Este estudo propõe um protocolo de estimulação TI para lesão medular que otimiza a colocação de eletrodos para regiões específicas e implementa com eficiência essa estratégia otimizada na aplicação clínica.
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Este estudo propõe um protocolo de estimulação TI para lesão medular que otimiza a colocação de eletrodos para regiões específicas e implementa com eficiência essa estratégia otimizada na aplicação clínica.
A lesão medular (LM) pode levar à perda permanente das funções motoras, sensoriais e autonômicas, apresentando um desafio clínico significativo para a reabilitação. Além das abordagens convencionais de reabilitação, a estimulação epidural da medula espinhal (eSCI) é frequentemente usada para melhorar a recuperação. No entanto, a natureza invasiva do eSCI limita a aceitação do paciente e a aplicação generalizada. Em comparação com a estimulação tradicional da medula espinhal, a estimulação da interferência temporal (TI) oferece uma abordagem não invasiva para estimular regiões profundas da medula espinhal, tornando-se uma técnica promissora para o tratamento da LME. Um fator crítico para alcançar uma estimulação TI eficaz para reabilitação de LME é a colocação precisa de dois pares de eletrodos na superfície da pele para gerar um envelope de alto campo elétrico dentro da área alvo da medula espinhal. Propomos um protocolo exclusivo que utiliza simulações de campo elétrico e otimização de parâmetros para determinar o posicionamento ideal do eletrodo para regiões SCI específicas. Além disso, este protocolo fornece uma descrição sistemática de como implementar com eficiência a estratégia otimizada de colocação de eletrodos na estimulação clínica de TI.
A lesão medular (LM) é um distúrbio debilitante do sistema nervoso central que pode resultar na perda permanente das funções motoras, sensoriais e autonômicas abaixo do nível da lesão 1,2. Consequentemente, o tratamento e a reabilitação de pacientes com LME tornaram-se um ponto focal tanto da pesquisa científica quanto da prática clínica. As abordagens tradicionais de tratamento, incluindo terapias farmacológicas e físicas, têm certas limitações na promoção da recuperação funcional 3,4,5,6. Dentre as fisioterapias, a estimulação elétrica da medula espinhal tem surgido como uma estratégia eficaz para a reabilitação da LME, que pode ser categorizada em modalidades invasivas e não invasivas 7,8. A estimulação elétrica invasiva da medula espinhal, como a estimulação epidural da medula espinhal (eSCI), fornece estimulação elétrica direta por meio de eletrodos implantados, mas traz riscos de infecção e formação de tecido cicatricial 9,10. Em contraste, técnicas não invasivas, como a estimulação elétrica nervosa transcutânea (TENS), são limitadas em sua capacidade de atingir efetivamente as estruturas profundas da coluna vertebral, comprometendo assim a eficácia terapêutica11,12.
A estimulação por interferência temporal (IT) é uma tecnologia emergente de neuromodulação que permite a estimulação não invasiva de tecidos profundos por meio de um modo específico de fornecimento de corrente elétrica13,14. Essa técnica envolve a colocação de dois pares de eletrodos na superfície da pele para fornecer correntes elétricas em frequências de quilohertz ligeiramente diferentes. Com base no princípio da interferência, essa configuração gera um envelope único de baixa frequência (variando de alguns hertz a várias dezenas de hertz) dentro dos tecidos profundos, permitindo assim a neuromodulação direcionada. Esse mecanismo de trabalho distinto permite que a estimulação TI supere as limitações de profundidade das técnicas convencionais de neuromodulação, proporcionando uma intervenção eficaz para estruturas neurais profundas sem procedimentos invasivos. Ao contrário do TENS, o TI atinge uma penetração mais profunda com alta especificidade espacial e, ao contrário do eSCI, evita riscos cirúrgicos, oferecendo uma alternativa mais segura e acessível para a neuromodulação da LME. A estimulação da TI tem sido investigada para o tratamento de várias doenças, como distúrbios do movimento e depressão. Na LME incompleta, como algumas vias neurais permanecem intactas, é altamente provável que a estimulação da TI aumente a atividade dos circuitos neurais remanescentes, promovendo assim a neuroplasticidade e a recuperação funcional15,16. Assim, a estimulação da TI é uma promessa significativa como uma estratégia de neuromodulação para o tratamento da LME17.
No entanto, os atuais sistemas de hardware de estimulação TI são projetados principalmente para aplicações transcranianas, e há uma falta de sistemas TI desenvolvidos especificamente para estimulação da medula espinhal. Devido às diferenças anatômicas e eletrofisiológicas entre a cabeça e o tronco, os dispositivos de estimulação TI existentes projetados para a cabeça não são totalmente aplicáveis à estimulação da coluna vertebral, levando a desafios na otimização dos parâmetros de saída e na colocação do eletrodo. Ao realizar a estimulação TI na cabeça, um sistema de coordenadas de campo de chumbo fixo (como o sistema 10-10) é frequentemente usado para facilitar o posicionamento do eletrodo na cabeça. No entanto, este sistema não é aplicável ao tronco. Além disso, como a estimulação TI gera envelopes de baixa frequência profundamente nos tecidos biológicos, é difícil prever a distribuição do campo elétrico resultante com base apenas na colocação manual do eletrodo. Em vez disso, simulações computacionais são normalmente necessárias para visualizar e otimizar a distribuição interna do campo elétrico. No momento, no entanto, não há um fluxo de trabalho estabelecido para simulação de campo elétrico e otimização de parâmetros para estimulação de TI espinhal, o que representa desafios significativos para sua aplicação clínica. Parâmetros como posicionamento dos eletrodos, frequências de estimulação e amplitude da corrente influenciam diretamente a distribuição do campo elétrico e a amplitude do envelope de baixa frequência, modulando a atividade neural e promovendo a neuroplasticidade 13,17.
O objetivo deste estudo é desenvolver um fluxo de trabalho conveniente e eficaz para simulação de campo elétrico de TI e otimização de parâmetros, juntamente com um sistema de hardware de TI adaptado para o tratamento de lesões na medula espinhal. Por meio da simulação de campo elétrico e otimização de parâmetros, pretendemos determinar as configurações de posicionamento do eletrodo que maximizam a amplitude do campo de envelope da TI em regiões-alvo específicas da SCI, aumentando assim a eficácia terapêutica. Além disso, para facilitar a implementação prática de configurações otimizadas de eletrodos, projetamos um novo método de posicionamento de coordenadas de eletrodos para estimulação de TI da medula espinhal com base no sistema de hardware de TI original para a cabeça. Este sistema destina-se a simplificar o posicionamento do eletrodo e melhorar a viabilidade operacional em ambientes clínicos.
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Este estudo envolve seres humanos e foi conduzido de acordo com a Declaração de Helsinque. A aprovação ética foi obtida do Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Zhejiang. O consentimento informado por escrito foi obtido de todos os participantes antes de sua inclusão, garantindo que eles fossem totalmente informados sobre o objetivo do estudo, procedimentos, riscos potenciais e seu direito de desistir a qualquer momento sem penalidade. Os reagentes e os equipamentos utilizados neste estudo estão listados na Tabela de Materiais.
Contra-indicações e considerações especiais
Os pacientes com LME são avaliados quanto à elegibilidade usando um questionário de histórico médico e exame físico para identificar condições que afetam a participação:
Critérios de inclusão: (1) Idade entre 18 e 80 anos (masculino ou feminino); (2) LME incompleta classificada como ASIA B, C ou D, com início de 1 a 6 meses; (3) Nenhuma mudança na avaliação da ASIA na semana passada; (4) Regime de medicação estável durante todo o período do estudo; (5) Vontade de cumprir todos os requisitos do estudo, incluindo a participação em todas as sessões de treinamento e avaliações de reabilitação necessárias.
Critério de exclusão17: (1) Limitações da função motora devido a distúrbios neurológicos (por exemplo, acidente vascular cerebral, esclerose múltipla, lesão cerebral traumática); (2) Presença de quaisquer condições médicas instáveis ou graves (por exemplo, hipertensão não controlada, insuficiência cardíaca); (3) História de epilepsia; (4) Contraindicações à estimulação elétrica (por exemplo, dispositivos eletrônicos implantados, marca-passos, implantes metálicos).
1. Materiais
2. Simulação de campo elétrico e otimização de parâmetros
NOTA: O fluxo de trabalho geral da simulação do campo elétrico consiste em três etapas principais: construção do modelo geométrico (incluindo o modelo humano e eletrodos), definição das condições de simulação (propriedades do material, condições de contorno e geração de malha) e, finalmente, realização de cálculos para visualizar a distribuição do campo elétrico na região alvo da medula espinhal (Figura 2). A otimização de parâmetros envolve a simulação de campos elétricos para várias configurações de pares de eletrodos candidatos, calculando a intensidade média do campo elétrico na região alvo e identificando a configuração que maximiza essa intensidade. As etapas específicas são as seguintes:
3. Posicionamento do eletrodo e configuração do dispositivo
4. Estimulação
5. Etapas pós-procedimento
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Ao realizar simulações de TI sem erros, a intensidade média do campo elétrico na região alvo da medula espinhal estimulada pelo grupo atual de pares de eletrodos pode ser obtida. Tomando o Grupo 10 estimulando a área alvo C5 como exemplo (Figura 9), a "Média ponderada de volume" exibida na interface é de 0.50 V/m. Além disso, ao clicar em "Modulação máxima - Filtro de máscara - Visualizadores - Visualizador de superfície", uma visualização 3D da distribuiçã...
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Etapas críticas
Configurando condições de simulação
Quando os eletrodos são colocados na superfície da pele do modelo humano, os eletrodos cilíndricos são parcialmente incorporados à pele para garantir que não haja espaço de ar entre os eletrodos e a pele. Caso contrário, a corrente não pode passar pelo ar e entrar no corpo humano. A distância do eletrodo até a origem (d1, d2) é medida ao longo da sup...
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Todos os autores declaram não haver conflitos de interesse relacionados a este artigo.
Pesquisa apoiada pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (52407261), o Programa de P&D "Pioneiro" e "Ganso Líder" de Zhejiang (2025C01137), Plano Chave de Pesquisa e Desenvolvimento da Província de Zhejiang (2024C03040), Projeto de Fundo Especial de Pesquisa da Associação de Medicina de Reabilitação de Zhejiang (ZKKY2024008) e Sim4Life da ZMT, www.zmt.swiss.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Sistema de ressonância magnética ou tomografia computadorizada 3T | Siemens Healthineers | MAGNETOM Skyra (RM) / SOMATOM X.cite (CT) | |
| Fita adesiva | 3M | Durapore 1538-1 | |
| Lenços com álcool | PDI Healthcare | S41125 | |
| Bateria | Neurodome | Acessório do NervioX-1000 | |
| Computador | Dell Technologies | Precision 3660 | 16 GB de RAM, processador multi-core |
| Gel eletricamente condutor | Soterix | HD-1AGE-12 | |
| Adaptador de eletrodos | Neurodome | Acessório do NervioX-1000 | |
| Software de simulação eletromagnética | ZMT Zurich MedTech AG | Sim4Life v8.0 | |
| Modelos de simulação humana | Fundação IT'IS | População Virtual 3.0 | Duke (Estática) 3.0, Ella (Estática) 3.0 |
| Álcool isopropílico | Medline Industries | MDS098003Z | |
| Fita métrica | Ferramentas Stanley | 33-725 | |
| Papel Toalha | Kimberly-Clark | Kimwipes 34155 | |
| Seringa ou Aplicador | BD | 305857 | |
| Estimulador TI | Neurodome | NervioX-1000 | Dispositivo de Estimulação por Interferência Temporal |
| Dois pares de eletrodos e cabos Ag/AgCl | Shanhai Medical Ltd | SHTIS | |
| Marcador Lavável | Crayola | 58-7726 |
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