Method Article

척수 재활을 위한 비침습적 시간 간섭 전기 자극

DOI:

10.3791/68574

⸱

October 31st, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 연구는 특정 영역에 대한 전극 배치를 최적화하고 임상 적용에서 이 최적화된 전략을 효율적으로 구현하는 척수 손상에 대한 TI 자극 프로토콜을 제안합니다.

Abstract

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척수 손상(SCI)은 운동, 감각 및 자율신경 기능의 영구적인 상실로 이어질 수 있으며 재활에 중요한 임상적 문제를 제시합니다. 기존의 재활 접근법 외에도 경막외 척수 자극(eSCI)은 회복을 향상시키는 데 자주 사용됩니다. 그러나 eSCI의 침습적 특성으로 인해 환자의 수용과 광범위한 적용이 제한됩니다. 전통적인 척수 자극과 비교하여 시간적 간섭(TI) 자극은 심부 척수 부위를 자극하는 비침습적 접근 방식을 제공하므로 척수손상 치료에 유망한 기술입니다. SCI 재활을 위한 효과적인 TI 자극을 달성하는 데 중요한 요소는 표적 척수 영역 내에서 높은 전기장 외피를 생성하기 위해 피부 표면에 두 개의 전극 쌍을 정확하게 배치하는 것입니다. 우리는 전기장 시뮬레이션과 매개변수 최적화를 활용하여 특정 SCI 영역에 대한 최적의 전극 배치를 결정하는 고유한 프로토콜을 제안합니다. 또한 이 프로토콜은 임상 TI 자극에서 최적화된 전극 배치 전략을 효율적으로 구현하는 방법에 대한 체계적인 설명을 제공합니다.

Introduction

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척수 손상(SCI)은 손상 수준 이하의 운동, 감각 및 자율신경 기능의 영구적인 상실을 초래할 수 있는 쇠약하게 만드는 중추신경계 장애입니다 1,2. 결과적으로 척수손상 환자의 치료와 재활은 과학 연구와 임상 실습 모두의 초점이 되었습니다. 약리학적 및 물리 요법을 포함한 전통적인 치료 접근법은 기능 회복을 촉진하는 데 특정 한계가 있습니다 3,4,5,6. 물리 치료 중에서 척수 전기 자극은 침습적 양식과 비침습적 양식으로 분류할 수 있는 척수손상 재활을 위한 효과적인 전략으로 부상했습니다 7,8. 경막외 척수 자극(eSCI)과 같은 침습적 척수 전기 자극은 이식된 전극을 통해 직접적인 전기 자극을 전달하지만 감염 및 흉터 조직 형성의 위험이 있습니다....

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Protocol

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이 연구는 인간 피험자를 대상으로 하며 헬싱키 선언에 따라 수행되었습니다. Zhejiang University의 Institutional Review Board로부터 윤리적 승인을 받았습니다. 포함되기 전에 모든 참가자로부터 서면 동의서를 얻어 연구의 목적, 절차, 잠재적 위험 및 불이익 없이 언제든지 철회할 수 있는 권리에 대해 완전히 알렸습니다. 본 연구에 사용된 시약과 장비는 재료표에 나와 있습니다.

금기 사항 및 특별 고려 사항
SCI 환자는 참여에 영향을 미치는 상태를 식별하기 위해 병력 설문지 및 신체 검사를 사용하여 적격성을 평가합니다.
포함 기준: (1) 18세에서 80세 사이의 연령(남성 또는 여성); (2) 1-6개월 발병으로 ASIA B, C 또는 D로 등급이 매겨진 불완전 SCI; (3) 지난 주 동안 ASIA 평가에 변화가 없습니다. (4) 연구 기간 동안 안정적인 약물 요법; (5) 필요한 모든 교육 세션 및 재활 평가 참여를 포함하여 모든 연구 요구 사항을 준수하려는 의지.
제외 기준17: (1) 신경 장애(예: 뇌졸중, 다발성 경화증, ....

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Results

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오류 없이 TI 시뮬레이션을 수행할 때 현재 전극 쌍 그룹에 의해 자극된 표적 척수 영역의 평균 전기장 강도를 얻을 수 있습니다. C5 표적 영역을 자극하는 그룹 10을 예로 들면(그림 9), 인터페이스에 표시되는 "부피 가중 평균"은 0.50V/m입니다. 또한 "Max Modulation - Mask Filter - Viewers - Surface Viewer"를 클릭하면 다른 조직을 반투명으로 설정하면서 척수의 전기장 분포에 대한 3D 보기를 유지할 수 있습니다. 이를 통해 C5 대상 영역 주변의 그룹 10의 전기장 분포를 직관적으로 관찰할 수 있습니다(그림 10).

모든 그룹에 대한 시뮬레이션을 완료한 후 각 대상 영역의 평균 전기장 강도를 분석하고 비교합니다. 예를 들어, 모델에서 수행된 시뮬레이션에서 X.......

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Discussion

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중요한 단계

시뮬레이션 조건 설정
전극을 인간 모델의 피부 표면에 배치하면 원통형 전극이 부분적으로 피부에 내장되어 전극과 피부 사이에 에어 갭이 없도록 합니다. 그렇지 않으면 전류가 공기를 통과하여 인체로 들어갈 수 없습니다. 전극에서 원점까지의 거리(d1, d2)는 피부가 완벽하게 평평하지 않기 때문에 피부 표면을 따라 측정됩니다. 이 거리는 직접 선형 측정과 약간 다를 수 있습니다.

재료 특성이 형상 모형에 할당되면 전극이 소스 역할을 하기 때문에 재료 특성이 전극에 할당되지 않습니다. 그리드가 구성되면 사용 가능한 계산 리소스에 따라 메시 해상도가 조정됩니다. 지나치게 미세한 메시는 계산 속도를 늦추는 반면, 지나치게 거친 메시는 시뮬레이션의 정확도를 저하시.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

모든 저자는 이 기사와 관련된 이해 상충이 없음을 선언합니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

중국 국가자연과학재단(52407261), 저장성 "개척자" 및 "선도적 거위" R&D 프로그램(2025C01137), 저장성 중점 연구 개발 계획(2024C03040), 절강성 재활의학 협회(ZKKY2024008) 연구 특별 기금 프로젝트, ZMT의 Sim4Life, www.zmt.swiss.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
3T MRI 또는 CT 시스템과 nbsp;지멘스 헬시니어마그네톰 스카이라는 (MRI) / 소모톰 X.cite (CT)
접착 테이프3M두라포르 1538-1
알코올 물티슈PDI 헬스케어S41125
배터리뉴로돔NervioX-1000의 부속품
컴퓨터 및 nbsp;델 테크놀로지스프리시전 366016GB RAM, 멀티코어 프로세서
전기 전도성 젤소테릭스 HD-1AGE-12
전극 어댑터뉴로돔NervioX-1000의 부속품
전자기 시뮬레이션 소프트웨어ZMT 취리히 메드테크 AGSim4Life v8.0
인간 시뮬레이션 모델 이츠 재단가상 인구 3.0듀크 (정적) 3.0, 엘라 (정적) 3.0
이소프로필 알코올메드라인 인더스트리MDS098003Z
줄자스탠리 툴스33-725
종이 타월킴벌리-클라크킴와이프 34155
주사기 또는 어플리케이터BD305857
TI 자극기뉴로돔네르비오X-1000시간 간섭 자극 장치
Ag/AgCl 전극 두 쌍과 케이블산하이 메디컬 유한회사SHTIS
세척 가능한 마커크레욜라58-7726

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hu, X., et al. Spinal cord injury: Molecular mechanisms and therapeutic interventions. Signal Transduct Target Ther. 8 (1), 245(2023).
  2. Lu, Y., et al. Global incidence and characteristics of spinal cord....

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Temporal Interference StimulationSpinal Cord RehabilitationSpinal Cord InjuryNoninvasive StimulationEpidural StimulationElectrode PlacementElectric Field SimulationParameter OptimizationMotor Function RecoveryDeep Spinal Stimulation
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