전용 전원을 사용하여 이중 병렬 리드와 도설 칼럼 Steerability : 전산 모델

다음 실험의 전반적인 목표는 척수 자극에서 다중 소스 척수 자극 시스템의 매체 측방 필드 조종성을 평가하는 것입니다. 통증이 있는 신체 부위에 대한 자극 유도 감각 이상은 치료 효능을 위한 필수 조건입니다. 환자의 통증 패턴은 고유할 수 있기 때문에 일반적인 자극 구성은 등쪽 경막외 공간에 두 개의 리드를 병렬로 배치하는 것입니다.

이 구조는 더 나은 통증을 달성하기 위해 자극을 조향하는 유연성을 제공하며, 현재 매체는 등쪽 기둥 위로 측면으로 이동합니다. 감각 이상(Paraesthesia) 겹침. 자극 조종 가능성의 평가는 먼저 인간 척수의 유한 요소 모델을 생성하여 경막외 척수 자극 전극에 의해 생성된 전위장을 결정함으로써 달성됩니다.두 번째 단계로, 두 가지 유형의 척수 자극 시스템에서 전달되는 다양한 음극 전류에 대해 등쪽 기둥 내의 전위를 계산합니다.

다중 소스: 각 이식된 접점에는 전용 전류 소스가 있고 단일 소스는 여러 접점에 하나의 전류 소스만 연결되어 있습니다. 다음으로, 전위는 각 시스템 유형에 대한 등쪽 기둥에서 예측된 활성화 볼륨을 계산하는 데 사용됩니다. 각 시스템에서 광섬유 동원의 매체 측면 해상도를 비교하기 위해 결과는 다중 소스 시스템이 단일 소스 시스템보다 등쪽 기둥의 더 많은 중앙 자극 지점을 대상으로 할 수 있으며 미디어 측면 조정의 평균 조향 단계는 다중 소스 시스템의 경우 20미크론이고 단일 소스 시스템의 경우 1mm입니다.

50배 향상. 자극 부위를 등쪽 기둥의 중심에 고해상도로 집중시키는 능력은 환자의 감각 이상 통증 중첩을 더 잘 최적화할 수 있습니다. 단일 소스 기법에 비해 다중 소스 자극 기법을 사용하는 주요 이점은 자극 필드를 최종적으로 조정하여 각 개별 환자의 용량 열에 있는 표적 뉴런을 선택적으로 자극할 수 있다는 것이며, 이는 기본적으로 부작용을 최소화하면서 치료 가능성을 극대화합니다.

여기에 정의된 수학적 모델은 하부 흉추 척수와 그 주변 환경의 유한 요소 모델 또는 FEM입니다. FEM 모델에는 척수의 백질 및 회백질, 대뇌 척수액, 경막외 공간 조직, 척추뼈 및 두 개의 원통형 다중 접촉 리드가 포함됩니다. 각 다중 접점 리드는 8개의 원통형 백금 이리듐 접점으로 구성되며 1mm 길이의 절연 폴리머로 분리됩니다.

8개의 접촉 리드는 이제 척수 자극의 임상 표준으로 간주됩니다. 8개의 접점 사용은 2개 또는 4개의 접점만 있던 이전 장치에서 발전했습니다. 연구에 따르면 더 많은 수의 접촉과 그에 따른 척수 적용 범위가 더 넓을수록 시간이 지남에 따라 치료를 유지하는 데 더 강력합니다.

매우 흔한 문제인 납 이동에 직면하여 납은 2.6mm 간격으로 경막 위에 등쪽으로 위치합니다. 단순성을 위해. 시뮬레이션에서 한 쌍의 리드는 척수의 정중선에 대해 대칭적으로 배치됩니다.

이 모델에서는 척수의 접점과 등쪽 표면 사이의 대뇌 척수액층의 두께가 3.2mm로 지정되어 있습니다. 모델에 사용된 전기 저항이 여기에 나와 있습니다. CSF 백질과 경막은 저항이 가장 낮습니다.

경막외 지방과 척추 뼈는 높은 저항률을 가지고 있으며, 여기에 묘사된 것은 척수 및 다중 접촉 리드에 대한 FEM 모델의 메쉬입니다. 이 볼륨은 전극이 위치한 곳과 가까운 영역에서 고밀도 메시를 가진 1억 개 이상의 노드로 그물망을 형성합니다. 메쉬의 고밀도 부분만 여기에 표시됩니다.

메시는 가변 노드 밀도의 섹션으로 분할됩니다. 접점 근처의 노드 간격은 300미크론 이하입니다. 절연체, 경막, 척수의 노드 분리는 750미크론 이하입니다.

경막외 공간의 노드 밀도는 3000미크론 이하이고 척추뼈의 노드 분리는 5, 000미크론 이하입니다. 척수 형상의 3D 모델은 관련 문헌 출처의 기능을 조합하여 만들어집니다. 등쪽 기둥 섬유는 매체 측면 방향으로 200미크론, 등쪽 배쪽 방향으로 100미크론의 규칙적인 격자에 배치되고 스트로 코들 방향으로 돌출됩니다.

리드가 모델 내에 배치되면 두 개의 병렬 접점에 대한 전류를 정의하여 두 가지 유형의 자극기가 구현됩니다. 단일 소스 시스템의 경우, 구현될 때 모든 접점 세트에 연결할 수 있는 단일 음극 및 양극이 있습니다. 모델에서는 접점의 극성만 정의되며 모든 접점을 통과하는 전류는 극에 연결된 접점의 수에 따라 달라집니다.

예를 들어, 단일 접점이 음극에 연결된 경우 해당 접점은 모든 음극 전류를 싱킹합니다. 그러나 두 개의 접점이 소스의 음극에 연결되면 전류를 각각 50%씩 절반으로 나눕니다. 물론 수학적 모델에서는 모든 접촉의 임피던스가 동일하며, 이는 일반적으로 임상 적용에서는 사실이 아닙니다.

이는 단일 소스 시스템의 각 연락처에 대한 현재 전달이 제어되지 않음을 의미합니다. 모델 조사를 위해 첫 번째 방법에서 전류를 전달하기 위해 세 가지 가능한 방법을 사용했습니다. 가장 왼쪽의 음극은 두 번째 음극에서 모든 전류를 갖고, 두 개의 음극은 각각 전류의 50%를 전달하며, 세 번째 음극에서 가장 오른쪽 음극은 모든 전류를 전달합니다.다중 소스 시스템의 경우 각 접점은 접점 간의 1% 증분 전류 변화로 제어할 수 있는 자체 전류 소스를 갖도록 정의됩니다.

즉, 두 접점에 전달되는 총 전류가 10mamps인 경우 각 접점을 통과하는 전류의 합이 10mamps인 한 각 접점에 대한 전류는 전체의 일부로 지정됩니다. 예를 들어, 왼쪽 접점이 6.8밀리암페어를 전달하면 오른쪽 접점은 3.2밀리암페어를 전달합니다. 전류의 100개 분수 분할은 이러한 방식으로 프로그래밍됩니다.

음극은 신경 자극에 관여하는 1차 접촉입니다. 카타르시스 접촉의 활성화는 접촉 쪽으로 전류가 흐르게 합니다: 전류는 축삭을 따라 흐르지만 축삭 내부와 축삭 막을 통해서도 흐릅니다. rvi의 노드에서 이러한 전류는 축삭돌기의 중간에서 탈분극(depolarization)으로 이어지고 축삭의 측면 부분에서 과분극(hyperpolarization)으로 이어집니다.

탈분극(depolarization)과 과분극(hyperpolarization)을 모델링하는 수학적 함수를 활성화 함수(activating function)라고 합니다. 활성화 함수는 막횡단 전위의 변화에 대한 근사치입니다. 주어진 전극 및 섬유 기하학의 신경 조직에 세포 외 자극 전류가 가해지면 활성화 기능이 척수, 등쪽 기둥 섬유에 적용됩니다.

활성화 영역은 섬유의 궤적(locus)으로 정의됩니다. 활성화 기능이 미리 결정된 임계값을 초과하는 모델에서, 활성화 기능은 등쪽 기둥의 활성화 영역을 예측하는 데 사용됩니다. 자극의 중심점은 자극 진폭을 결정하기 위해 3차원 활성화 영역의 기하학적 oid로 정의되고 계산됩니다. 자극 진폭을 결정하기 위해, 왼쪽 열 리드로부터 하나의 접촉이 음극으로 지정됩니다.

monopolar 구성에서는 첫 번째 섬유가 활성화될 때까지 자극 진폭이 반복적으로 증가합니다. 이것은 항상 등쪽 기둥입니다. 섬유질. 이 첫 번째 활성화는 임상 환경에서 환자에 의한 감각 이상에 대한 첫 번째 인식과 관련이 있는 것으로 가정합니다.

그런 다음 모델에서 전류는 첫 번째 광섬유를 활성화하는 데 필요한 전류의 1.4배로 증가하고 결과 활성화 영역의 OID가 계산됩니다. 100에서 0까지 시작하여 0에서 100까지 가는 모든 100개의 스티어링 단계의 OID는 이전 단계에서와 같이 결정된 진폭으로 계산됩니다. OID 변경의 평균 해상도는 OID 위치 범위를 현재 단계로 나눈 값입니다.

유한 요소 모델은 각각 8개의 접점이 2.6mm 떨어져 있는 두 개의 평행 리드를 가정합니다. 모든 접점에 대해 단일 공유 전원을 제공하는 단일 소스 장치는 3개의 중심 자극 지점을 대상으로 할 수 있습니다. 자극 매체를 측면으로 이동할 때 이는 2mm 리드 간격과 함께 평균 1mm의 단계 크기에 해당하며, 각 접점에 대한 전용 전원이 있는 장치는 등쪽 기둥의 내측 측면으로 100개의 중심점을 대상으로 할 수 있습니다.

전류를 1% 단위로 분별할 때, 이는 이중 리드 사이의 측면 내측으로 자극을 조향할 때 0.02%단계에 대해 1mm의 단계 크기에 해당합니다. 여기에 제시된 계산 모델은 각 접점에 대해 독립적인 전류 소스를 가진 장치가 단일 소스 시스템보다 등쪽 기둥의 더 많은 중앙 자극점을 대상으로 할 수 있음을 예측합니다. 그 결과, 다중 소스 시스템에서 자극 중심점의 조정 해상도는 20미크론이고 단일 소스 시스템에 비해 해상도가 약 50배 증가하며, 고해상도로 doer column에서 자극 이유를 조종할 수 있는 능력은 절차 통증 중첩을 더 잘 최적화할 수 있습니다.

특정 환자에 있는 환자의 경우, 유색인종의 활성화 이유는 부작용을 최소화하면서 통증 부위의 적용 범위를 최대화하기 위해 집중될 수 있습니다. 그러므로, 독립적인 소스로부터 분획된 전류를 사용하면 척수 자극 요법 동안 도저 컬럼의 표적 신경에 대한 자극을 정밀하게 조정할 수 있습니다.