経頭蓋直通のホームベースの現在刺激デバイスの開発: 更新されたプロトコルで使用される自宅健康者と線維筋痛患者

Summary

本研究では、科目使用と投与量、自宅で長期使用の可能性を高めることを制御するための設定と使いやすいデバイス tDCS 自宅の有益な効果を受け取ることを可能にする更新されたホームベースの tDCS プロトコルを提供します。

Abstract

経頭蓋直流電流刺激 (tDCS) は、強度の低い直流電流によって大脳皮質ニューロンの膜電位を調節する非侵襲的脳刺激 (ペン先) 方法です。Tdc は、最小限の副作用と簡単なアプリケーションの低コスト手法です。この神経のメソッドには、痛みの治療、精神・神経疾患のリハビリ治療を改善するために有望な未来があります。

現在の研究は、複数のセッションを連続 Tdc を使用する利点を示しています。ただし、専門センターへの毎日の変位が旅費、日常生活に混乱は、患者が直面する困難の一部。したがってより快適で、使いやすいし、日々 の作業を中断させない、ホームベースの tDCS は設計されました。したがって、本研究の目的は、健常者と線維筋痛患者に家庭用のポータブル tDCS デバイスの実現可能性を評価するためだった。

増加 tDCS 使用、臨床条件の範囲にわたって効果に関する研究のかなりボディにもかかわらず投与量を保証し、過度の使用を避けるためにブロック システムを含むセキュリティで保護されたデバイスの開発研究の限られた量があります。したがって、我々 は 12 時間セッション間の最小間隔を 20 分間の毎日の使用を許可するのにセキュリティ システムと Tdc デバイスを使用しました。プログラマはあらかじめ治療や研究のための個別のプロトコルによると、任意のアセンブリ内の電極の位置ができるネオプレン キャップを持っている装置です。後、研究者は、治療の有効性を評価することが、情報を使用してその遵守を閉じ込めたデバイス ソフトウェア。

デバイスが付着し接触インピー ダンスの適切な監視と、家庭での使用に適さないことが示唆されました。直接監督の下での治療と研究の文献で報告されたものと異ならない、いくつかの副作用の報告があった。

Introduction

経頭蓋磁気刺激 (TMS) など tDCS、非侵襲的脳刺激 (ペン先)、精神神経疾患^1,2, 痛み症候群^{3 など、様々 な条件を治療の選択肢として浮上しています。、4,5,6、7}、およびリハビリテーション^8,9。tDCS 微弱直流電流 (1-2 mA) によって大脳皮質ニューロンの膜電位を調節する神経のひとつです。対象脳領域で頭皮に直接電流が適用されます (すなわち、一次運動野、前頭前野背外側など) スポンジを介して電極は食塩水またはゴムを浸した導電性電極。ゲル¹⁰。簡単なアプリケーションと実質的に悪影響を与えない低コスト技術です。

ただし、慢性疾患の多くの患者、長期 Tdc の使用が不可能になります。TDCS について現在の証拠を分析したところ、ほとんどのプロトコル使用未満 20 セッション、また、治療が専門センター⁶に行われた我々 確認できます。それにもかかわらず、彼らは時間と中心部に行くためにお金を費やす患者の頻繁な苦情です。

現実の世界にしばしば難治性の痛みに苦しんでいるおよび/または彼らは深刻な精神または神経学的障害を持っているのでこのような治療を受けている患者のいくつかの毎日の困難があります。それらの多くは歩行困難、車椅子ユーザーです。理想的なデバイスより大きなサンプル サイズとより広範な臨床試験を実行することができるだけでなく長期療法のための連続したセッションを保証する必要があります。さらに、デバイスは、ブロック システムの虐待または過剰な使用を避けながら刺激の線量を保証する必要があります。また、直接の監督なしで使用するための装置の開発、ユニークな方法としていずれかの異なるサンプルでその有効性をテストできますまたは薬理学的治療、認知タスクまたは身体機能^{1112,と組み合わせて}.したがって、我々 は繰り返されるセッションは、このような広大な一連の証拠によると治療の本質的な特性を考慮する必要があります。臨床応答通常刺激が長時間^5,13,14の間に繰り返されるセッションが必要です。この中で、扱いやすいし安全性と保育所の直接監督の下で研究で観察の利点を保証低価格で家庭用ポータブル tDCS デバイスを開発するギャップが存在します。

現在 tDCS を家庭で使用する利用可能な最も高度なシステムでは、大規模な治療、特に、長期的にかなりの障壁は、リモート アシスタンスが必要です。実際には、実際の生活で患者とデバイスをリモートで制御する演算子は、ビデオ会議のプラットフォームに同時に接続する必要がある場合は、長期的な介入を維持することは不可能はないです。リモート サポートは、患者とリモートの制御演算子の両方発生する治療のため日の事前に決められた時に使用できる必要があるために、治療を維持するためにバリアです。これは実用的ではないとそれは毎日生活日常^15,16によると治療セッションのための最高の瞬間を決定する患者の自律性を撤回します。TDCS が家庭で使用するにはこれを考慮して、実用的でユーザー向けをする必要があります。本論文で示した tDCS デバイスは簡単、短期研修の参加者の自宅の装置を使用するための能力を与えることができます。

我々 のデバイスの基本的な特徴は、それが家庭での使用向けに設計されています。この理由から、任意の無差別使用を避けるためにブロック システムを含まれています。したがって、未熟な個人は、デバイスを使用することができます、臨床試験^11,15,17間の結果の比較を実現するための研究の手法を再現できます。私たちはホームベースの tDCS デバイス; を使用してプロトコルを開発した長期治療に関連する問題を軽減することを目指して、ここで¹⁶その不適切な使用を防止する安全で簡単なポータブル tDCS デバイスのプロトコルは提示します。我々 健常者と線維筋痛患者の両方でホームベースの Tdc のこのプロトコルの検証し同様、電気生理学的パラメーターによって証明されて、その有効性を示した (すなわち。、運動誘発電位)、および臨床的手段。

本研究では健常者と線維筋痛患者を含めました。線維筋痛は、うつ症状、疲労、睡眠障害、朝のこわばりなどの症状を伴う慢性的な筋骨格系の痛みを含む症候群です。多くの患者には、最大許容投与量での初期の薬理学的治療にもかかわらず継続的な現象が発生します。したがって、このコンテキストでペン先技術などホームベースの tDCS の措置非薬物療法などさまざまな治療法を勉強をお勧めします。tDCS はいくつか研究^4,6,7に示すようの慢性的な痛みの治療に有望なオプションです。ホームベースの Tdc の開発により長期臨床試験の作成と慢性疾患の Tdc の累積的な効果の理解を深める (すなわち。、慢性的な痛み、抑うつ、など、脳卒中後のリハビリテーション.)。

Tdc の使用が増加している、臨床条件の範囲にわたってその効果と影響に関する研究のかなりボディがある事実にもかかわらず驚くほど限られた研究が行われて動けなかったことができるデバイスを開発し、家庭で安全に使用。したがって、本研究の目的は、健常者と線維筋痛患者に (付着・接触インピー ダンスの監視) 家庭用の tDCS デバイスの実現可能性を評価するためだった。

Protocol

本研究は、HCPA で倫理委員会で承認され、すべての被験者から文書による同意を得られました。健常者と線維筋痛患者のサンプルと研究の詳細は、図 1にあります。

1. 参加者募集と選考

1. 募集
   1. 資格を評価し、機密の医療情報 (精神医学の歴史、通常タバコの使用、薬物乱用とアルコール除外基準として使用) を要求するために電話を介してスクリーニング アンケートを行います。
   2. ホームベースの Tdc の参加者の適性を評価するためにスクリーニング基準を実施します。
2. 次の包含/除外基準を使用します。
   1. 健常者 (HS): 右利きと 18 〜 40 年間高齢者は、高等教育を完了している健康な男性と女性ボランティアが含まれます。
   2. 線維筋痛 (FM) 患者のため: 米国リウマチ学会の基準、読み書き、女性に基づいており、18 〜 60 歳歳線維筋痛の診断の患者を含んで。
   3. TDCS 使用の禁忌を除外する: 脳外科、腫瘍、脳梗塞、頭蓋内の金属、妊娠中または授乳中の注入の歴史。
   4. 受信セッションを規定の 80% 未満の被験者を除外します。

2. 提案機器

注: 研究室の痛みと神経との提携で病院・ デ ・ Clínicas ・ デ ・ ポルト ・ アレグレで医用生体工学部門は、ホームベースの tDCS を開発しました。他の人の助けを借りず電極の正しい配置の難しさを解決するために Tdc のデバイスといくつかのアセンブリに 2 つの電極の使用を可能にするキャップを作りました。

1. tDCS デバイス
   注: デバイスが 110 mm × 75 mm の寸法と重量 165 g. 使用中の消費は 20 mA と 10 μ A スタンドでとすることができますのみの研究者によってプログラムします。
   1. デバイスのパラメーターを設定: 刺激セッション、2 つの連続したセッション、電流の強さ、刺激の期間、現在の上昇と下降の時間の最小間隔および刺激モードの固定数: アクティブまたは偽。
2. キャップ/シリコン プローブ/電極
   注: キャップの素材はネオプレン、刺激部位に固定するスポンジを保つ、頭皮にスポンジとの接触を容易にします。キャップはキャップは刺激中は移動しませんを確保するあごについている Velcro ストラップ。
   1. キャップの正しい寸法を選択します。キャップで刺激部位に固定するスポンジを保つ、頭皮にスポンジとの接触を容易にできるように、3 つのサイズ: 小 (38 cm × 55 cm)、媒体 (39 × 57.5 cm) と大 (40 cm × 59 cm)。
   2. 参加者にキャップを置くとメジャー/マーク選択された地域。
   3. 参加者の cap を削除し、目的の場所にキャップをドリルします。電極をアタッチおよびシリコーン カニューレを接続、食塩水の注射器。野菜スポンジとシリコン カニューレ (図 2) に接続する金属片被覆 35 cm²導電性ゴム電極から電極を形成します。
3. プロトコル
   1. 参加者のためのプロトコルを定義します。健常者、anodal 刺激で使用左一次運動野 (M1) とし, 刺激対側眼窩領域 (図 3 a)、2 の上の 10 の連続したセッションの合計の 20 分の mA。
   2. 患者のためのプロトコルを定義します。線維筋痛患者、左背外側前頭前野 (DLPFC) (図 3 b)、2 で anodal 刺激を使用 5 日連続で (月曜 ~ 金曜) 60 セッションの合計の 30 分の mA。2 つの治療 (アクティブまたは偽 tDCS) の 1 つに FM 患者をランダムに。データ収集に関与していない研究者はランダム化を行い Randomization.com を受けるコンピューター プログラムを使用します。
      注: アクティブな刺激の中には 20 のランプアップ時間ゼロから 2 に移動する現在の s ママとランプダウン時間も所要時間は 20 2 から現在の s 刺激を終了するゼロに mA。このように、現在の唐突な中断とスポットや目眩、電気・磁気刺激^19,20として知られている、光のスポットの可視化から参加者を受けない。偽アプリケーションしますが、し、同じ立ち上げ、ランプダウン時間 3 つの瞬間: の中間 (15 分) に、初めに、(30 分) では、セッションの終わりに刺激を受け取っている関係者を説得します。

3. ベースライン プロトコル訪問 - tDCS トレーニング

1. 各参加者のための材料を準備: ネオプレン キャップ、tDCS デバイス、バッテリー充電器、2 つの電極、電極に接続されている 2 シリコーン カニューレが含まれている場合、追加の生理食塩水の注射器 2 本と 10 mL の生理食塩水の注射器 20ソリューション、およびその他の生理食塩液のボトル 1 本。
2. 参加者にトレーニング セッションを開催して、デバイスと自己刺激の管理のステップバイ ステップのプロセスの詳細について知らせます。参加者も自宅 Tdc の使用に関する教育ビデオを見てください。
3. トレーニング セッション
   1. Contraindicates tDCS 使用任意の損傷か何かの皮膚を検査します。
   2. 鏡の前で参加者を置き、研究のプロトコルに従って、刺激する領域を明らかにするために自分の髪を分離します。
   3. クリーム、汚れやグリースを削除する皮膚の表面をきれいにします。
   4. 眉の間フロントの縫い目で頭にキャップを置きます。キャップは、どちらもタイトも緩いが快適になることです。
   5. 電極ケーブルをデバイスに接続し、機器の電源を。
4. スクリーンのシーケンス
   1. デバイスをオンにし、最初の画面が表示されます: 最初の画面 (図 4 a)。
   2. 数秒待ってから、2 番目の画面が表示されます: バッテリーの状態 (図 4 b)。日付と時刻 (図 4) で、シーケンスの 3 番目の画面が表示されます。
   3. 次の画面は、キャップを着用するコマンドは、プッシュ キャップはよく後中央のボタン (図 4) を確保しました。
   4. 生理食塩水を注入するコマンドを待ちます。ゆっくりと各電極の 6 mL を使用して既に接続済みのシリンジを使用して電極を生理食塩水を供給していることを確認します。(図 4E) 生理食塩水を注射した後、中央のボタンを押します。
   5. 6 番目の画面は、セッションを開始するコマンドです。参加者は刺激 (図 4 階) を開始するときにセンター ボタンを押す必要があります。
   6. 7 番目の画面では、刺激の始まりを示していますと表示を参照してください: セッションの持続時間、バッテリの充電および 2 行。上の線は、(I) 強さを示しています、一番下の行は、抵抗 (R) (図 4) を示しています。
      注: 強度 2 に到達するまで徐々 に mA (または別の定義された強度)。抵抗する必要がありますこの行 (5 kΩ) の中間に達する約と捜査官が欲しい最大インピー ダンス制限にデバイスを構成できます。
   7. 20 分前後、刺激の終了を待つ (または他の規定の時間) tDCS デバイス電源オフと刺激が止むと、デバイス ソフトウェア (図 5) にセッション データを保存します。
      注: デバイスは、セッションごとに、日と刺激の刺激、抵抗および合計の持続期間の時間を記録します。
5. 安全機能
   1. 忍容性を定義します。刺激を開始した後、参加者を刺激する快適さに尋ねます。参加者は、不快感を報告する場合これらの効果を減少または 1.0 に現在の強度を減らすに生理食塩液をスポンジを濡れている mA (または別の定義された強度)。
   2. 高抵抗値を監視します。抵抗が高すぎる場合 (図 6 a)、デバイスがアラーム警告が発行されます:"キャップを調整して余分な生理食塩水を注入"(図 6 b)。この時点で、頭に電極を調整し、10 mL を超えないようにしようとしているいくつかのより食塩水を注入します。高インピー ダンスは、接触不良、生理食塩水または電流が 10% 以上変更されたときの少量がある場合に発生します。
   3. 必要な場合は、セッションを停止します。中央のボタンは、ほんの数秒、その後メッセージ「シャット ダウン?」オフ ボタンのスイッチが表示されますを押すと続く (図 7) に押される必要があります。
   4. 24 時間でのセッションを繰り返してはいけない。刺激セッション続いた総時間の 50% 未満が、同じ日にセッションを繰り返すことは不可能です。ただし、セッションでは、全体の時間の 50% 以上が持続した場合それほど同じ日に刺激を複製できる最初のセッションは、有効なものと見なされます。
   5. バッテリーを充電します。デバイスには、充電式は、9 ボルトの電池が含まれています。バッテリーは 50%、それを充電する必要は。このため、刺激セッション中にバッテリーを充電することが可能ではないため電極ケーブルを外し、充電器のケーブルでそれを交換する必要が。

4. ホームベース tDCS セッション

1. セッションは中断されませんし、処理を停止することを避けるために彼または彼女の日の静かな瞬間を選択する参加者に指示します。参加者の活動研究プロトコルに従ってする必要があり、すべてのセッションに対して同じである必要があります。
2. 悪影響を与える
   1. TDCS ホーム セッション後すぐに副作用日記を正しく記入する参加者に指示します。FM 患者は、(セッション) の前に pre を記入しポスト セッションの直後に痛みのレベルを推定も指示されました。
3. チームの可用性
   1. 参加者に書面と連絡先電話番号のすべての情報を与えます。参加者の疑問またはデバイスを使用していくつかの問題がある場合、彼らはいつでもチーム メンバーに連絡することができるはずですので、この数は 24 時間利用可能になりません。
   2. 一日のおおよその時間、参加者を求めるセッションが行われます。したがって、チーム メンバーは潜在的な需要を認識する必要があります。
      注: プロトコルの終了後参加者が最終的な評価を行う、tDCS デバイスと副作用日記を返しています。
4. アクセス ソフトウェア情報
   1. 治療の最後に記録されている情報にアクセスします。これを行うには、ソフトウェアに保存されている情報を抽出するのにコンピューターとケーブルを使用します。このデータは、実行されたすべてのセッションを表示、使用電流の強さの値と各セッションの接触インピー ダンスを示します。参加者には、この情報 (図 8) へのアクセスがありません。

Results

N の合計 = 20 健常者が採用された (男性 8/12 女性) 3 月 2015 年、2016 年 4 月の間。セッションの 50% のみを行うことにより、1 つの参加者が除外されました。したがって、19 科目の合計では、実験が完了しました。平均年齢 26.31 年 (±4.89) であった。

N の合計 8 線維筋痛患者 2016 年 11 月と平成 29 年間募集し、2 つのグループに無作為に割り付けを =: アクティブな FM と FM 偽。平均年齢 49.5 歳 (±8.48) であった。偽の条件を経験した患者は、「まばゆいばかりの検証」一行は、彼らを信じてどのような刺激を求めてのアンケートを受け取った。すべての患者は、彼らがアクティブな刺激を受けた答えた。

ソフトウェアの記録によって確認済みとして完了したセッションの数をカウントすることにより付着を測定した.HS の研究では、19 のトレーニング セッションと 171 の有効なセッションを合計セッションが提案する 90% の遵守 (合計: 190)。FM 患者の研究では、合計 8 つのトレーニング セッションと FM FM シャムのアクティブおよび 225 有効なセッションの 227 の有効なセッション提案刺激セッションに 94% の遵守 (合計: 460)。健康的で線維筋痛のサンプルで有効なセッションの合計数には、93% の全体的な遵守、650 のセッションがありました。

HS のサンプルの接触インピー ダンスが 2.93 (±1.04) の意味を持っていた、FM 患者 (のみアクティブ tDCS) 研究は 2.82 (±1.15)。両方のサンプルを考慮した接触インピー ダンスの平均値 (n = 416) は 2.87 (±1.13) (図 9)。

副作用 (FM グループでは、いくつかの項目を HS グループよりも頻繁していた) が HS と FM のアクティブなグループ間類似していた。偽のグループ、副作用を持っていたが、これらは他のグループ (図 10) で見つけられるそれらより小さかった。

合計 n = 47 セッションが参加者によって行われたない (HS = 19 と FM = 28)。正当化された: 社会活動、物忘れとケーブルとバッテリーの技術的な問題を prescheduled。正常に充電したバッテリーを交換するために必要な 3 つの参加者。どの参加者は刺激中にセッションを中断しました。デバイスでは、故障を提示、それが変更された、または参加者が問題を解決するために方向づけられました。例の未解決の残ってないです。

図 1: 研究の流れ
研究デザイン - 健常者と線維筋痛患者の詳細。

図 2: 電極構造の図
(A) の右側にあるビュー。(B) 左側面図。(C) 上表示。(D) 裏面。

図 3: 刺激エリア
(A) 部刺激健常者: 左の M1 とし, 刺激対側眼窩領域の上を anodal 刺激。(B) 部刺激 FM 患者: DLPFC エリア、左側に anodal 刺激。

図 4: 画面のシーケンス
(A) オープニング画面。(B) バッテリーの状態。(C) 日付と時刻。(D) コマンド""キャップを着用します。(E) コマンドは、「生理食塩水注入」。(F) コマンド セッションを開始します。刺激の (G) の始まり。

図 5: 刺激の停止時のセッションを保存
刺激終了後 tDCS デバイス自動的に電源が切れると刺激が停止したセッションを保存。

図 6: アラーム警告画面
(A) 耐。(B) 警報警告:"キャップを調整して余分な生理食塩水を注入"。

図 7: セッションは刺激中に停止する必要がある場合、画面をシャット ダウン
セッションは、刺激中に停止する必要がある場合、中央のボタン押すことができます、数秒間ボタンと表示されます「シャット ダウンか?」メッセージをオフ スイッチを押すと続きます。

図 8: 現在の強度の一般的な曲線対tDCS セッション中にインピー ダンスにお問い合わせください。
現在強度および接触インピー ダンス曲線 (健常者) の例を示します。電流 (mA): 赤い線。抵抗 (kΩ): ブルーラインします。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 9: インピー ダンスにお問い合わせください
接触インピー ダンス - 健常者と線維筋痛患者アクティブ tDCS の平均 (n = 416)。

図 10: 副作用の結果
参加者のグループ間比較: 健常者 (HS)、アクティブな tDCS 線維筋痛患者 (アクティブな FM) と偽 tDCS 線維筋痛患者 (FM シャム)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

Discussion

デバイスは、LCD (液晶ディスプレイ) によって適切なユーザー インターフェイスを表示し、ユーザーフレンドリーで使いやすい。参加者は 60 のホームベースのセッションを実行する指示されたとき付着がも 90% 以上だったので長期の使用に適さないことが判明した私たちのホームベースの tDCS 機器。これにより、このデバイスと研究条件^13,21のモデル化と研究に自信に必要な再現性。

それは研究を含む週末に切れ目なく連続したセッションの遵守を維持するために困難です。この事実は、健康的な参加者は、線維筋痛患者よりもわずかに低い付着を持っていた理由を正当化するため発生仮説の一つです。また、慢性的な痛みを持つ患者が痛みを軽減する健常者では発生しませんの動機としての可能性を持って現在の結果を説明するための理論的根拠があります。

ホームベースの Tdc の使用は、したがって患者のスケジュールを収容、治療を受けるため一日の何時間を選択する参加者を許可します。また、このデバイスは、たとえば痛み、時間生物学などの研究の他の領域へのリンクを使用して tDCS アプリケーションの異なる回を比較する他の研究プロトコルを考案することができます。その上、デバイスはセッションのセキュリティ システムのためのリアルタイム監督のない使用のため安全であることを証明しました。デバイスは、セッション、プログラマによって定義済みのアクティブまたは偽の刺激、コース数最大抵抗強度の刺激の持続時間の間の間隔を許可するようにあらかじめ構成されていることができます。したがって、セッション (またはその他の構成) の間の 12 時間の最小間隔と 20 分の毎日の使用のためのプログラムすることが可能です。したがって、研究者は、デバイス ソフトウェアに保管する情報を使用して付着を監視できます。したがって、我々 の結果は、デバイスの機能が信頼性と臨床試験の開発の重大な要因は、刺激の再現性を保証することを証明しました。

電極と皮膚の接触インピー ダンスが Tdc の安全性を確保するための重要な変数は^16,21を使用します。高インピー ダンスは、電極と皮膚電極のスポンジの乾燥の悪い結合に関連する可能性があります。このような状況は、電流密度、皮膚の病変²²に鉛を高めるかもしれない。私たちの研究では食塩水の 6 mL の使用低接触インピー ダンスを保証するのに十分だったし、十分なされ、両群れで同等。

私たちのデバイスによって生成される副作用は、歩行使用で報告されているから違いはありません。したがって、私たちのホームベースの tDCS 従来の装置のような実行可能な信頼性の高い、長期療法の大きいサンプルより大規模な臨床試験を実行する可能性を許可するための連続したセッションの自宅で使用のために安全です。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Fisiologicの解決0.9%	Eurofarma		の生殖不能およびpyrogenic解決、三積層された包装、500のmL、透明、装置および針の導入のための2つの等しいノズル、保護シーリング、保健省での登録 - 1.0043.1047.004-6
野菜スポンジ	スコッチブライト3M		野菜スポンジクロス、18x22cmのユニットのパッケージ。植物布は、再生セルロース、綿、塩化ジメチルベンジルアンモニウム、塩化マグネシウム(殺菌物質)の複合材料です。一般的に液体の吸収力が優れています。カラーバリエーション:ブルー、ピンク、イエロー。
Serynge	Advantine		10 mLプラスチックSerynge
電極			層電極:柔軟なビニール材料、導電性ゴム、植物スポンジ
			厚さ4mmのキャップネオプレン - Hospital de Clíの生物医学工学科によって製造されています。nicas de Porto Alegre
tDCSデバイスは			Hospital de Clíの生物医学工学部門によって製造されました。ニカス・デ・ポルト・アレグレ