Stimulation électrique non invasive par interférence temporelle pour la réhabilitation de la moelle épinière

La lésion de la moelle épinière (LME) est une maladie débilitante du système nerveux central qui peut entraîner la perte permanente des fonctions motrices, sensorielles et autonomes en dessous du niveau de lésion ^1,2. Par conséquent, le traitement et la réadaptation des patients atteints de lésions médullaires sont devenus un point central de la recherche scientifique et de la pratique clinique. Les approches de traitement traditionnelles, y compris les thérapies pharmacologiques et physiques, présentent certaines limites dans la promotion de la récupération fonctionnelle 3,4,5,6. Parmi les thérapies physiques, la stimulation électrique de la moelle épinière est apparue comme une stratégie efficace pour la réhabilitation des lésions médullaires, qui peut être classée en modalités invasives et non invasives ^7,8. La stimulation électrique invasive de la moelle épinière, telle que la stimulation épidurale de la moelle épinière (eSCI), fournit une stimulation électrique directe via des électrodes implantées, mais comporte des risques d’infection et de formation de tissu cicatriciel ^9,10. En revanche, les techniques non invasives, telles que la stimulation nerveuse électrique transcutanée (TENS), sont limitées dans leur capacité à atteindre efficacement les structures profondes de la colonne vertébrale, compromettant ainsi l’efficacité thérapeutique^11,12.

La stimulation par interférence temporelle (TI) est une technologie de neuromodulation émergente qui permet une stimulation non invasive des tissus profonds par un mode spécifique d’émission de courant électrique^13,14. Cette technique consiste à placer deux paires d’électrodes à la surface de la peau pour délivrer des courants électriques à des fréquences kilohertz légèrement différentes. Basé sur le principe de l’interférence, ce dispositif génère une enveloppe basse fréquence unique (allant de quelques hertz à plusieurs dizaines de hertz) au sein des tissus profonds, permettant ainsi une neuromodulation ciblée. Ce mécanisme de fonctionnement distinct permet à la stimulation TI de surmonter les limites de profondeur des techniques de neuromodulation conventionnelles, offrant une intervention efficace pour les structures neuronales profondes sans procédures invasives. Contrairement à la TENS, l’IT permet une pénétration plus profonde avec une spécificité spatiale élevée, et contrairement à l’eSCI, il évite les risques chirurgicaux, offrant une alternative plus sûre et plus accessible pour la neuromodulation de la LME. La stimulation TI a été étudiée pour le traitement de diverses maladies, telles que les troubles du mouvement et la dépression. Dans les lésions médullaires incomplètes, comme certaines voies neuronales restent intactes, la stimulation TI est très susceptible d’améliorer l’activité des circuits neuronaux restants, favorisant ainsi la neuroplasticité et la récupération fonctionnelle^15,16. Ainsi, la stimulation par TI est très prometteuse en tant que stratégie de neuromodulation pour le traitement des lésions médullaires¹⁷.

Cependant, les systèmes matériels de stimulation TI actuels sont principalement conçus pour les applications transcrâniennes, et il y a un manque de systèmes TI spécifiquement développés pour la stimulation de la moelle épinière. En raison de différences anatomiques et électrophysiologiques entre la tête et le torse, les appareils de stimulation TI existants conçus pour la tête ne sont pas entièrement applicables à la stimulation vertébrale, ce qui entraîne des défis dans l’optimisation des paramètres de sortie et le placement des électrodes. Lors de la stimulation TI sur la tête, un système de coordonnées de champ de plomb fixe (tel que le système 10-10) est souvent utilisé pour faciliter le positionnement des électrodes sur la tête. Cependant, ce système n’est pas applicable au torse. De plus, comme la stimulation TI génère des enveloppes à basse fréquence profondément dans les tissus biologiques, il est difficile de prédire la distribution du champ électrique résultante en se basant uniquement sur le placement manuel des électrodes. Au lieu de cela, des simulations informatiques sont généralement nécessaires pour visualiser et optimiser la distribution interne du champ électrique. À l’heure actuelle, cependant, il n’existe pas de flux de travail établi pour la simulation du champ électrique et l’optimisation des paramètres pour la stimulation TI de la colonne vertébrale, ce qui pose des défis importants pour son application clinique. Des paramètres tels que le placement des électrodes, les fréquences de stimulation et l’amplitude du courant influencent directement la distribution du champ électrique et l’amplitude de l’enveloppe basse fréquence, modulant l’activité neuronale et favorisant la neuroplasticité^13,17.

L’objectif de cette étude est de développer un flux de travail pratique et efficace pour la simulation du champ électrique TI et l’optimisation des paramètres, ainsi qu’un système matériel TI adapté au traitement des lésions de la moelle épinière. Grâce à la simulation du champ électrique et à l’optimisation des paramètres, nous visons à déterminer des configurations de placement d’électrodes qui maximisent l’amplitude du champ d’enveloppe de TI dans des régions cibles spécifiques de la LME, améliorant ainsi l’efficacité thérapeutique. De plus, pour faciliter la mise en œuvre pratique de configurations d’électrodes optimisées, nous avons conçu une nouvelle méthode de positionnement des coordonnées d’électrode pour la stimulation TI de la moelle épinière, basée sur le système matériel TI original pour la tête. Ce système est destiné à simplifier le positionnement des électrodes et à améliorer la faisabilité opérationnelle en milieu clinique.

Cette étude porte sur des sujets humains et a été menée conformément à la Déclaration d’Helsinki. L’approbation éthique a été obtenue du Conseil d’examen institutionnel de l’Université du Zhejiang. Un consentement éclairé écrit a été obtenu de tous les participants avant leur inclusion, ce qui leur a permis d’être pleinement informés de l’objectif de l’étude, des procédures, des risques potentiels et de leur droit de se retirer à tout moment sans pénalité. Les réactifs et l’équipement utilisés dans cette étude sont énumérés dans la table des matériaux.

Contre-indications et considérations particulières
L’admissibilité des patients atteints de LME est évaluée à l’aide d’un questionnaire sur les antécédents médicaux et d’un examen physique afin d’identifier les conditions qui affectent la participation :
Critères d’inclusion : (1) Âge entre 18 et 80 ans (homme ou femme) ; (2) LME incomplète de grade ASIE B, C ou D, avec un début de 1 à 6 mois ; (3) Aucun changement dans l’évaluation de l’ASIA au cours de la semaine écoulée ; (4) Un régime médicamenteux stable tout au long de la période d’étude ; (5) Volonté de se conformer à toutes les exigences de l’étude, y compris la participation à toutes les séances de formation requises et aux évaluations de réadaptation.
Critère^{d’exclusion 17} : (1) Limitations de la fonction motrice dues à des troubles neurologiques (p. ex., accident vasculaire cérébral, sclérose en plaques, traumatisme crânien) ; (2) Présence de conditions médicales instables ou graves (par exemple, hypertension non contrôlée, insuffisance cardiaque) ; (3) Antécédents d’épilepsie ; (4) Contre-indications à la stimulation électrique (par exemple, dispositifs électroniques implantés, stimulateurs cardiaques, implants métalliques).

1. Matériaux

1. Vérifiez l’exhaustivité des matériaux requis (voir le tableau des matériaux).
2. Évaluez les patients atteints de LME à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) ou de la tomodensitométrie (TDM).
3. Ouvrez un logiciel de simulation électromagnétique pour effectuer des simulations de champs électriques (toutes les étapes sont mises en œuvre dans le logiciel, éliminant ainsi le besoin de passer à d’autres logiciels ou d’utiliser des scripts supplémentaires). Avant d’effectuer des simulations de champs électriques, assurez-vous que le logiciel de simulation électromagnétique contient des modèles humains (masculins ou féminins).
   1. Si ces modèles ne sont pas disponibles, sélectionnez Modèle/Fantôme - Humains dans le ruban, puis téléchargez le modèle humain. Une fois le téléchargement terminé, importez le modèle dans le projet en cours pour les simulations suivantes.
4. Appuyez sur le bouton d’alimentation pour allumer le stimulateur TI avant chaque séance de stimulation, puis connectez l’adaptateur d’électrode à l’aide des câbles de connexion désignés (Figure 1). Vérifiez l’état de la batterie sur l’écran de l’appareil. Chargez immédiatement l’appareil si le niveau de la batterie est inférieur à 20 %, à l’aide de l’adaptateur secteur désigné branché sur une prise électrique standard.
   REMARQUE : Des adaptateurs incompatibles peuvent endommager la batterie ou provoquer des irrégularités dans la sortie du stimulateur TI.
5. Inspectez visuellement chaque électrode Ag/AgCl à la recherche de fissures, de décoloration ou de résidus. Nettoyez les électrodes avec de l’alcool isopropylique et un chiffon doux pour éliminer les contaminants. Appliquez ensuite une couche mince et uniforme de 1 mm de gel conducteur sur la surface de l’électrode pour réduire l’impédance de contact et prévenir l’irritation de la peau pendant la stimulation.
   1. De plus, assurez-vous d’avoir des informations précises concernant les dimensions des électrodes, y compris leur diamètre et leur épaisseur, car ces paramètres jouent un rôle essentiel dans les simulations ultérieures de champ électrique.
6. Connectez les deux paires de câbles d’électrode à l’adaptateur d’électrode en faisant correspondre les connecteurs de câble aux ports étiquetés.

2. Simulation de champs électriques et optimisation des paramètres

REMARQUE : Le flux de travail global de la simulation du champ électrique se compose de trois étapes principales : la construction du modèle géométrique (y compris le modèle humain et les électrodes), la définition des conditions de simulation (propriétés du matériau, conditions aux limites et génération de maillage), et enfin l’exécution de calculs pour visualiser la distribution du champ électrique dans la région cible de la moelle épinière (Figure 2). L’optimisation des paramètres consiste à simuler des champs électriques pour diverses configurations de paires d’électrodes candidates, à calculer l’intensité moyenne du champ électrique dans la région cible et à identifier la configuration qui maximise cette intensité. Les étapes spécifiques sont les suivantes :

1. Lancez le logiciel de simulation électromagnétique sur un ordinateur doté d’au moins 16 Go de RAM et d’un processeur multicœur. Créez un projet en sélectionnant Fichier - Nouveau projet dans le ruban.
2. Construction de modèles géométriques
   1. Cliquez sur l’onglet Modèle dans le ruban et importez un modèle humain en sélectionnant Modèle/Fantôme - Humains et en choisissant un modèle statique mâle ou femelle (Figure 3).
   2. Identifiez l’emplacement vertébral le plus proche du site de la LME à l’aide de repères anatomiques (p. ex., C5 est à environ 2-3 cm sous l’apophyse épineuse C7, palpable sous la forme d’une saillie osseuse proéminente à la base du cou). Définissez la coordonnée de la surface de la peau directement au-dessus de la région centrale de la vertèbre sélectionnée comme origine (Croquis - Point). Définissez les axes horizontal et vertical comme les axes x et y, respectivement (Figure 4).
      REMARQUE : Dans la démonstration du protocole, nous sélectionnons la région de la moelle épinière enveloppée par la vertèbre C5 comme cible de stimulation. Ce n’est pas un choix fixe, mais il a été fait pour la commodité de la démonstration. Lors de l’application du protocole dans la pratique, toute zone cible spécifiée de la moelle épinière peut être sélectionnée arbitrairement.
   3. Pour chaque configuration de paire d’électrodes, placez les quatre électrodes symétriquement autour de l’origine (Figure 4), avec une paire de chaque côté de la colonne vertébrale. Définissez les positions par la distance horizontale (d₁) et la distance verticale (d₂) de l’origine, de sorte que les coordonnées des quatre électrodes dans chaque configuration soient (d₁, d₂), (d₁, -d₂), (-d₁, d₂) et (-d₁, -d₂).
      REMARQUE : Dans cette démonstration, 25 configurations de paires d’électrodes sont évaluées, avec des électrodes adjacentes dans chaque quadrant espacées de 1 mm horizontalement et de 5 mm verticalement, ce qui permet aux électrodes candidates d’être réparties dans une plage appropriée par rapport à la zone cible. La procédure spécifique de placement des électrodes est la suivante. En utilisant le premier quadrant comme exemple :
      1. Créez une électrode cylindrique en cliquant sur Solides - Cylindre dans le ruban avec des dimensions correspondant aux électrodes réelles utilisées dans le traitement clinique. L’épaisseur peut être légèrement augmentée pour tenir compte des intersections mineures avec la surface de la peau dans le modèle de simulation.
         REMARQUE : Dans cette démonstration, le diamètre de l’électrode a été réglé à 10 mm et l’épaisseur à 5 mm.
      2. Cliquez sur Déplacer dans le ruban pour placer le cylindre sur la surface postérieure de la peau avec un léger encastrement. Ajustez son centre à (10 mm, 10 mm), ce qui représente une distance horizontale et verticale de 10 mm par rapport à l’origine.
      3. Dupliquez le cylindre dans l’explorateur de modèles et décalez-le vers la droite de 11 mm pour positionner la deuxième électrode à (21 mm, 10 mm). Répétez ce processus pour créer des électrodes supplémentaires à (32 mm, 10 mm), (43 mm, 10 mm) et (54 mm, 10 mm).
      4. Copiez la première électrode et décalez-la vers le haut de 15 mm pour positionner la deuxième électrode à (10 mm, 25 mm). Répétez ce processus pour générer des électrodes à (10 mm, 40 mm), (10 mm, 55 mm) et (10 mm, 70 mm).
      5. Répétez ce processus, générez 25 électrodes (5 rangées × 5 colonnes) dans le premier quadrant.
         REMARQUE : Chaque configuration de stimulation TI utilise quatre électrodes (deux paires) pour délivrer des courants de fréquence de deux kilohertz qui interfèrent pour créer une enveloppe de basse fréquence dans la moelle épinière. Pour optimiser le placement, 25 configurations, chacune avec quatre électrodes, sont testées à l’aide d’une grille de positions 5 x 5 par quadrant, soit un total de 100 électrodes dans toutes les simulations. La taille des électrodes et la distance entre les électrodes dans différents groupes sont spécifiées en fonction des conditions réelles, et cette démonstration n’est fournie qu’à titre d’exemple.
   4. Pour la procédure de placement des deuxième, troisième et quatrième quadrants, suivez le même processus. Une fois terminé, les configurations des 25 paires d’électrodes (un total de 100 électrodes) sont disposées comme le montre la figure 4.
   5. Renommez systématiquement les électrodes en faisant un clic droit sur l’électrode correspondante dans l’explorateur de modèles (par exemple, « ROn » pour le premier quadrant, « LOn » pour le deuxième, « LBn » pour le troisième, « RBn » pour le quatrième, où n est le numéro de groupe de 1 à 25).
   6. Inspectez visuellement le placement des électrodes dans la vue du modèle 3D. Ajustez les positions à l’aide de la fonction Move pour vous assurer que chaque électrode s’enfonce légèrement (0,5 mm) dans la surface de la peau sans espace.
3. Réglage des conditions de simulation
   1. Cliquez sur l’onglet Simulation et créez une nouvelle simulation en cliquant sur Nouveau - EM LF Electro - Ohmic Quasi-Stat dans le ruban. Faites un clic droit et renommez-le « LF-R1 ». Étant donné que la stimulation TI fonctionne à de basses fréquences, utilisez le solveur « Ohmic Quasi-Stat » pour ne considérer que l’approximation quasi-statique.
   2. Cliquez sur le panneau de configuration sous l’explorateur de simulation , réglez la fréquence sur 1040 Hz.
   3. Faites glisser le modèle humain de l’arbre multiple vers LF-R1 - Matériaux, qui attribuera automatiquement des valeurs de conductivité spécifiques au tissu à 1040 Hz (Tableau 1).
   4. Dans Conditions aux limites, modifiez les paramètres de frontière par défaut en Flux en sélectionnant Type de limite et en choisissant Flux dans le menu déroulant. Ensuite, créez deux nouveaux « Paramètres de limite » en cliquant sur Nouveau réglage et attribuez des tensions d’entrée de +1 V et 0 V ( Figure 5).
      1. Attribuez les électrodes « RO1 » et « RB1 » à ces paramètres en les faisant glisser respectivement dans les « Boundary Settings » respectifs, en indiquant que « RO1 » émet +1 V tandis que « RB1 » sert de chemin de retour.
   5. Conservez les paramètres par défaut pour les « Capteurs » et ajustez la grille en réglant le pas maximum sur 1 mm et la résolution géométrique sur 1 mm, en fonction des ressources de calcul.
   6. Créez une nouvelle simulation « LF-L1 » en dupliquant « LF-R1 », réglez la fréquence sur 1000 Hz et attribuez les électrodes « LB1 » et « LO1 » aux « Paramètres limites » +1 V et 0 V.
      REMARQUE : Cette configuration reflète « LF-R1 » mais avec la configuration d’électrode opposée, générant l’effet d’interférence. Tous les autres paramètres restent inchangés. Cela complète la première configuration de simulation de paire d’électrodes.
   7. Dupliquez LF-R1 et LF-L1, renommez-les LF-R2 et LF-L2 et modifiez les paramètres de frontière pour attribuer les électrodes correspondantes. Retirez les électrodes précédentes de « Grid » et « Voxels » et ajoutez le nouveau jeu pour chaque paire. Répétez l’opération pour les 25 groupes.
   8. Une fois toutes les simulations configurées, sélectionnez toutes les simulations dans l’onglet Simulation , cliquez sur Mise à jour automatique de la grille dans le ruban (Cliquez sur le Gestionnaire de tâches dans le coin inférieur droit. Si la fenêtre indique que la grille a été construite, cela confirme que les étapes se déroulent normalement), puis sélectionnez Exécuter - Exécuter par lots pour exécuter toutes les simulations simultanément.
      REMARQUE : Les fréquences de 1040 Hz (LF-R1) et 1000 Hz (LF-L1) sont choisies pour produire une enveloppe basse fréquence de 40 Hz (1040 Hz - 1000 Hz) par interférence, qui est la fréquence de stimulation efficace dans la région cible de la moelle épinière pour la neuromodulation¹⁷.
4. Effectuer des analyses statistiques
   1. Cliquez sur l’onglet Analyse , sélectionnez LF-R1 - Champ global - Extracteur de capteurs, puis cliquez sur Champ global pour générer un champ global.
   2. Cliquez sur Champ global - EM E(x,y,z,f0) - Outils de données de terrain - Mise à l’échelle du champ pour convertir la distribution du champ électrique d’une tension d’entrée de 1V à un courant d’entrée de 1mA. Le facteur d’échelle est déterminé comme suit (figure 6) :
      1. Dans l’onglet Modèle , créez un volume cubique (bloc RO1) englobant l’électrode RO1 en sélectionnant Solides - Bloc dans le ruban et en définissant les dimensions pour englober entièrement l’électrode (par exemple, 12 mm × 12 mm × 7 mm).
      2. Faites glisser le bloc RO1 de l’arborescence multiple vers le panneau Analyse , générant ainsi deux modules « Bloc RO1 » identiques.
      3. Sélectionnez Champ global sous LF-R1 et le premier bloc RO1 dans l’explorateur de modèles , puis cliquez simultanément sur Surface et EM E(x,y,z,f0). Cliquez sur Évaluateur de flux - Visionneuse de liste pour afficher la valeur « Flux total ». Calculez le facteur d’échelle en divisant 0,001 par la valeur du flux total.
   3. Répétez le même processus pour « LF-L1 ».
   4. Sélectionnez plusieurs fois LF-R1 et LF-L1 sous Mise à l’échelle de champ dans l’explorateur d’analyse , puis cliquez sur Modulation maximale dans le ruban pour coupler les distributions de champ électrique des deux paires d’électrodes. Réglez « Poids A » et « Poids B » sur 2 pour refléter une sortie de 2 mA par paire d’électrodes (Figure 7).
   5. Extrayez l’intensité moyenne du champ électrique dans la région cible de la moelle épinière :
      1. Appliquez un « Filtre de masque » en sélectionnant Outils de données de terrain - Filtre de masque dans le ruban pour ne conserver que la région « Moelle épinière ».
      2. Cliquez sur LF-R1 dans l’explorateur d’analyse et cliquez sur Outils de données de terrain - Recadrer dans le ruban pour isoler la région cible de la moelle épinière (Figure 8).
      3. Cliquez sur Statistiques - Visionneuse de tableau dans le ruban pour afficher l’intensité moyenne du champ électrique pour la région recadrée (plage de valeurs normales : 0,1-2 V/m).
   6. Répétez le processus pour toutes les configurations de paires de 25 électrodes et acquérez l’intensité moyenne du champ électrique à la cible des 25 groupes.
   7. Comparez l’intensité moyenne du champ électrique pour chaque configuration et identifiez la configuration avec l’intensité la plus élevée comme la configuration optimale.

3. Positionnement des électrodes et configuration de l’appareil

1. Demandez au patient de s’asseoir confortablement sur une chaise avec dossier, en s’assurant que son torse est droit et que son dos est exposé en enlevant ou en ajustant ses vêtements.
2. Identifiez le niveau vertébral le plus proche du site de la LME en palpant les apophyses épineuses le long de la colonne vertébrale. Localisez l’apophyse épineuse C7 (proéminente à la base du cou) et comptez vers le bas jusqu’à la vertèbre cible (par exemple, C5 est deux vertèbres au-dessus de C7). Marquez la surface de la peau au-dessus de l’apophyse épineuse de la vertèbre cible à l’aide d’un marqueur lavable (58-7726, Crayola Inc.) pour désigner l’origine¹⁸.
3. Sur la base des paramètres de placement des électrodes précédemment optimisés (d₁, d₂), mesurez les quatre positions des électrodes à l’aide d’un ruban à mesurer flexible. À partir de l’origine, mesurez d₁ horizontalement (gauche et droite) et d₂ verticalement (haut et bas) pour localiser les positions dans les quatre quadrants : (d₁, d₂), (d₁, -d₂), (-d₁, d ₂), (-d₁, -d₂). Marquez chaque position avec un marqueur lavable.
4. Nettoyez la peau aux points d’électrode marqués avec des lingettes imbibées d’alcool pour éliminer les huiles et les débris. Inspectez la peau pour vous assurer qu’elle est intacte, sans coupures ni écorchures. Appliquez 1,5 mL de gel conducteur sur chaque site à l’aide d’une seringue ou d’un applicateur, en l’étalant uniformément sur une zone de 10 mm de diamètre.
5. Minimisez la tension sur les câbles d’électrodes en fixant la longueur de câble excédentaire avec du ruban adhésif. Suspendez les câbles pour qu’ils pendent naturellement en les attachant à la chaise ou à un support à proximité, réduisant ainsi le risque de détachement accidentel.
6. Fixez les électrodes aux positions marquées sur le dos du patient en appuyant fermement sur chaque électrode Ag/AgCl sur la peau recouverte de gel. Fixez chaque électrode avec du ruban adhésif, en couvrant les bords pour éviter tout mouvement.
   REMARQUE : Les électrodes de droite et de gauche forment chacune une paire d’électrodes. Désignez l’électrode supérieure droite comme l’anode et l’électrode inférieure comme la cathode. Désignez l’électrode supérieure gauche comme cathode et l’électrode inférieure comme anode, formant une configuration en miroir.
7. Une fois que les électrodes sont correctement positionnées et que toutes les connexions sont vérifiées, allumez le stimulateur TI en appuyant sur le bouton d’alimentation. Cliquez sur Paramètres globaux et configurez les paramètres de stimulation suivants : Mode de stimulation : tTIS, Type de stimulation : Stimulation standard, Durée totale de stimulation : 1200 s, Forme d’onde de stimulation : Onde sinusoïdale en sélectionnant les options correspondantes dans le menu.
8. Effectuez une mesure d’impédance pour les deux canaux de stimulation sélectionnés. Cliquez sur Démarrer le test d’impédance pour vous assurer que l’impédance se situe dans la plage acceptable (le stimulateur arrêtera automatiquement la sortie si l’impédance de charge dépasse 12 kΩ). La plage d’impédance optimale pour une stimulation efficace est de 6 à 8 kΩ.
9. Configurez la fréquence de stimulation et l’amplitude du courant de sortie pour chaque canal. Canal 1 : Fréquence réglée sur 1040 Hz, amplitude de courant réglée sur 2 mA. Canal 2 : Fréquence réglée sur 1000 Hz, amplitude de courant réglée sur 2 mA¹⁵.

4. La stimulation

1. S’assurer que le participant reste dans une position assise confortable tout au long de la procédure et qu’il reste pleinement conscient en tout temps.
2. Activez le stimulateur en appuyant sur l’interrupteur Start de l’interface de l’appareil pour lancer la stimulation.
3. Surveillez la rétroaction du patient pendant la stimulation en lui demandant de signaler toute sensation (p. ex., picotements, inconfort). Réduisez l’amplitude du courant par incréments de 0,5 mA ou interrompez immédiatement la stimulation en appuyant sur le bouton Stop si le patient signale une gêne importante ou une forte sensation de picotement.
   REMARQUE : Attendez-vous à une légère sensation de picotement ou de démangeaison, qui est une réponse physiologique normale à la stimulation électrique transcutanée, comme observé dans cette étude et dans des recherches antérieures sur des techniques similaires¹⁷. Cette sensation disparaît généralement en 2 à 3 minutes.

5. Étapes postopératoires

1. Une fois la séance de stimulation terminée, mesurez à nouveau l’état d’impédance en sélectionnant Démarrer le test d’impédance pour évaluer les changements après la stimulation. Enregistrez les valeurs à des fins de comparaison.
2. Vérifiez la stabilité physique du patient en vérifiant son équilibre et son confort lorsqu’il est assis. Retirez délicatement le ruban médical en le décollant lentement de la peau pour éviter toute irritation. Détachez soigneusement les électrodes en les soulevant d’un bord.
3. Rincez les électrodes à l’eau claire sous un robinet et faites-les sécher à l’air libre sur une serviette propre. Essuyez la peau du patient aux points d’électrode avec une serviette en papier humide pour éliminer le gel résiduel.
4. Administrer au patient un questionnaire normalisé portant des questions sur les changements sensoriels (p. ex., picotements, engourdissement), les améliorations motrices et les événements indésirables (p. ex., irritation cutanée, douleur). Enregistrer les réponses pour l’analyse¹⁹.

Lors de la réalisation de simulations TI sans erreur, l’intensité moyenne du champ électrique dans la région cible de la moelle épinière stimulée par le groupe de courant de paires d’électrodes peut être obtenue. Si l’on prend l’exemple du groupe 10 stimulant la zone cible C5 (Figure 9), la « moyenne pondérée en fonction du volume » affichée dans l’interface est de 0,50 V/m. De plus, en cliquant sur « Modulation maximale - Filtre de masque - Visionneuses - Visionneuse de surface », une vue 3D de la distribution du champ électrique sur la moelle épinière peut être préservée tout en réglant les autres tissus sur semi-transparent. Cela permet une observation intuitive de la distribution du champ électrique du groupe 10 autour de la zone cible C5 (Figure 10).

Après avoir terminé les simulations pour tous les groupes, l’intensité moyenne du champ électrique à chaque zone cible est analysée et comparée. Par exemple, dans les simulations menées sur le modèle, la stimulation TI a été appliquée à trois zones cibles : C5, T7 et L3 (Figure 11), comme l’ont rapporté Xie et al.20. Les résultats indiquent qu’un d2 plus petit entraîne une intensité de champ électrique moyenne plus faible dans la région cible. Les valeurs optimales (d1, d2) pour les trois zones cibles se sont avérées être (32 mm, 70 mm) pour C5, (10 mm, 40 mm) pour T7 et (10 mm, 70 mm) pour L3.

En pratique, lors de la première application de la stimulation TI, une légère démangeaison ou une légère sensation de picotement peut survenir. Il s’agit d’une réponse physiologique normale, indiquant que le courant traverse la peau, comme observé dans cette étude et soutenu par des études de techniques de stimulation électrique similaires19. La sensation diminue généralement en quelques minutes.

À l’heure actuelle, les applications cliniques de la stimulation par TI pour les lésions médullaires restent limitées et son efficacité thérapeutique nécessite une validation supplémentaire. Cependant, des études cliniques existantes ont démontré que deux semaines de stimulation continue par TI entraînent des améliorations significatives de la fonction neurologique, de la force motrice, de la perception sensorielle et de l’indépendance fonctionnelle chez les patients atteints de LME (tableau 2), comme l’ont rapporté Cheng et coll.17. Ces résultats soutiennent l’hypothèse selon laquelle la stimulation par TI est une approche thérapeutique efficace pour le traitement des LME.

Figure 1 : Placement de l’électrode pendant le traitement clinique sur la base d’une simulation de champ électrique.Deux paires d’électrodes ont été placées selon la configuration optimale déterminée par simulation de champ électrique et optimisation des paramètres. La cible de stimulation (par exemple, C5) a été identifiée, et le point sur la peau directement au-dessus de cette cible, perpendiculaire à la surface de la peau, a été défini comme l’origine. À l’aide des coordonnées optimisées (d1, d2) par rapport à l’origine, les positions de placement des deux paires d’électrodes ont été déterminées. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Le pipeline de simulation de champ électrique et d’optimisation des paramètres. Au total, 25 groupes candidats sont évalués, chaque groupe étant composé de deux paires d’électrodes : une paire positionnée sur le côté droit de la région cible (paire R2) et l’autre sur le côté gauche (paire L2). Les quatre électrodes de chaque groupe sont placées à une distance horizontale (d1) et verticale (d2) identique à l’origine, ce qui permet à chaque groupe d’être représenté par (d1, d2). En positionnant systématiquement les paires d’électrodes et en mettant en place les conditions de simulation, l’intensité moyenne du champ électrique dans la région cible est calculée pour tous les groupes. Les groupes sont ensuite comparés, et le meilleur groupe (d1, d2) est déterminé en fonction de l’intensité moyenne du champ électrique la plus élevée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Modèle humain utilisé pour la simulation. Le modèle humain Duke V3.0 Static a été sélectionné et importé via l’option « Modèle/Fantôme » de l’interface du ruban. Ce modèle a été téléchargé et incorporé pour être utilisé dans l’environnement de simulation. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Placement des électrodes dans la simulation et optimisation des paramètres. Deux paires d’électrodes ont été placées dans chaque simulation. Toutes les configurations d’électrodes utilisées lors de l’optimisation des paramètres sont également illustrées. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Paramètres des limites pour la simulation LF-R1. Les conditions limites pour la simulation LF-R1 ont été configurées en sélectionnant d’abord « Paramètres limites » dans le logiciel. Dans le panneau « Contrôleur », le « Type de limite » a été défini sur « Flux ». Deux entrées « Paramètres de limite - Dirichlet » ont ensuite été créées en cliquant avec le bouton droit de la souris sur « Conditions aux limites » dans l’explorateur et en sélectionnant « Nouveaux paramètres ». Dans le « Multi-arbre », l’anode et la cathode d’une paire d’électrodes ont été attribuées aux paramètres limites respectifs de Dirichlet. Le « potentiel constant » a été réglé à 1 V pour l’anode et à 0 V pour la cathode dans le panneau du contrôleur. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6 : Conversion de la distribution du champ électrique d’une entrée de 1 V à une entrée de 1 mA. Pour convertir la distribution du champ électrique obtenue à l’aide d’une entrée 1 V en celle correspondant à une entrée de 1 mA, un volume cubique (Bloc RO1) a été créé autour de l’électrode RO1 dans l’onglet Modèle en sélectionnant « Solides - Bloc » dans le ruban et en ajustant les dimensions (par exemple, 12 mm × 12 mm × 7 mm) pour englober complètement l’électrode. L’objet « Block RO1 » a ensuite été glissé de l'"Multi-tree » vers le panneau « Analysis », générant ainsi deux modules identiques. Dans l’explorateur « Modèle », la sélection du « Champ global » sous « LF-R1 » et de la première instance du « Bloc RO1 » a été sélectionnée, suivie de l’activation des options « Surface » et « EM E(x,y,z,f0) ». L’option « Évaluateur de flux - Visionneuse de liste » a été utilisée pour afficher la valeur « Flux total ». Le facteur d’échelle a été déterminé en divisant 0,001 par la valeur du flux total. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 7 : Modulation du champ électrique et calcul de l’amplitude de l’enveloppe. Les champs électriques générés par les deux paires d’électrodes d’un groupe ont été modulés et leurs amplitudes d’enveloppe ont été calculées. Les entrées « LF-R1 » et « LF-L1 » sous « Mise à l’échelle du champ » dans l’explorateur « Analyse » ont été sélectionnées ensemble, et la fonction « Modulation maximale » du ruban a été utilisée pour coupler les distributions de champ électrique des deux paires d’électrodes. Les paramètres « Poids A » et « Poids B » ont tous deux été réglés sur 2, ce qui correspond à une sortie de 2 mA par paire d’électrodes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 8 : Isolement de la région cible de la moelle épinière et calcul de l’intensité moyenne du champ électrique. La région cible de la moelle épinière a été coupée et extraite pour évaluer l’intensité du champ électrique. Dans l’explorateur « Analyse », le champ « LF-R1 » a été sélectionné et la fonction « Outils de données de terrain - Recadrage » du ruban a été utilisée pour isoler la zone souhaitée. L’intensité moyenne du champ électrique dans cette région a ensuite été calculée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 9 : Intensité moyenne du champ électrique à la cible de la moelle épinière dans la simulation TI (groupe 10). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 10 : Vue 3D de la distribution du champ électrique de la moelle épinière dans la simulation TI (groupe 10). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 11 : Intensité moyenne du champ électrique sur la cible de la moelle épinière simulée à l’aide de 25 groupes. Les valeurs optimales (d1, d2) pour les trois zones cibles se sont avérées être (32 mm, 70 mm) pour C5, (10 mm, 40 mm) pour T7 et (10 mm, 70 mm) pour L3. Cette figure est modifiée de Xie et al.20. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Tableau 1 : Les conductivités électriques des tissus relatifs à 1 kHz. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 2 : Caractéristiques démographiques et cliniques des participants stimulés par l’IT. Modifié d’après Cheng et al.17. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tous les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts lié à cet article.