阐明 TPS 如何影响大脑网络的生理活动,以及其神经保护效应是否能够延缓或阻止阿尔茨海默病的进展。
探索经颅脉冲刺激(TPS)对健康和病变大脑作用的临床前动物研究,对于深入理解其潜在机制至关重要。需要注意的是,不同的非侵入性脑刺激(NiBS)技术通过不同的机制发挥作用1。因此,必须研究超声治疗18和冲击波治疗6在组织层面所描述的作用是否以及如何在TPS治疗中发挥作用。先前研究已指出TPS可能影响机械转导过程,并具有诱导血管、细胞和分子水平变化的潜力,这些都需要进行系统深入的研究。此外,对神经炎症过程的调控,特别是血脑屏障动态变化的调控,是未来研究中一个引人关注的方向。理解这些效应将有助于阐明其潜在机制,并为优化TPS在治疗中的应用提供重要依据。同时,这也将推动探索TPS治疗在其他神经退行性疾病管理中的潜在应用价值。
经颅脉冲刺激(TPS)作为一种治疗手段展现出良好的应用前景;然而,仍需解决若干局限性。为准确界定TPS的特异性效应,必须开展包含安慰剂对照组的受控临床试验。一个重大挑战是不同个体对刺激的反应存在高度变异性,这种差异可能受到阿尔茨海默病(AD)病程阶段及合并症存在与否等因素的影响4。此外,长期治疗的最佳方案尚未明确。目前的方法包括每月进行一次单次加强刺激,或在一年内重复进行12次治疗周期,但尚无证据表明其中一种方案优于另一种。未来的临床研究应优先确定最佳刺激参数,评估患者个体化因素(例如AD病程阶段)对治疗效果的影响,并深入探究TPS治疗的长期效应及其可持续性。
作者Lars Wojtecki此前曾获得德国研究基金会、Hilde-Ulrichs帕金森病研究基金会、德国帕金森基金会、德国联邦教育与研究部(BMBF)/ERA-NET NEURON项目、德国研究基金会(DFG)研究小组(FOR1328)、德国帕金森协会(DPV)、杜塞尔多夫海因里希·海涅大学医学院研究委员会、UCB、Medtronic、UCB、Teva、Allergan、Merz、Abbvie、Roche、Bial、Merck、Novartis、Desitin和Spectrum提供的资助或机构支持。作者Lars Wojtecki持有BioNTech SE公司的股票。作者Lars Wojtecki担任以下公司的顾问:TEVA、UCB Schwarz、Desitin、Medtronic、Abbott/Abbvie、MEDA、Boehringer I、Storz Medical、Kyowa Kirin、Guidepoint、Merck、Merz、Synergia、BIAL、Zambon、Sapio Life、STADA、Inomed和Vertanical。作者Celine Cont担任Storz Medical公司的顾问。其余作者声明,本研究在实施过程中不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系。
我们感谢患者的配合与参与。Veronika Hirsch 和 Michaela Wessler(医学技术助理)在技术协助和数据收集方面提供了帮助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 消毒湿巾:mikrozid universal wipes | schülke | GTIN: 4032651957774 | 每次治疗后用于清洁手柄,以确保卫生 |
| 干毛巾:Wisch-/Pflegetuch Kolibri | IGEFA Handelsgesellschaft mbH & Co. KG | PZN: 10417600 | 在清除超声耦合凝胶后,用于擦干患者皮肤 |
| 手柄 | Storz Medical | HW 030816.01 (114) | 治疗过程中用于握持设备 |
| NEUROLITH | Storz Medical | SN: 19880_0015 | 配备TPS的NEUROLITH系统为通过CE认证的设备 |
| 患者座椅 | 可调节座椅,便于在治疗期间为患者提供最佳体位 | ||
| 硅油 | Storz Medical | 13330 | 在将预填充耦合膜(间隔件)安装到手柄前,涂抹于手柄膜表面 |
| 超声耦合凝胶:Sonosid Ultrasound Gel | Asid Bonz GmbH | PZN: 5362311 | 涂抹于头皮,以确保声脉冲有效穿过颅骨 |
| 清洗手套:Esemtan wash mitts | schülke | GTIN: 4032651297016 | 用于治疗后清除患者身上的超声耦合凝胶 |