Stimolazione elettrica con interferenza temporale non invasiva per la riabilitazione del midollo spinale

Xu Xie; Huilin Mou; Weidong Chen; Shaomin Zhang; Yuchen Xu; Ruidong Cheng; Minmin Wang

doi:10.3791/68574

Method Article

Stimolazione elettrica con interferenza temporale non invasiva per la riabilitazione del midollo spinale

DOI:

10.3791/68574

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October 31st, 2025

Xu Xie¹^,² , Huilin Mou¹^,³ , Weidong Chen¹^,⁴ , Shaomin Zhang¹^,²^,⁵^,⁶ , Yuchen Xu¹^,⁷ , Ruidong Cheng⁸^,⁹ , Minmin Wang¹^,¹⁰

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

Summary

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Questo studio propone un protocollo di stimolazione TI per la lesione del midollo spinale che ottimizza il posizionamento degli elettrodi per regioni specifiche e implementa in modo efficiente questa strategia ottimizzata nell'applicazione clinica.

Abstract

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La lesione del midollo spinale (SCI) può portare alla perdita permanente delle funzioni motorie, sensoriali e autonomiche, rappresentando una sfida clinica significativa per la riabilitazione. Oltre agli approcci riabilitativi convenzionali, la stimolazione epidurale del midollo spinale (eSCI) viene spesso utilizzata per migliorare il recupero. Tuttavia, la natura invasiva dell'eSCI limita l'accettazione da parte dei pazienti e l'applicazione diffusa. Rispetto alla tradizionale stimolazione del midollo spinale, la stimolazione con interferenza temporale (TI) offre un approccio non invasivo per stimolare le regioni profonde del midollo spinale, rendendola una tecnica promettente per il trattamento della lesione midollare. Un fattore critico per ottenere un'efficace stimolazione TI per la riabilitazione della lesione midollare è il posizionamento accurato di due coppie di elettrodi sulla superficie della pelle per generare un elevato inviluppo di campo elettrico all'interno dell'area mirata del midollo spinale. Proponiamo un protocollo unico che utilizza simulazioni di campo elettrico e ottimizzazione dei parametri per determinare il posizionamento ottimale degli elettrodi per specifiche regioni SCI. Inoltre, questo protocollo fornisce una descrizione sistematica di come implementare in modo efficiente la strategia di posizionamento degli elettrodi ottimizzata nella stimolazione clinica delle TI.

Introduction

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La lesione del midollo spinale (SCI) è un disturbo debilitante del sistema nervoso centrale che può provocare la perdita permanente delle funzioni motorie, sensoriali e autonomiche al di sotto del livello di lesione ^1,2. Di conseguenza, il trattamento e la riabilitazione dei pazienti con lesione midollare sono diventati un punto focale sia della ricerca scientifica che della pratica clinica. Gli approcci terapeutici tradizionali, comprese le terapie farmacologiche e fisiche, hanno alcune limitazioni nel promuovere il recupero funzionale 3,4,5....

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Protocol

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Questo studio coinvolge soggetti umani ed è stato condotto in conformità con la Dichiarazione di Helsinki. L'approvazione etica è stata ottenuta dall'Institutional Review Board dell'Università di Zhejiang. Il consenso informato scritto è stato ottenuto da tutti i partecipanti prima della loro inclusione, assicurando che fossero pienamente informati dello scopo dello studio, delle procedure, dei potenziali rischi e del loro diritto di ritirarsi in qualsiasi momento senza penalità. I reagenti e le attrezzature utilizzate in questo studio sono elencati nella Tabella dei materiali.

Cont....

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Results

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Quando si eseguono simulazioni TI senza errori, è possibile ottenere l'intensità media del campo elettrico nella regione target del midollo spinale stimolata dall'attuale gruppo di coppie di elettrodi. Prendendo come esempio il Gruppo 10 che stimola l'area target C5 (Figura 9), la "Media ponderata del volume" visualizzata nell'interfaccia è 0,50 V/m. Inoltre, facendo clic su "Modulazione massima - Filtro maschera - Visualizzatori - Visualizzatore superficie.......

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Discussion

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Passaggi critici

Impostazione delle condizioni di simulazione
Quando gli elettrodi vengono posizionati sulla superficie della pelle del modello umano, gli elettrodi cilindrici vengono parzialmente incorporati nella pelle per garantire che non vi sia spazio d'aria tra gli elettrodi e la pelle. In caso contrario, la corrente non può passare attraverso l'aria e nel corpo umano. La distanza dall'elettrodo all'origine (d₁.......

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Disclosures

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Tutti gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse relativi a questo articolo.

Acknowledgements

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Ricerca sostenuta dalla National Natural Science Foundation of China (52407261), dal programma di ricerca e sviluppo "Pioneer" e "Leading Goose" di Zhejiang (2025C01137), dal piano chiave di ricerca e sviluppo della provincia di Zhejiang (2024C03040), dal progetto del fondo speciale di ricerca dell'Associazione di medicina riabilitativa di Zhejiang (ZKKY2024008) e da Sim4Life di ZMT, www.zmt.swiss.

....

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Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Sistema MRI o TAC 3T	Siemens Healthineers	MAGNETOM Skyra (risonanza magnetica) / SOMATOM X.cite (CT)
Nastro adesivo	3M	Durapore 1538-1
Salviette alcolici	PDI Healthcare	S41125
Batteria	Neurodome		Accessorio di NervioX-1000
Computer	Dell Technologies	Precision 3660	16 GB di RAM, processore multi-core
Gel elettricamente conduttivo	Soterix	HD-1AGE-12
Adattatore elettrodi	Neurodome		Accessorio di NervioX-1000
Software di simulazione elettromagnetica	ZMT Zurich MedTech AG	Sim4Life v8.0
Modelli di simulazione umana	IT'IS Foundation	Popolazione virtuale 3.0	Duke (Statico) 3.0, Ella (Statico) 3.0
Alcol isopropilico	Medline Industries	MDS098003Z
Metro	Utensili Stanley	33-725
Scottex	Kimberly-Clark	Kimwipes 34155
Siringa o applicatore	BD	305857
Stimolatore TI	Neurodome	NervioX-1000	Dispositivo di stimolazione dell'interferenza temporale
Due coppie di elettrodi e cavi Ag/AgCl	Shanhai Medical Ltd	SHTIS
Pennarello lavabile	Crayola	58-7726

References

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Hu, X., et al. Spinal cord injury: Molecular mechanisms and therapeutic interventions. Signal Transduct Target Ther. 8 (1), 245(2023).
Lu, Y., et al. Global incidence and characteristics of spinal cord....

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Stimolazione elettrica con interferenza temporale non invasiva per la riabilitazione del midollo spinale

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