Dorsale kolom stuurbaarheid met Dual Parallel Leads met behulp van Dedicated Stroombronnen: een rekenmodel

Het algemene doel van het volgende experiment is om de media laterale stuurbaarheid van een multi-source spinale zenuwstimulatiesysteem in spinale zenuwstimulatie te beoordelen. Concordantie van stimulatie-geïnduceerde paresthesie over pijnlijke lichaamsdelen is een noodzakelijke voorwaarde voor therapeutische werkzaamheid. Omdat pijnpatronen van patiënten uniek kunnen zijn, is een veelgebruikte stimulatieconfiguratie het plaatsen van twee leads parallel in de dorsale epidurale ruimte.

Deze constructie biedt flexibiliteit in het sturen van stimulatie, huidige media lateraal over de dorsale kolom om betere pijn te bereiken. Paresthesie overlap. Het beoordelen van de stuurbaarheid van stimulatie wordt bereikt door eerst een eindige elementenmodel van de menselijke spinale zenuwstam te maken om de potentiële velden te bepalen die worden gecreëerd door epidurale spinale zenuwstimulatie-elektroden. Als tweede stap worden de potentialen binnen de dorsale kolom berekend voor een verscheidenheid aan cathodische stromen die worden geleverd door twee typen spinale zenuwstimulatiesystemen.

Multisource, waarbij elke geïmplanteerde contact een toegewijde stroombronne heeft en een enkele bron waarbij er slechts één stroombronne is verbonden met meerdere contacten. Vervolgens worden de potentiëlen gebruikt om het voorspelde volume van activering in de dorsale kolom te berekenen voor elk systeemtype. Om de media laterale resolutie van vezelrekrutering in elk systeem te vergelijken, tonen de resultaten aan dat het multi-source systeem meer centrale punten van stimulatie in de dorsale kolom kan targeten dan een enkele bron systeem en de gemiddelde stuurpas voor media laterale sturing is 20 micrometer voor multi-source systemen versus één millimeter voor enkele bron systemen.

Een 50-voudige verbetering. De mogelijkheid om stimulatiegebieden in de dorsale kolom met hoge resolutie te centreren, kan een betere optimalisatie van paresthesie pijnoverlap bij patiënten mogelijk maken. Het belangrijkste voordeel van het gebruik van multi-source stimulatietechniek ten opzichte van een enkele brontechniek is dat het stimulatieveld uiteindelijk kan worden aangepast om selectief de doelneuron te stimuleren in die dosiskolom bij elke individuele patiënt, wat in feite de therapeutische mogelijkheid maximaliseert terwijl de bijwerkingen worden geminimaliseerd.

Het hier gedefinieerde wiskundige model is een eindige elementenmodel of FEM van de lage thoracale spinale zenuwstam en zijn omgeving. Het FEM-model omvat de witte en grijze materie van de spinale zenuwstam, hersenvocht, dura, epidurale ruimteweefsel, wervelbot en twee cilindrische multi-contact leads. Elke multi-contact lead bestaat uit acht cilindrische platina-iridium contacten, gescheiden door één millimeter lengte isolerende polymeer.

Acht contactleidingen worden nu beschouwd als de klinische standaard in spinale zenuwstimulatie. Het gebruik van acht contacten is geëvolueerd uit eerdere apparaten die slechts twee of vier contacten hadden. Studies hebben gesuggereerd dat een groter aantal contacten en daarmee een groter bereik van spinale zenuwstamdekking robuuster is in het handhaven van therapie in de loop van de tijd.

In het geval van leadmigratie, een veel voorkomend probleem, worden de leads dorsaal boven de dura gepositioneerd, gescheiden door 2,6 millimeter. Voor de eenvoud. In de simulatie worden paren van leads symmetrisch ten opzichte van de middenlijn van de spinale zenuwstam gepositioneerd.

In het model wordt de dikte van de hersenvochtlaag tussen de contacten en het dorsale oppervlak van de spinale zenuwstam gespecificeerd op 3,2 millimeter. De elektrische weerstand die in het model wordt gebruikt, wordt hier gegeven. Het CSF-witte-stof en dura hebben de laagste weerstand.

De epidurale vetlaag en het wervelbot hebben een hoge weerstand. Hier is het netwerk van het FEM-model voor de spinale zenuwstam en de multi-contact lead weergegeven. Het volume is gemaakt met meer dan 100 miljoen knooppunten met een hoge dichtheid van het netwerk in het gebied dichtbij waar de elektroden zich bevinden. Alleen de delen van het netwerk met hoge dichtheid worden hier getoond.

Het netwerk is onderverdeeld in secties met variabele knooppuntendichtheid. De scheiding van knooppunten nabij de contacten is minder dan of gelijk aan 300 microns. De knooppuntscheiding van de isolator dura en spinale zenuwstam is minder dan of gelijk aan 750 microns.

De knooppuntendichtheid van de epidurale ruimte is minder dan of gelijk aan 3000 microns en de knooppuntscheiding van het wervelbot is minder dan of gelijk aan 5.000 microns. Het 3D-model van de spinale zenuwstamgeometrie is gemaakt met behulp van een combinatie van kenmerken uit relevante literatuurbronnen. Dorsale kolomvezels worden geplaatst op een regelmatig raster van 200 microns in de media laterale richting, 100 microns in de dorsale ventrale richting en geprojecteerd in de stro coddle richting.

Zodra de leads binnen het model zijn gepositioneerd, worden twee soorten stimulatoren geïmplementeerd door de stromen voor twee parallelle contacten te definiëren. Voor een enkele bron systeem is er een enkele kathode en anode die kan worden aangesloten op elke set contacten wanneer geïmplementeerd. In het model wordt alleen de polariteit van een contact gedefinieerd en is de stroom door elk contact afhankelijk van het aantal contacten dat op een pool is aangesloten.

Bijvoorbeeld, als een enkele contact is verbonden met de kathode, dan zal die contact alle kathode stroom wegvoeren. Als echter twee contacten zijn verbonden met de kathode pool van de bron, dan verdelen zij de stroom in het midden. Natuurlijk, in het wiskundige model is de impedantie van elk contact identiek, wat niet typisch waar is in klinische toepassing.

Dit impliceert dat de stroomlevering aan elke contact in een enkele bron systeem niet wordt gecontroleerd. Voor onze modelonderzoeken hebben we drie mogelijke methoden gebruikt om stroom te leveren. In de eerste methode heeft de linkse kathode alle stroom in de tweede, de twee kathoden leveren elk 50%van de stroom, en in de derde levert de rechtse kathode alle stroom. Voor het multi-source systeem is elke contact gedefinieerd om zijn eigen stroombronne te hebben, controleerbaar in 1%incrementele st