גירוי חשמלי של הפרעות זמניות לא פולשניות לשיקום חוט השדרה

פגיעה בחוט השדרה (SCI) היא הפרעה מתישה במערכת העצבים המרכזית שעלולה לגרום לאובדן קבוע של תפקודים מוטוריים, חושיים ואוטונומיים מתחת לרמת הפגיעה ^1,2. כתוצאה מכך, הטיפול והשיקום של חולי SCI הפכו למוקד הן של המחקר המדעי והן של הפרקטיקה הקלינית. לגישות טיפול מסורתיות, כולל טיפולים תרופתיים ופיזיותרפיים, יש מגבלות מסוימות בקידום התאוששות תפקודית 3,4,5,6. בין הטיפולים הפיזיותרפיים, גירוי חשמלי של חוט השדרה התגלה כאסטרטגיה יעילה לשיקום SCI, שניתן לסווג לשיטות פולשניות ולא פולשניות ^7,8. גירוי חשמלי פולשני של חוט השדרה, כגון גירוי חוט שדרה אפידורלי (eSCI), מספק גירוי חשמלי ישיר באמצעות אלקטרודות מושתלות אך טומן בחובו סיכונים לזיהום והיווצרות רקמת צלקת ^9,10. לעומת זאת, טכניקות לא פולשניות, כגון גירוי עצבי חשמלי דרך העור (TENS), מוגבלות ביכולתן להגיע ביעילות למבני עמוד שדרה עמוקים, ובכך פוגעות ביעילות הטיפולית^11,12.

גירוי הפרעות טמפורליות (TI) הוא טכנולוגיית נוירומודולציה מתפתחת המאפשרת גירוי לא פולשני של רקמות עמוקות באמצעות אופן ספציפי של העברת זרם חשמלי^13,14. טכניקה זו כוללת הנחת שני זוגות אלקטרודות על פני העור כדי להעביר זרמים חשמליים בתדרי קילו-הרץ שונים במקצת. בהתבסס על עקרון ההפרעות, מערך זה מייצר מעטפת ייחודית בתדר נמוך (הנעה בין כמה הרץ לכמה עשרות הרץ) בתוך רקמות עמוקות, ובכך מאפשרת נוירומודולציה ממוקדת. מנגנון עבודה מובהק זה מאפשר לגירוי TI להתגבר על מגבלות העומק של טכניקות נוירומודולציה קונבנציונליות, ומספק התערבות יעילה למבנים עצביים עמוקים ללא הליכים פולשניים. בניגוד ל-TENS, TI משיג חדירה עמוקה יותר עם ספציפיות מרחבית גבוהה, ובניגוד ל-eSCI, הוא נמנע מסיכונים כירורגיים, ומציע אלטרנטיבה בטוחה ונגישה יותר לנוירומודולציה של SCI. גירוי TI נחקר לטיפול במחלות שונות, כגון הפרעות תנועה ודיכאון. ב-SCI לא שלם, מכיוון שחלק מהמסלולים העצביים נשארים שלמים, סביר מאוד להניח שגירוי TI יגביר את הפעילות של המעגלים העצביים הנותרים, ובכך יקדם נוירופלסטיות והתאוששות תפקודית^15,16. לפיכך, גירוי TI טומן בחובו הבטחה משמעותית כאסטרטגיה נוירומודולציה לטיפול ב-SCI¹⁷.

עם זאת, מערכות חומרה לגירוי TI הנוכחיות מיועדות בעיקר ליישומים טרנס-גולגולתיים, ויש מחסור במערכות TI שפותחו במיוחד לגירוי חוט השדרה. בשל הבדלים אנטומיים ואלקטרופיזיולוגיים בין הראש לפלג הגוף העליון, מכשירי גירוי TI קיימים המיועדים לראש אינם ישימים במלואם לגירוי עמוד השדרה, מה שמוביל לאתגרים באופטימיזציה של פרמטרי פלט ומיקום אלקטרודות. בעת ביצוע גירוי TI על הראש, מערכת קואורדינטות קבועה של שדה עופרת (כגון מערכת 10-10) משמשת לעתים קרובות כדי להקל על מיקום האלקטרודות על הראש. עם זאת, מערכת זו אינה ישימה על פלג גוף עליון. יתר על כן, מכיוון שגירוי TI יוצר מעטפות בתדר נמוך עמוק בתוך רקמות ביולוגיות, קשה לחזות את התפלגות השדה החשמלי המתקבלת על סמך מיקום ידני של אלקטרודות בלבד. במקום זאת, סימולציות חישוביות נדרשות בדרך כלל כדי לדמיין ולייעל את התפלגות השדה החשמלי הפנימי. עם זאת, נכון לעכשיו, אין זרימת עבודה מבוססת לסימולציה של שדה חשמלי ואופטימיזציה של פרמטרים לגירוי TI בעמוד השדרה, מה שמציב אתגרים משמעותיים ליישום הקליני שלו. פרמטרים כגון מיקום אלקטרודות, תדרי גירוי ומשרעת זרם משפיעים ישירות על התפלגות השדה החשמלי ועל משרעת מעטפת התדר הנמוך, מווסתים את הפעילות העצבית ומקדמים נוירופלסטיות^13,17.

מטרת מחקר זה היא לפתח זרימת עבודה נוחה ויעילה לסימולציה של שדה חשמלי ואופטימיזציה של פרמטרים, יחד עם מערכת חומרה של TI המותאמת לטיפול בפגיעות חוט השדרה. באמצעות סימולציה של שדה חשמלי ואופטימיזציה של פרמטרים, אנו שואפים לקבוע תצורות מיקום אלקטרודות הממקסמות את משרעת שדה המעטפת של TI באזורי יעד ספציפיים של SCI, ובכך לשפר את היעילות הטיפולית. בנוסף, כדי להקל על היישום המעשי של תצורות אלקטרודות אופטימליות, עיצבנו שיטת מיקום חדשה של קואורדינטות אלקטרודות לגירוי TI של חוט השדרה המבוססת על מערכת החומרה המקורית של TI לראש. מערכת זו נועדה לפשט את מיקום האלקטרודות ולשפר את ההיתכנות התפעולית במסגרות קליניות.

מחקר זה כלל נבדקים אנושיים ונערך בהתאם להצהרת הלסינקי. אישור אתי התקבל ממועצת הביקורת המוסדית של אוניברסיטת ג'ג'יאנג. הסכמה מדעת בכתב התקבלה מכל המשתתפים לפני הכללתם, מה שמבטיח שהם קיבלו מידע מלא על מטרת המחקר, הנהלים, הסיכונים הפוטנציאליים וזכותם לפרוש בכל עת ללא קנס. הריאגנטים והציוד המשמשים במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.

התוויות נגד ושיקולים מיוחדים
חולי SCI מוערכים לזכאות באמצעות שאלון היסטוריה רפואית ובדיקה גופנית כדי לזהות מצבים המשפיעים על ההשתתפות:
קריטריונים להכללה: (1) גיל בין 18 ל-80 שנים (זכר או נקבה); (2) SCI לא שלם מדורג כ-ASIA B, C או D, עם התחלה של 1-6 חודשים; (3) אין שינויים בהערכת ASIA בשבוע האחרון; (4) משטר תרופות יציב לאורך כל תקופת המחקר; (5) נכונות לעמוד בכל דרישות הלימוד, כולל השתתפות בכל מפגשי ההכשרה וההערכות השיקום הנדרשות.
קריטריוני אי הכללה¹⁷: (1) מגבלות תפקוד מוטורי עקב הפרעות נוירולוגיות (למשל, שבץ מוחי, טרשת נפוצה, פגיעה מוחית טראומטית); (2) נוכחות של מצבים רפואיים לא יציבים או חמורים (למשל, יתר לחץ דם בלתי נשלט, אי ספיקת לב); (3) היסטוריה של אפילפסיה; (4) התוויות נגד לגירוי חשמלי (למשל, מכשירים אלקטרוניים מושתלים, קוצבי לב, שתלים מתכתיים).

1. חומרים

1. ודא את שלמות החומרים הנדרשים (ראה טבלת חומרים).
2. להעריך חולי SCI באמצעות הדמיית תהודה מגנטית (MRI) או סריקות טומוגרפיה ממוחשבת (CT).
3. תוכנת סימולציה אלקטרומגנטית פתוחה לביצוע סימולציות שדה חשמלי (כל השלבים מיושמים בתוך התוכנה, ומבטלים את הצורך לעבור לתוכנה אחרת או להשתמש בסקריפטים נוספים). לפני ביצוע סימולציות שדה חשמלי, ודא שתוכנת הסימולציה האלקטרומגנטית מכילה מודלים אנושיים (זכר או נקבה).
   1. אם מודלים אלה אינם זמינים, בחר מודל/פנטום - בני אדם ברצועת הכלים ולאחר מכן הורד את המודל האנושי. לאחר השלמת ההורדה, ייבא את המודל לפרויקט הנוכחי לסימולציות הבאות.
4. לחץ על לחצן ההפעלה כדי להפעיל את ממריץ TI לפני כל סשן גירוי, ולאחר מכן חבר את מתאם האלקטרודה באמצעות כבלי החיבור הייעודיים (איור 1). בדוק את מצב הסוללה במסך המכשיר. טען את המכשיר מיד אם רמת הסוללה נמוכה מ-20%, באמצעות מתאם החשמל הייעודי המחובר לשקע חשמל רגיל.
   הערה: מתאמים לא תואמים עלולים לגרום נזק לסוללה או לגרום לאי סדרים בפלט של ממריץ TI.
5. בדוק כל אלקטרודה Ag/AgCl חזותית לאיתור סדקים, שינוי צבע או שאריות. נקו את האלקטרודות עם אלכוהול איזופרופיל ומטלית רכה להסרת מזהמים. לאחר מכן מרחו שכבה דקה ואפילו 1 מ"מ של ג'ל מוליך על משטח האלקטרודה כדי להפחית את עכבת המגע ולמנוע גירוי בעור במהלך הגירוי.
   1. בנוסף, הקפד לקבל מידע מדויק לגבי מידות האלקטרודות, כולל קוטר ועובי, שכן פרמטרים אלה ממלאים תפקיד קריטי בסימולציות שדה חשמלי עוקבות.
6. חבר את שני זוגות כבלי האלקטרודה למתאם האלקטרודה על ידי התאמת מחברי הכבלים ליציאות המסומנות בתווית.

2. סימולציה של שדה חשמלי ואופטימיזציה של פרמטרים

הערה: זרימת העבודה הכוללת של סימולציית השדה החשמלי מורכבת משלושה שלבים עיקריים: בניית המודל הגיאומטרי (כולל המודל האנושי והאלקטרודות), הגדרת תנאי סימולציה (תכונות חומר, תנאי גבול ויצירת רשת), ולבסוף ביצוע חישובים כדי להמחיש את התפלגות השדה החשמלי באזור היעד של חוט השדרה (איור 2). אופטימיזציה של פרמטרים כוללת הדמיית שדות חשמליים עבור תצורות שונות של זוגות אלקטרודות מועמדים, חישוב עוצמת השדה החשמלי הממוצעת באזור היעד וזיהוי התצורה הממקסמת את העוצמה הזו. השלבים הספציפיים הם כדלקמן:

1. הפעל את תוכנת הסימולציה האלקטרומגנטית במחשב עם לפחות 16 ג'יגה-בייט זיכרון RAM ומעבד רב ליבות. צור פרוייקט חדש על-ידי בחירת קובץ - פרוייקט חדש ברצועת הכלים.
2. בניית מודל גיאומטרי
   1. לחץ על הכרטיסייה מודל ברצועת הכלים וייבא מודל אנושי על ידי בחירת מודל/פנטום - בני אדם ובחירת מודל סטטי זכר או נקבה (איור 3).
   2. זהה את מיקום החוליות הקרוב ביותר לאתר SCI באמצעות ציוני דרך אנטומיים (למשל, C5 נמצא כ-2-3 ס"מ מתחת לתהליך הקוצני C7, ניתן לחוש כבליטה גרמית בולטת בבסיס הצוואר). הגדר את הקואורדינטות של משטח העור ישירות מעל האזור המרכזי של החוליה שנבחרה כמקור (סקיצה - נקודה). הגדירו את הצירים האופקיים והאנכיים כצירי x ו-y, בהתאמה (איור 4).
      הערה: בהדגמה של הפרוטוקול, אנו בוחרים את אזור חוט השדרה העטוף על ידי חוליית C5 כיעד הגירוי. זו לא בחירה קבועה, אבל היא נעשתה לנוחיות ההדגמה. כאשר מיישמים את הפרוטוקול בפועל, ניתן לבחור באופן שרירותי כל אזור יעד מוגדר של חוט השדרה.
   3. עבור כל תצורה של זוג אלקטרודות, מקמו את ארבע האלקטרודות באופן סימטרי סביב המקור (איור 4), עם זוג אחד בכל צד של עמוד השדרה. הגדר מיקומים לפי המרחק האופקי (d₁) והמרחק האנכי (d₂) מהמקור, כך שהקואורדינטות של ארבע האלקטרודות בכל תצורה הן (d₁, d₂), (d₁, -d₂), (-d₁, d₂) ו- (-d₁, -d₂).
      הערה: בהדגמה זו, מוערכות 25 תצורות של זוגות אלקטרודות, כאשר אלקטרודות סמוכות בכל רבע מרוחקות 1 מ"מ זו מזו אופקית ו-5 מ"מ זו מזו אנכית, מה שמאפשר להפיץ את האלקטרודות המועמדות בטווח מתאים ביחס לאזור היעד. הליך מיקום האלקטרודות הספציפי הוא כדלקמן. שימוש ברביע הראשון כדוגמה:
      1. צור אלקטרודה גלילית על ידי לחיצה על מוצקים - צילינדר בסרט עם מידות המתאימות לאלקטרודות בפועל המשמשות בטיפול הקליני. ניתן להגדיל מעט את העובי כדי להסביר הצטלבויות קלות עם פני העור במודל הסימולציה.
         הערה: בהדגמה זו, קוטר האלקטרודה הוגדר ל-10 מ"מ, והעובי ל-5 מ"מ.
      2. לחץ על הזז בסרט כדי למקם את הגליל על משטח העור האחורי עם הטבעה קלה. כוונן את מרכזו ל (10 מ"מ, 10 מ"מ), המייצג מרחק אופקי ואנכי של 10 מ"מ מהמקור.
      3. שכפל את הצילינדר בסייר הדגמים והסט אותו ימינה ב-11 מ"מ כדי למקם את האלקטרודה השנייה ב-(21 מ"מ, 10 מ"מ). חזור על תהליך זה כדי ליצור אלקטרודות נוספות ב (32 מ"מ, 10 מ"מ), (43 מ"מ, 10 מ"מ) ו- (54 מ"מ, 10 מ"מ).
      4. העתק את האלקטרודה הראשונה והעבר אותה כלפי מעלה ב-15 מ"מ כדי למקם את האלקטרודה השנייה ב-(10 מ"מ, 25 מ"מ). חזור על תהליך זה כדי ליצור אלקטרודות ב (10 מ"מ, 40 מ"מ), (10 מ"מ, 55 מ"מ) ו- (10 מ"מ, 70 מ"מ).
      5. חזור על תהליך זה, צור 25 אלקטרודות (5 שורות × 5 עמודות) ברבע הראשון.
         הערה: כל תצורת גירוי TI משתמשת בארבע אלקטרודות (שני זוגות) כדי לספק שני זרמים בתדר קילו-הרץ המפריעים ליצירת מעטפת בתדר נמוך בחוט השדרה. כדי לייעל את המיקום, 25 תצורות, כל אחת עם ארבע אלקטרודות, נבדקות באמצעות רשת מיקומים של 5 x 5 לכל רבע, בסך הכל 100 אלקטרודות בכל הסימולציות. גודל האלקטרודות והמרחק בין האלקטרודות בקבוצות שונות מוגדרים בהתאם לתנאים בפועל, והדגמה זו מספקת רק דוגמה.
   4. עבור הליך המיקום של הרביע השני, השלישי והרביעי, בצע את אותו תהליך. בסיום, כל 25 תצורות זוגות האלקטרודות (סה"כ 100 אלקטרודות) מסודרות כפי שמוצג באיור 4.
   5. שנה את שמות האלקטרודות באופן שיטתי על ידי לחיצה ימנית על האלקטרודה המתאימה בסייר המודל (למשל, "ROn" לרבע הראשון, "LOn" לרבע השני, "LBn" לשלישי, "RBn" לרביעי, כאשר n הוא מספר הקבוצה מ-1 עד 25).
   6. בדקו את מיקום האלקטרודות באופן חזותי בתצוגת הדגם התלת-ממדי. התאימו מיקומים באמצעות ה-Move כדי להבטיח שכל אלקטרודה תוטמע מעט (0.5 מ"מ) במשטח העור ללא רווחים.
3. הגדרת תנאי הדמיה
   1. לחץ על הכרטיסייה סימולציה וצור סימולציה חדשה על ידי לחיצה על חדש - EM LF Electro - Ohmic Quasi-Stat ברצועת הכלים. לחץ לחיצה ימנית ושנה את שמו ל-LF-R1. מכיוון שגירוי TI פועל בתדרים נמוכים, השתמש בפותר "Ohmic Quasi-Stat" כדי לשקול רק את הקירוב המעין-סטטי.
   2. לחץ על לוח ההתקנה תחת סייר הסימולציה , הגדר את התדר ל-1040 הרץ.
   3. גרור את המודל האנושי מה-Multi-Tree לתוך LF-R1 - חומרים, אשר יקצה אוטומטית ערכי מוליכות ספציפיים לרקמה ב-1040 הרץ (טבלה 1).
   4. ב-Boundary Conditions, שנה את הגדרות ברירת המחדל של Boundary ל-Flux על-ידי בחירה ב-Boundary Type ובחירה ב-Flux מהתפריט הנפתח. לאחר מכן, צרו שתי "הגדרות גבול" חדשות על ידי לחיצה על הגדרה חדשה והקצאת מתחי כניסה של V 1+ ו- V 0 ( איור 5).
      1. הקצה את האלקטרודות "RO1" ו-"RB1" להגדרות אלה על ידי גרירתן ל"הגדרות הגבול "המתאימות, בהתאמה, מה שמציין ש-"RO1" מוציא +1 V ואילו "RB1" משמש כנתיב ההחזרה.
   5. שמור על הגדרות ברירת המחדל עבור "חיישנים" והתאם את הרשת על ידי הגדרת צעד מקסימלי ל-1 מ"מ ורזולוציית גיאומטריה ל-1 מ"מ, בהתבסס על משאבי חישוב.
   6. צור סימולציה חדשה "LF-L1" על ידי שכפול "LF-R1", הגדר את התדר ל-1000 הרץ, והקצה את האלקטרודות "LB1" ו-"LO1" ל-+1 V ו-0 V "הגדרות גבול".
      הערה: הגדרה זו משקפת את "LF-R1" אך עם תצורת האלקטרודה ההפוכה, ויוצרת את אפקט ההפרעה. כל שאר ההגדרות נשארות ללא שינוי. זה משלים את הגדרת הסימולציה הראשונה של זוג אלקטרודות .
   7. שכפל את LF-R1 ו-LF-L1, שנה את שמם ל-LF-R2 ו-LF-L2, ושנה את הגדרות הגבול כדי להקצות את האלקטרודות המתאימות. הסר אלקטרודות קודמות מ- "Grid" ו- "Voxels" והוסף את הסט החדש עבור כל זוג. חזור על הפעולה עבור כל 25 הקבוצות.
   8. לאחר הגדרת כל הסימולציות, בחר את כל הסימולציות בכרטיסייה סימולציה , לחץ על עדכון רשת אוטומטית ברצועת הכלים (לחץ על מנהל המשימות בפינה השמאלית התחתונה. אם החלון מציין שהרשת נבנתה, פעולה זו מאשרת שהשלבים מתקדמים כרגיל) ולאחר מכן בחר הפעל - הפעלת אצווה כדי להפעיל את כל הסימולציות בו-זמנית.
      הערה: התדרים של 1040 הרץ (LF-R1) ו-1000 הרץ (LF-L1) נבחרים לייצר מעטפת בתדר נמוך של 40 הרץ (1040 הרץ - 1000 הרץ) באמצעות הפרעות, שהוא תדר הגירוי היעיל באזור חוט השדרה היעד עבור נוירומודולציה¹⁷.
4. לבצע ניתוח סטטיסטי
   1. לחץ על הכרטיסייה ניתוח , בחר LF-R1 - שדה כולל - מחלץ חיישנים, ולחץ על שדה כולל כדי ליצור שדה כולל.
   2. לחץ על שדה כולל - EM E(x,y,z,f0) - כלי נתוני שדה - קנה מידה של שדה כדי להמיר את התפלגות השדה החשמלי ממתח כניסה של 1V לזרם כניסה של 1mA. גורם קנה המידה נקבע באופן הבא (איור 6):
      1. בכרטיסייה דגם , צור נפח מעוקב (בלוק RO1) התוחם את האלקטרודה RO1 על ידי בחירת מוצקים - בלוק בסרט והגדרת מידות כך שיקיפו את האלקטרודה במלואה (למשל, 12 מ"מ × 12 מ"מ × 7 מ"מ).
      2. גרור את בלוק RO1 מהעץ המרובה לתוך לוח הניתוח, וצור שני מודולי "בלוק RO1" זהים.
      3. בחר שדה כולל תחת LF-R1 ובלוק RO1 הראשון בסייר הדגמים, ולאחר מכן לחץ על Surface ו-EM E(x,y,z,f0) בו-זמנית. לחץ על Flux Evaluator - List Viewer כדי להציג את הערך "Total Flux". חשב את גורם קנה המידה על-ידי חלוקת 0.001 בערך השטף הכולל.
   3. חזור על אותו תהליך עבור "LF-L1".
   4. בחר מספר פעמים LF-R1 ו-LF-L1 תחת קנה מידה של שדה בסייר הניתוח, ולאחר מכן לחץ על אפנון מקסימלי בסרט כדי לחבר את התפלגות השדה החשמלי משני זוגות האלקטרודות. הגדר את "משקל A" ו- "משקל B" ל- 2 כדי לשקף יציאה של 2 mA לכל זוג אלקטרודות (איור 7).
   5. חלץ את עוצמת השדה החשמלי הממוצעת באזור המטרה של חוט השדרה:
      1. החל "מסנן מסכה" על-ידי בחירה בכלי נתוני שדה - מסנן מסכה ברצועת הכלים כדי לשמור רק על אזור "חוט השדרה".
      2. לחצו על LF-R1 בסייר הניתוח ולחצו על כלי נתוני שדה - חיתוך ברצועת הכלים כדי לבודד את אזור חוט השדרה היעד (איור 8).
      3. לחץ על סטטיסטיקה - מציג הטבלה ברצועת הכלים כדי להציג את עוצמת השדה החשמלי הממוצעת עבור האזור שנחתך (טווח ערכים נורמלי: 0.1-2 V/m).
   6. חזור על התהליך עבור כל 25 תצורות זוגות האלקטרודות ורכוש את עוצמת השדה החשמלי הממוצעת ביעד של כל 25 הקבוצות.
   7. השווה את עוצמת השדה החשמלי הממוצעת עבור כל תצורה וזהה את התצורה בעוצמה הגבוהה ביותר כהגדרה האופטימלית.

3. מיקום אלקטרודה והגדרת המכשיר

1. בקש ממטופל SCI לשבת בנוחות על כיסא עם משענת גב, וודא שפלג גופו העליון זקוף וגבו חשוף על ידי הסרה או התאמת בגדים.
2. זהה את רמת החוליות הקרובה ביותר לאתר SCI על ידי מישוש התהליכים הקוצניים לאורך עמוד השדרה. אתר את התהליך הקוצני C7 (בולט בבסיס הצוואר) וספור כלפי מטה לחוליית המטרה (למשל, C5 הוא שתי חוליות מעל C7). סמן את פני העור מעל התהליך הקוצני של חוליית המטרה עם טוש רחיץ (58-7726, Crayola Inc.) כדי לציין את המקור¹⁸.
3. בהתבסס על פרמטרי מיקום האלקטרודות המותאמים בעבר (d₁, d₂), מדוד את ארבעת מיקומי האלקטרודות באמצעות סרט מדידה גמיש. מהמקור, מדוד d₁ אופקית (שמאל וימין) ו-d₂ אנכית (למעלה ולמטה) כדי לאתר מיקומים בארבעת הרבעים: (d₁, d₂), (d₁, -d₂), (-d₁, d₂), (-d₁, -d₂). סמן כל עמדה בטוש רחיץ.
4. נקו את העור באתרי האלקטרודות המסומנים עם מגבוני אלכוהול כדי להסיר שמנים ופסולת. בדוק את העור כדי לוודא שהוא שלם, ללא חתכים או שפשופים. מרחו 1.5 מ"ל של ג'ל מוליך על כל אתר באמצעות מזרק או מוליך, ופזרו אותו באופן שווה על שטח בקוטר 10 מ"מ.
5. צמצם את המתח על כבלי האלקטרודה על ידי אבטחת אורך כבל עודף באמצעות סרט. תלו כבלים לתלייה טבעית על ידי חיבורם לכיסא או למעמד סמוך, כדי להפחית את הסיכון לניתוק בשוגג.
6. חבר את האלקטרודות למיקומים המסומנים בגב המטופל על ידי לחיצה על כל אלקטרודה Ag/AgCl בחוזקה על העור המכוסה בג'ל. אבטח כל אלקטרודה עם סרט דבק, מכסה את הקצוות כדי למנוע תנועה.
   הערה: האלקטרודות בצד ימין ובצד שמאל יוצרות כל אחת זוג אלקטרודות. ייעד את האלקטרודה העליונה בצד ימין כאנודה ואת האלקטרודה התחתונה כקתודה. ייעד את האלקטרודה העליונה בצד שמאל כקתודה ואת האלקטרודה התחתונה כאנודה, ויוצר תצורת תמונת מראה.
7. לאחר שהאלקטרודות ממוקמות כראוי וכל החיבורים מאומתים, הפעל את ממריץ TI על ידי לחיצה על כפתור ההפעלה. לחץ על הגדרות פרמטר גלובלי והגדר את פרמטרי הגירוי הבאים: מצב גירוי: tTIS, סוג גירוי: גירוי סטנדרטי, משך גירוי כולל: 1200 שניות, צורת גל גירוי: גל סינוס על ידי בחירת האפשרויות המתאימות בתפריט.
8. בצע מדידת עכבה עבור שני ערוצי הגירוי שנבחרו. לחץ על התחל בדיקת עכבה כדי להבטיח שהעכבה נופלת בטווח המקובל (הממריץ יפסיק אוטומטית את הפלט אם עכבת העומס עולה על 12 kΩ). טווח העכבה האופטימלי לגירוי יעיל הוא 6-8 kΩ.
9. הגדר את תדר הגירוי ומשרעת זרם הפלט עבור כל ערוץ. ערוץ 1: תדר מוגדר ל-1040 הרץ, משרעת זרם מוגדרת ל-2 mA. ערוץ 2: תדר מוגדר ל-1000 הרץ, משרעת זרם מוגדרת ל-2 mA¹⁵.

4. גירוי

1. ודא שהמשתתף נשאר בתנוחת ישיבה נוחה לאורך כל ההליך ונשאר בהכרה מלאה בכל עת.
2. הפעל את הממריץ על ידי לחיצה על מתג התחל בממשק המכשיר כדי ליזום גירוי.
3. עקוב אחר המשוב של המטופל במהלך הגירוי על ידי בקשה ממנו לדווח על כל תחושות (למשל, עקצוץ, אי נוחות). צמצם את משרעת הזרם במרווחים של 0.5 mA או השהה את הגירוי מיד על ידי לחיצה על כפתור העצירה אם המטופל מדווח על אי נוחות משמעותית או תחושת צריבה חזקה.
   הערה: צפו לתחושת עקצוץ או גירוד קלה, שהיא תגובה פיזיולוגית נורמלית לגירוי חשמלי דרך העור, כפי שנצפה במחקר זה ובמחקר קודם על טכניקות דומות¹⁷. תחושה זו בדרך כלל שוככת תוך 2-3 דקות.

5. שלבים לאחר ההליך

1. לאחר השלמת סשן הגירוי, מדוד שוב את מצב העכבה על ידי בחירה באפשרות התחל בדיקת עכבה כדי להעריך את השינויים לאחר הגירוי. רשום את הערכים להשוואה.
2. ודא את היציבות הפיזית של המטופל על ידי בדיקת שיווי המשקל והנוחות שלו בזמן הישיבה. הסר את הסרט הרפואי בעדינות על ידי קילוף איטי מהעור כדי למנוע גירוי. נתק את האלקטרודות בזהירות על ידי הרמתן מקצה אחד.
3. שטפו את האלקטרודות במים נקיים מתחת לברז וייבשו אותן באוויר על מגבת נקייה. נגב את עור המטופל באתרי האלקטרודות עם מודעהamp מגבת נייר כדי להסיר שאריות ג'ל.
4. נהל שאלון סטנדרטי למטופל, שאל על שינויים חושיים (למשל, עקצוץ, חוסר תחושה), שיפורים מוטוריים ותופעות לוואי (למשל, גירוי בעור, כאב). רשום תגובות לניתוח¹⁹.

בעת ביצוע סימולציות TI ללא שגיאות, ניתן לקבל את עוצמת השדה החשמלי הממוצעת באזור חוט השדרה המטרה המגורה על ידי הקבוצה הנוכחית של זוגות האלקטרודות. אם ניקח את קבוצה 10 המגרה את אזור היעד C5 כדוגמה (איור 9), "הממוצע המשוקלל של הנפח" המוצג בממשק הוא 0.50 V/m. בנוסף, על ידי לחיצה על "אפנון מקסימלי - מסנן מסכה - צופים - מציג משטח", ניתן לשמר תצוגה תלת מימדית של התפלגות השדה החשמלי על חוט השדרה תוך הגדרת רקמות אחרות לשקופות למחצה. זה מאפשר תצפית אינטואיטיבית על התפלגות השדה החשמלי של קבוצה 10 סביב אזור המטרה C5 (איור 10).

לאחר השלמת סימולציות עבור כל הקבוצות, עוצמת השדה החשמלי הממוצעת בכל אזור מטרה מנותחת ומושווה. לדוגמה, בסימולציות שנערכו על המודל, גירוי TI יושם על שלושה אזורי מטרה: C5, T7 ו-L3 (איור 11), כפי שדווח על ידי Xie et al.20. התוצאות מצביעות על כך ש-d2 קטן יותר מביא לעוצמת שדה חשמלי ממוצעת נמוכה יותר באזור המטרה. הערכים האופטימליים (d1, d2) עבור שלושת אזורי המטרה נמצאו (32 מ"מ, 70 מ"מ) עבור C5, (10 מ"מ, 40 מ"מ) עבור T7 ו-(10 מ"מ, 70 מ"מ) עבור L3.

בפועל, כאשר גירוי TI מופעל לראשונה, עלולה להופיע תחושת גירוד קלה או עקצוץ קל. זוהי תגובה פיזיולוגית נורמלית, המצביעה על כך שזרם עובר דרך העור, כפי שנצפה במחקר זה ונתמך על ידי מחקרים על טכניקות גירוי חשמלי דומות19. התחושה בדרך כלל פוחתת תוך מספר דקות.

נכון לעכשיו, היישומים הקליניים של גירוי TI עבור SCI נותרו מוגבלים, והיעילות הטיפולית שלו דורשת אימות נוסף. עם זאת, מחקרים קליניים קיימים הראו כי שבועיים של גירוי TI מתמשך מובילים לשיפורים משמעותיים בתפקוד הנוירולוגי, כוח מוטורי, תפיסה חושית ועצמאות תפקודית בחולי SCI (טבלה 2), כפי שדווח על ידי Cheng et al.17. ממצאים אלה תומכים בהשערה שגירוי TI הוא גישה טיפולית יעילה לטיפול ב-SCI.

איור 1: מיקום אלקטרודות במהלך טיפול קליני המבוסס על סימולציה של שדה חשמלי.שני זוגות אלקטרודות הוצבו על פי התצורה האופטימלית שנקבעה באמצעות הדמיית שדה חשמלי ואופטימיזציה של פרמטרים. מטרת הגירוי (למשל, C5) זוהתה, והנקודה על העור ישירות מעל מטרה זו - בניצב לפני העור - הוגדרה כמקור. באמצעות הקואורדינטות האופטימליות (d1, d2) ביחס למקור, נקבעו מיקומי המיקום של שני זוגות האלקטרודות. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: הצינור של סימולציה של שדה חשמלי ואופטימיזציה של פרמטרים. בסך הכל מוערכות 25 קבוצות מועמדים, כאשר כל קבוצה מורכבת משני זוגות אלקטרודות: זוג אחד ממוקם בצד ימין של אזור המטרה (זוג R2) והשני בצד שמאל (זוג L2). ארבע האלקטרודות בכל קבוצה ממוקמות במרחק אופקי זהה (d1) ובמרחק אנכי (d2) מהמקור, מה שמאפשר לייצג כל קבוצה כ- (d1, d2). על ידי מיקום שיטתי של זוגות האלקטרודות והגדרת תנאי הסימולציה, עוצמת השדה החשמלי הממוצעת באזור היעד מחושבת עבור כל הקבוצות. לאחר מכן משווים את הקבוצות, והקבוצה הטובה ביותר (d1, d2) נקבעת על סמך עוצמת השדה החשמלי הממוצעת הגבוהה ביותר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: מודל אנושי המשמש לסימולציה. המודל האנושי Duke V3.0 Static נבחר ויובא אליו באמצעות האפשרות "דגם/פנטום" בממשק הסרט. מודל זה הורד ושולב לשימוש בסביבת הסימולציה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: מיקום אלקטרודות בסימולציה ואופטימיזציה של פרמטרים. שני זוגות אלקטרודות הוצבו בכל סימולציה. כל תצורות האלקטרודות המשמשות במהלך אופטימיזציה של פרמטרים מוצגות גם כן. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: הגדרות גבול עבור סימולציית LF-R1. תנאי הגבול עבור סימולציית LF-R1 הוגדרו על ידי בחירה תחילה ב"הגדרות גבול" בתוכנה. בחלונית "בקר", "סוג הגבול" הוגדר ל"שטף ". לאחר מכן נוצרו שני ערכי "הגדרות גבול - דיריכלה" על ידי לחיצה ימנית על "תנאי גבול" בסייר ובחירה ב"הגדרות חדשות". ב"ריבוי העצים", האנודה והקתודה של זוג אלקטרודות אחד הוקצו להגדרות הגבול של דיריכלה המתאימות. "הפוטנציאל הקבוע" הוגדר ל-1 וולט עבור האנודה ו-0 וולט עבור הקתודה בלוח הבקר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 6: המרה של התפלגות השדה החשמלי מכניסת V 1 לכניסה של mA 1. כדי להמיר את התפלגות השדה החשמלי המתקבלת באמצעות כניסת 1 וולט לזו המתאימה לכניסת 1 mA, נוצר נפח מעוקב (בלוק RO1) סביב האלקטרודה RO1 בכרטיסיית הדגם על ידי בחירה ב"מוצקים - בלוק" מהסרט והתאמת הממדים (למשל, 12 מ"מ × 12 מ"מ × 7 מ"מ) כך שיקיפו את האלקטרודה במלואה. לאחר מכן, האובייקט "Block RO1" נגרר מה-"Multi-tree" לחלונית "ניתוח", ויצר שני מודולים זהים. בתוך סייר "המודל", "שדה כולל" תחת "LF-R1" והמופע הראשון של "בלוק RO1", ואחריו הופעלו האפשרויות "Surface" ו-"EM E(x,y,z,f0)". "מעריך השטף - מציג רשימות" שימש להצגת הערך "שטף כולל". גורם קנה המידה נקבע על ידי חלוקת 0.001 בערך השטף הכולל. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 7: אפנון שדה חשמלי וחישוב אמפליטודת מעטפת. השדות החשמליים שנוצרו על ידי שני זוגות האלקטרודות בקבוצה אחת הווסתרו, וחושבו אמפליטודות המעטפת שלהם. הערכים "LF-R1" ו-"LF-L1" תחת "קנה מידה של שדה" בסייר "ניתוח" נבחרו יחד, ופונקציית "אפנון מקסימלי" בסרט שימשה לחיבור התפלגות השדה החשמלי משני זוגות האלקטרודות. הפרמטרים "משקל A" ו-"משקל B" הוגדרו שניהם ל-2, המתאימים לתפוקה של 2 mA לכל זוג אלקטרודות. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 8: בידוד אזור המטרה של חוט השדרה וחישוב עוצמת השדה החשמלי הממוצעת. אזור חוט השדרה המטרה נחתך וחולץ כדי להעריך את עוצמת השדה החשמלי. בסייר "ניתוח" נבחר השדה "LF-R1", והפונקציה "כלי נתוני שדה - חיתוך" בסרט שימשה לבידוד האזור הרצוי. עוצמת השדה החשמלי הממוצעת באזור זה חושבה לאחר מכן. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 9: עוצמת השדה החשמלי הממוצעת במטרה של חוט השדרה בסימולציית TI (קבוצה 10). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 10: תצוגה תלת-ממדית של התפלגות השדה החשמלי של חוט השדרה בסימולציית TI (קבוצה 10). אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 11: עוצמת השדה החשמלי הממוצעת במטרה של חוט השדרה בסימולציה באמצעות 25 קבוצות. הערכים האופטימליים (d1, d2) עבור שלושת אזורי המטרה נמצאו (32 מ"מ, 70 מ"מ) עבור C5, (10 מ"מ, 40 מ"מ) עבור T7 ו-(10 מ"מ, 70 מ"מ) עבור L3. נתון זה שונה מ-Xie et al.20. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

טבלה 1: המוליכות החשמלית של רקמות יחסיות ב-1 קילו-הרץ. אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

טבלה 2: מאפיינים דמוגרפיים וקליניים של המשתתפים שעוררו על ידי TI. שונה מ-Cheng et al.17. אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

כל המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים הקשורים למאמר זה.