机器人递送的fMRI引导个性化经颅磁刺激治疗难治性抑郁症

本方案演示了采用功能性磁共振成像（fMRI）引导、机器人辅助递送的个体化经颅磁刺激（TMS）治疗抑郁症的工作流程。基于fMRI引导的TMS可解决传统基于头皮定位方法在准确性和精确性方面的不足。将患者的MRI DICOM文件转换为NIFTI格式并进行静息态功能连接（RSFC）分析后，确定位于左侧背外侧前额叶皮层（DLPFC）负相关功能簇重心位置的标准脑空间坐标，以X、Y、Z坐标格式表示。

然后，获取以 NIFTI 格式生成的标准空间 DLPFC SGC 功能连接图。确定对应于右侧拇短展肌运动区的标准空间脑坐标，以近似静息运动阈值（RMT）测试的目标位置。利用先前准备的初始预处理流程所生成的变换参数，将 DLPFC 和 M1 坐标以及 DLPFC SGC 功能连接图从标准空间配准至患者个体空间。

向执行经颅磁刺激（TMS）定位的精神科医生提供患者脑区背外侧前额叶皮层（DLPFC）、初级运动皮层（M1）的原生空间坐标，以及DLPFC与次级扣带回（SGC）的功能连接图谱。要在神经导航系统中导航至患者原生T1加权（T1W）图像的存储位置，请点击“文件”并选择“新建会话”。创建一个会话文件夹，并根据T1W图像的存储格式选择DICOM或NIFTI格式。

在神经导航软件的菜单栏中，使用“调整表面阈值”选项，调节T1加权图像上头皮的表面阈值。通过“调整头皮阈值”选项，调节头皮表面阈值以实现膨胀或收缩，确保尽量减少硬脑膜外间隙或头皮表面定义中的过度膨胀。

为了从非脑组织中分割出脑组织，使用脑分割选项，选择一条较大的白质束并点击计算，以便软件确定脑组织与非脑组织的相对对比度值，然后检查所定义的脑表面是否与灰质表面良好对齐。接着，使用患者配准选项，预定义解剖标志点。在患者的原生空间T1加权图像上标记左侧耳屏、右侧耳屏和鼻根点，为后续与患者实际头皮标志点的共配准做好准备。

耳屏、耳屏耳轮交界处或任何易于识别的解剖标志均可使用，只要在后续步骤中的共配准能够精确匹配即可。接下来，在菜单栏的规划选项中，以右-前-上方向为基准，输入以X、Y、Z格式表示的原始空间DLPFC靶点及M1坐标。若DLPFC靶点位于脑沟内，则应将其重新定位至最近的脑回处。

为了验证重新定位的脑坐标是否仍位于所选的负相关簇内，需将原始空间中的DLPFC SGC功能连接图叠加到患者的原始空间T1加权图像上，并在MRI可视化软件中输入重新定位的脑靶点坐标。如有必要，将M1坐标重新调整至中央前回。计算经颅磁刺激（TMS）线圈在头皮上对应DLPFC和M1坐标的垂直进入点。

在计算入射点时，确保经颅磁刺激（TMS）线圈相对于头部左侧的入射角度设置为45度。在控制区域的入射点或靶点选项中，叠加一个6×4的入射点或靶点网格，网格间距为5×5毫米，以创建用于静息运动阈值（RMT）测试的额外靶点。让患者坐在带有颈部支撑的电动治疗椅上，确保头部和颈部得到适当支撑。

使患者仰卧，并将双腿抬高至舒适位置。使用头带或双面胶带，将患者参考追踪器固定在患者右侧前额。利用电动调节椅调整患者头部位置，使其处于神经导航摄像头的视野范围内。

然后，返回菜单栏中的患者注册选项，将患者的解剖标志点和头皮表面与T1W图像上预定义的解剖标志点及头皮表面进行共配准。将探针触碰患者实际的头皮标志点，并通过按脚踏或手持开关上的绿色按钮来采集每个标志点。将探针接触头皮，并在按住脚踏或手持开关上绿色按钮的同时，轻轻沿患者头皮移动探针，以采集300个头皮标志点。

在患者注册过程结束时，检查实际解剖标志点与预设解剖标志点及头皮表面之间的空间配准精度，该精度以毫米为单位的均方根偏差表示。确保均方根偏差值低于3毫米，否则需重复注册步骤直至达到该标准。重新调整协作机器人（cobot）位置，使患者参考追踪器位于神经导航相机视野内的最佳距离和角度。

确保神经导航摄像头的视野也能检测到协作机器人（cobot）的一个参考点。通过在菜单栏中选择“检查跟踪系统”来确认视野范围。紫色十字线表示可见的参考点。

在控制区域的协作机器人选项中启用手动模式，以手动将安装线圈的机械臂移入工作区域。在协作机器人选项面板中点击“移动至停放位置”，将线圈移至中性位置。手动定位协作机器人，或调节电动座椅，使线圈位于患者头部正上方，二者间距为数厘米。

然后，在Neuronavigation软件控制区域的协作机器人选项中校准线圈力传感器功能，以触发一个包含四个压力指示灯的传感器弹出窗口。将手指放在线圈上，逐渐增加压力再逐渐减小，使四个压力指示灯依次点亮，随后再依次熄灭。确保指示灯从左至右依次激活，然后从右至左依次关闭，从而使“确定”按钮变为可点击状态。

将三个连接到运动诱发电位（MEP）监测仪的肌电图电极放置在右侧拇短展肌的腹侧全长上。在经颅磁刺激（TMS）设备上选择MEP检测程序，并将灵敏度设置为每格200微伏。选择“回放”，然后选择“时序”以显示MEP界面。

要指示安装线圈的机械臂移动至网格中的第一个M1靶点，请在控制区域的进入和靶点选项面板中选择该靶点。在协作机器人选项面板中选择线圈对准，以将线圈定位在患者头皮上。在Neuronavigation软件的控制区域中选择刺激器选项，并在幅度选项中将初始刺激强度设置为40%。

单击单脉冲，可在依次移动至M1网格中的每个靶点时施加脉冲。对于运动靶点，无需精确定位TMS线圈。根据需要增加刺激强度，以观察到运动诱发电位（MEP）或可见的拇指屈曲。

确定能够引出最强运动诱发电位（MEP）且伴随右手拇指、手指或手腕最大振幅屈曲的靶点。在入点和靶点面板中选择最佳M1靶点，然后点击机械臂选项面板中的线圈定位按钮，以将线圈置于患者头皮上。在此靶点处以设定的时间间隔逐步调整单脉冲刺激强度，直至确定静息运动阈值（RMT）。

在刺激面板中，诱发电位最大值（MEP max）超过 50 毫伏（mV）即表明存在运动诱发电位（MEP）。静息运动阈值（RMT）定义为：在肌电图上诱发 10 次中有 5 次出现大于 50 毫伏 MEP 所需的最小刺激强度。指导患者闭眼、放松，并避免专注于任何特定思维，以在功能性磁共振成像（FMRI）与经颅磁刺激（TMS）过程中保持一致的脑状态。

在控制区域的入点和靶点选项面板中选择靶点，指示安装线圈的机械臂移动至DLPFC靶点。在协作机器人选项面板中选择线圈对准，以将线圈定位在患者头皮上。在经颅磁刺激（TMS）设备的菜单选项中选择预设的三分钟间歇性theta脉冲刺激方案。

选择“召回”然后选择“定时”，以准备机器递送三分钟间歇性θ脉冲刺激方案。在控制区域选择刺激器选项，并将首次会话的刺激强度设置为静息运动阈值（RMT）的80%，第二次会话设置为100%，后续会话设置为120%。点击“开始”或“停止序列”以递送完整的重复经颅磁刺激（TMS）脉冲序列。

每次脉冲均在刺激面板中显示。对左侧背外侧前额叶皮层进行每日刺激，持续20至30个非周末工作日。在一项采用该方案的开放标签研究中，总体有效率为52%，缓解率为33%。预先设定的亚组显示出不同的有效率和缓解率特征，表明无共病的抑郁症组（第一组）的疗效优于共病组或双相抑郁组（分别为第二组和第三组）。

治疗前，SGC与DLPFC的组平均功能连接为-0.25。DLPFC与全脑其他区域之间的功能连接在TMS治疗过程中未发生改变。在接受治疗前后fMRI扫描的患者亚组中，观察到治疗后抗相关静息态功能连接（RSFC）出现特异性降低，负向静息态功能连接接近于零。

本方案展示了利用功能连接性来为抑郁症患者的经颅磁刺激（TMS）治疗个性化确定治疗靶点的可行性。该方案需要大量资源和专业技术支持，尤其是在磁共振成像（MRI）、影像分析以及神经导航和机器人系统的应用方面。未来的方案将通过整合神经导航、机器人技术和影像工作流程的技术，进一步提高其可行性。