Estimulação Elétrica de Interferência Temporal Não Invasiva para Reabilitação da Medula Espinhal

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 terapêutica^11,12.

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 elétrica^13,14. 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 funcional^15,16. 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.

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

1. Verifique a integridade dos materiais necessários (consulte Tabela de materiais).
2. Avalie pacientes com LME usando ressonância magnética (MRI) ou tomografia computadorizada (TC).
3. Abra o software de simulação eletromagnética para realizar simulações de campo elétrico (todas as etapas são implementadas dentro do software, eliminando a necessidade de mudar para outro software ou usar scripts adicionais). Antes de realizar simulações de campo elétrico, certifique-se de que o software de simulação eletromagnética contenha modelos humanos (masculino ou feminino).
   1. Se esses modelos não estiverem disponíveis, selecione Modelo/Fantasma - Humanos na faixa de opções e baixe o modelo humano. Quando o download estiver concluído, importe o modelo para o projeto atual para simulações subsequentes.
4. Pressione o botão liga/desliga para ligar o estimulador TI antes de cada sessão de estimulação e, em seguida, conecte o adaptador de eletrodo usando os cabos de conexão designados (Figura 1). Verifique o status da bateria na tela do dispositivo. Carregue o dispositivo imediatamente se o nível da bateria estiver abaixo de 20%, usando o adaptador de energia designado conectado a uma tomada elétrica padrão.
   NOTA: Adaptadores incompatíveis podem danificar a bateria ou causar irregularidades na saída do estimulador TI.
5. Inspecione cada eletrodo Ag/AgCl visualmente quanto a rachaduras, descoloração ou resíduos. Limpe os eletrodos com álcool isopropílico e um pano macio para remover contaminantes. Em seguida, aplique uma camada fina e uniforme de gel condutor na superfície do eletrodo para reduzir a impedância de contato e evitar irritação da pele durante a estimulação.
   1. Além disso, certifique-se de ter informações precisas sobre as dimensões dos eletrodos, incluindo seu diâmetro e espessura, pois esses parâmetros desempenham um papel crítico nas simulações de campo elétrico subsequentes.
6. Conecte os dois pares de cabos de eletrodo ao adaptador de eletrodo combinando os conectores de cabo com as portas rotuladas.

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:

1. Inicie o software de simulação eletromagnética em um computador com pelo menos 16 GB de RAM e um processador multi-core. Crie um novo projeto selecionando Arquivo - Novo Projeto na faixa de opções.
2. Construção de modelo geométrico
   1. Clique na guia Modelo na faixa de opções e importe um modelo humano selecionando Modelo/Fantasma - Humanos e escolhendo um modelo estático masculino ou feminino (Figura 3).
   2. Identifique a localização vertebral mais próxima do local da LME usando pontos anatômicos (por exemplo, C5 está aproximadamente 2-3 cm abaixo do processo espinhoso de C7, palpável como uma protrusão óssea proeminente na base do pescoço). Defina a coordenada da superfície da pele diretamente acima da região central da vértebra selecionada como origem (Esboço - Ponto). Defina os eixos horizontal e vertical como os eixos x e y, respectivamente (Figura 4).
      NOTA: Na demonstração do protocolo, selecionamos a região da medula espinhal envolta pela vértebra C5 como alvo de estimulação. Esta não é uma escolha fixa, mas foi feita para a conveniência da demonstração. Ao aplicar o protocolo na prática, qualquer área-alvo especificada da medula espinhal pode ser selecionada arbitrariamente.
   3. Para cada configuração de par de eletrodos, coloque os quatro eletrodos simetricamente em torno da origem (Figura 4), com um par de cada lado da coluna. Defina as posições pela distância horizontal (d₁) e distância vertical (d₂) da origem, de modo que as coordenadas dos quatro eletrodos em cada configuração sejam (d₁, d₂), (d₁, -d₂), (-d₁, d₂) e (-d₁, -d₂).
      NOTA: Nesta demonstração, são avaliadas 25 configurações de pares de eletrodos, com eletrodos adjacentes em cada quadrante espaçados 1 mm horizontalmente e 5 mm verticalmente, o que permite que os eletrodos candidatos sejam distribuídos dentro de uma faixa adequada em relação à área alvo. O procedimento específico de colocação do eletrodo é o seguinte. Usando o primeiro quadrante como exemplo:
      1. Crie um eletrodo cilíndrico clicando em Sólidos - Cilindro na fita com dimensões correspondentes aos eletrodos reais usados no tratamento clínico. A espessura pode ser ligeiramente aumentada para levar em conta pequenas interseções com a superfície da pele no modelo de simulação.
         NOTA: Nesta demonstração, o diâmetro do eletrodo foi ajustado para 10 mm e a espessura para 5 mm.
      2. Clique em Mover na fita para colocar o cilindro na superfície posterior da pele com uma leve incorporação. Ajuste seu centro para (10 mm, 10 mm), representando uma distância horizontal e vertical de 10 mm da origem.
      3. Duplique o cilindro no Model Explorer e desloque-o para a direita em 11 mm para posicionar o segundo eletrodo em (21 mm, 10 mm). Repita esse processo para criar eletrodos adicionais em (32 mm, 10 mm), (43 mm, 10 mm) e (54 mm, 10 mm).
      4. Copie o primeiro eletrodo e desloque-o para cima em 15 mm para posicionar o segundo eletrodo em (10 mm, 25 mm). Repita esse processo para gerar eletrodos em (10 mm, 40 mm), (10 mm, 55 mm) e (10 mm, 70 mm).
      5. Repita este processo, gere 25 eletrodos (5 linhas × 5 colunas) dentro do primeiro quadrante.
         NOTA: Cada configuração de estimulação TI usa quatro eletrodos (dois pares) para fornecer correntes de frequência de dois quilohertz que interferem na criação de um envelope de baixa frequência na medula espinhal. Para otimizar o posicionamento, 25 configurações, cada uma com quatro eletrodos, são testadas usando uma grade de 5 x 5 posições por quadrante, totalizando 100 eletrodos em todas as simulações. O tamanho dos eletrodos e a distância entre os eletrodos em diferentes grupos são especificados de acordo com as condições reais, e esta demonstração fornece apenas um exemplo.
   4. Para o procedimento de colocação do segundo, terceiro e quarto quadrantes, siga o mesmo processo. Após a conclusão, todas as configurações de 25 pares de eletrodos (um total de 100 eletrodos) são organizadas conforme mostrado na Figura 4.
   5. Renomeie os eletrodos sistematicamente clicando com o botão direito do mouse no eletrodo correspondente no Explorador de modelos (por exemplo, "ROn" para o primeiro quadrante, "LOn" para o segundo, "LBn" para o terceiro, "RBn" para o quarto, onde n é o número do grupo de 1 a 25).
   6. Inspecione o posicionamento do eletrodo visualmente na visualização do modelo 3D. Ajuste as posições usando o Move para garantir que cada eletrodo se encaixe levemente (0.5 mm) na superfície da pele sem lacunas.
3. Configuração das condições de simulação
   1. Clique na guia Simulação e crie uma nova simulação clicando em Novo - EM LF Electro - Ohmic Quasi-Stat na faixa de opções. Clique com o botão direito e renomeie-o como "LF-R1". Como a estimulação TI opera em baixas frequências, use o solucionador "Ohmic Quasi-Stat" para considerar apenas a aproximação quase-estática.
   2. Clique no painel Configuração em Gerenciador de simulação , defina a frequência para 1040 Hz.
   3. Arraste o modelo humano da Multi-Tree para LF-R1 - Materials, que atribuirá automaticamente valores de condutividade específicos do tecido a 1040 Hz (Tabela 1).
   4. Em Condições de limite, modifique as configurações padrão de limite para Fluxo selecionando Tipo de limite e escolhendo Fluxo no menu suspenso. Em seguida, crie duas novas "Configurações de limite" clicando em nova configuração e atribua tensões de entrada de +1 V e 0 V ( Figura 5).
      1. Atribua os eletrodos "RO1" e "RB1" a essas configurações arrastando-os para as respectivas "Configurações de limite", respectivamente, indicando que "RO1" emite +1 V enquanto "RB1" serve como caminho de retorno.
   5. Mantenha as configurações padrão para "Sensores" e ajuste a grade definindo o passo máximo para 1 mm e a resolução da geometria para 1 mm, com base em recursos computacionais.
   6. Crie uma nova simulação "LF-L1" duplicando "LF-R1", defina a frequência para 1000 Hz e atribua os eletrodos "LB1" e "LO1" às "Configurações de limite" de +1 V e 0 V.
      NOTA: Esta configuração espelha "LF-R1", mas com a configuração de eletrodo oposta, gerando o efeito de interferência. Todas as outras configurações permanecem inalteradas. Isso conclui a configuração de simulação do primeiro par de eletrodos.
   7. Duplique LF-R1 e LF-L1, renomeie-os como LF-R2 e LF-L2 e modifique as configurações de limite para atribuir os eletrodos correspondentes. Remova os eletrodos anteriores de "Grid" e "Voxels" e adicione o novo conjunto para cada par. Repita para todos os 25 grupos.
   8. Depois que todas as simulações estiverem configuradas, selecione todas as simulações na guia Simulação , clique em Atualização automática de grade na faixa de opções (clique no Gerenciador de tarefas no canto inferior direito. Se a janela indicar que a grade foi construída, isso confirmará que as etapas estão ocorrendo normalmente) e, em seguida, selecione Executar - Execução em lote para executar todas as simulações simultaneamente.
      NOTA: As frequências de 1040 Hz (LF-R1) e 1000 Hz (LF-L1) são escolhidas para produzir um envelope de baixa frequência de 40 Hz (1040 Hz - 1000 Hz) por interferência, que é a frequência efetiva de estimulação na região alvo da medula espinhal para neuromodulação¹⁷.
4. Realizar análises estatísticas
   1. Clique na guia Análise , selecione LF-R1 - Campo Geral - Extrator de Sensor e clique em Campo Geral para gerar um Campo Geral .
   2. Clique em Campo Geral - EM E(x,y,z,f0) - Ferramentas de Dados de Campo - Escala de Campo para converter a distribuição do campo elétrico de uma tensão de entrada de 1V para uma corrente de entrada de 1mA. O fator de escala é determinado da seguinte forma (Figura 6):
      1. Na guia Modelo , crie um volume cúbico (Bloco RO1) envolvendo o eletrodo RO1 selecionando Sólidos - Bloco na faixa de opções e definindo as dimensões para abranger totalmente o eletrodo (por exemplo, 12 mm × 12 mm × 7 mm).
      2. Arraste o Bloco RO1 da Multiárvore para o painel Análise , gerando dois módulos idênticos "Bloco RO1".
      3. Selecione Campo Geral em LF-R1 e o primeiro Bloco RO1 no Explorador de Modelos e, em seguida, clique em Superfície e EM E(x,y,z,f0) simultaneamente. Clique em Flux Evaluator - List Viewer para exibir o valor "Total Flux". Calcule o fator de escala dividindo 0,001 pelo valor do Fluxo Total.
   3. Repita o mesmo processo para "LF-L1" .
   4. Selecione várias vezes LF-R1 e LF-L1 em Escala de campo no Gerenciador de análise e clique em Modulação máxima na faixa de opções para acoplar as distribuições de campo elétrico dos dois pares de eletrodos. Defina "Peso A" e "Peso B" para 2 para refletir a saída de 2 mA por par de eletrodos (Figura 7).
   5. Extrair a intensidade média do campo elétrico na região-alvo da medula espinal:
      1. Aplique um "Filtro de máscara" selecionando Ferramentas de dados de campo - Filtro de máscara na faixa de opções para manter apenas a região "Medula espinhal".
      2. Clique em LF-R1 no Gerenciador de Análise e clique em Ferramentas de Dados de Campo - Recortar na faixa de opções para isolar a região da medula espinhal de destino (Figura 8).
      3. Clique em Estatísticas - Visualizador de tabela na faixa de opções para exibir a intensidade média do campo elétrico para a região recortada (faixa de valores normais: 0,1-2 V/m).
   6. Repita o processo para todas as configurações de 25 pares de eletrodos e adquira a intensidade média do campo elétrico no alvo de todos os 25 grupos.
   7. Compare a intensidade média do campo elétrico para cada configuração e identifique a configuração com a intensidade mais alta como a configuração ideal.

3. Posicionamento do eletrodo e configuração do dispositivo

1. Peça ao paciente com LME para se sentar confortavelmente em uma cadeira com encosto, garantindo que seu tronco esteja ereto e com as costas expostas, removendo ou ajustando a roupa.
2. Identifique o nível vertebral mais próximo do local da LME, palpando os processos espinhosos ao longo da coluna vertebral. Localize o processo espinhoso C7 (proeminente na base do pescoço) e conte para baixo até a vértebra alvo (por exemplo, C5 é duas vértebras acima de C7). Marque a superfície da pele acima do processo espinhoso da vértebra alvo com um marcador lavável (58-7726, Crayola Inc.) para designar a origem¹⁸.
3. Com base nos parâmetros de colocação do eletrodo previamente otimizados (d₁, d₂), meça as quatro posições do eletrodo usando uma fita métrica flexível. A partir da origem, meça d₁ horizontalmente (esquerda e direita) e d₂ verticalmente (para cima e para baixo) para localizar as posições nos quatro quadrantes: (d₁, d₂), (d₁, -d₂), (-d₁, d₂), (-d₁, -d₂). Marque cada posição com um marcador lavável.
4. Limpe a pele nos locais dos eletrodos marcados com lenços umedecidos com álcool para remover óleos e detritos. Inspecione a pele para garantir que esteja intacta, sem cortes ou abrasões. Aplique 1,5 mL de gel condutor em cada local usando uma seringa ou aplicador, espalhando-o uniformemente em uma área de 10 mm de diâmetro.
5. Minimize a tensão nos cabos do eletrodo prendendo o comprimento excessivo do cabo com fita adesiva. Suspenda os cabos para pendurá-los naturalmente, prendendo-os à cadeira ou a um suporte próximo, reduzindo o risco de desprendimento acidental.
6. Prenda os eletrodos nas posições marcadas nas costas do paciente, pressionando cada eletrodo Ag / AgCl firmemente na pele coberta de gel. Prenda cada eletrodo com fita adesiva, cobrindo as bordas para evitar movimento.
   NOTA: Os eletrodos do lado direito e do lado esquerdo formam um par de eletrodos. Designe o eletrodo superior do lado direito como ânodo e o eletrodo inferior como cátodo. Designe o eletrodo superior do lado esquerdo como o cátodo e o eletrodo inferior como o ânodo, formando uma configuração de imagem espelhada.
7. Assim que os eletrodos estiverem posicionados corretamente e todas as conexões forem verificadas, ligue o estimulador TI pressionando o botão liga/desliga . Clique em Configurações de parâmetros globais e configure os seguintes parâmetros de estimulação: Modo de estimulação: tTIS, Tipo de estimulação: Estimulação padrão, Duração total da estimulação: 1200 s, Forma de onda de estimulação: Onda senoidal selecionando as opções correspondentes no menu.
8. Realize a medição de impedância para os dois canais de estimulação selecionados. Clique em Iniciar teste de impedância para garantir que a impedância esteja dentro da faixa aceitável (o estimulador interromperá automaticamente a saída se a impedância de carga exceder 12 kΩ). A faixa de impedância ideal para estimulação eficaz é de 6-8 kΩ.
9. Configure a frequência de estimulação e a amplitude da corrente de saída para cada canal. Canal 1: Frequência definida para 1040 Hz, amplitude de corrente definida para 2 mA. Canal 2: Frequência definida para 1000 Hz, amplitude de corrente definida para 2 mA¹⁵.

4. Estimulação

1. Certifique-se de que o participante permaneça em uma posição sentada confortável durante todo o procedimento e permaneça totalmente consciente o tempo todo.
2. Ative o estimulador pressionando o botão Iniciar na interface do dispositivo para iniciar a estimulação.
3. Monitore o feedback do paciente durante a estimulação, pedindo-lhe que relate quaisquer sensações (por exemplo, formigamento, desconforto). Reduza a amplitude da corrente em incrementos de 0.5 mA ou pause a estimulação imediatamente pressionando o botão Parar se o paciente relatar desconforto significativo ou uma forte sensação de ardência.
   NOTA: Espere uma leve sensação de formigamento ou coceira, que é uma resposta fisiológica normal à estimulação elétrica transcutânea, como observado neste estudo e em pesquisas anteriores sobre técnicas semelhantes¹⁷. Essa sensação geralmente desaparece em 2-3 minutos.

5. Etapas pós-procedimento

1. Após a conclusão da sessão de estimulação, meça o status da impedância novamente selecionando Iniciar teste de impedância para avaliar as alterações pós-estimulação. Registre os valores para comparação.
2. Verifique a estabilidade física do paciente verificando seu equilíbrio e conforto enquanto estiver sentado. Remova a fita adesiva com cuidado, retirando-a lentamente da pele para evitar irritação. Solte os eletrodos com cuidado, levantando-os de uma borda.
3. Enxágue os eletrodos com água limpa sob uma torneira e seque-os ao ar em uma toalha limpa. Limpe a pele do paciente nos locais dos eletrodos com uma toalha de papel úmida para remover o gel residual.
4. Administre um questionário padronizado ao paciente, perguntando sobre alterações sensoriais (por exemplo, formigamento, dormência), melhorias motoras e eventos adversos (por exemplo, irritação da pele, dor). Registre as respostas para análise¹⁹.

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 distribuição do campo elétrico na medula espinhal pode ser preservada enquanto define outros tecidos como semitransparentes. Isso permite uma observação intuitiva da distribuição do campo elétrico do Grupo 10 em torno da área-alvo C5 (Figura 10).

Depois de concluir as simulações para todos os grupos, a intensidade média do campo elétrico em cada área-alvo é analisada e comparada. Por exemplo, em simulações realizadas no modelo, a estimulação TI foi aplicada em três áreas-alvo: C5, T7 e L3 (Figura 11), conforme relatado por Xie et al.20. Os resultados indicam que um d2 menor resulta em uma intensidade média de campo elétrico mais baixa na região alvo. Os valores ideais (d1, d2) para as três áreas-alvo foram (32 mm, 70 mm) para C5, (10 mm, 40 mm) para T7 e (10 mm, 70 mm) para L3.

Na prática, quando a estimulação TI é aplicada pela primeira vez, pode ocorrer uma leve coceira ou leve sensação de formigamento. Esta é uma resposta fisiológica normal, indicando que a corrente está passando pela pele, como observado neste estudo e apoiado por estudos de técnicas semelhantes de estimulação elétrica19. A sensação geralmente diminui em alguns minutos.

Atualmente, as aplicações clínicas da estimulação IT para LM permanecem limitadas e sua eficácia terapêutica requer validação adicional. No entanto, estudos clínicos existentes demonstraram que duas semanas de estimulação contínua da IT levam a melhorias significativas na função neurológica, força motora, percepção sensorial e independência funcional em pacientes com LME (Tabela 2), conforme relatado por Cheng et al.17. Esses achados apóiam a hipótese de que a estimulação IT é uma abordagem terapêutica eficaz para o tratamento da LME.

Figura 1: Colocação de eletrodos durante o tratamento clínico com base na simulação de campo elétrico.Dois pares de eletrodos foram colocados de acordo com a configuração ótima determinada por meio de simulação de campo elétrico e otimização de parâmetros. O alvo de estimulação (por exemplo, C5) foi identificado, e o ponto na pele diretamente acima desse alvo - perpendicular à superfície da pele - foi definido como a origem. Usando as coordenadas otimizadas (d1, d2) em relação à origem, as posições de posicionamento dos dois pares de eletrodos foram determinadas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: O pipeline de simulação de campo elétrico e otimização de parâmetros. Um total de 25 grupos candidatos são avaliados, sendo cada grupo composto por dois pares de eletrodos: um par posicionado no lado direito da região alvo (Par R2) e outro no lado esquerdo (Par L2). Os quatro eletrodos em cada grupo são colocados a uma distância horizontal idêntica (d1) e distância vertical (d2) da origem, permitindo que cada grupo seja representado como (d1, d2). Ao posicionar sistematicamente os pares de eletrodos e configurar as condições de simulação, a intensidade média do campo elétrico dentro da região alvo é calculada para todos os grupos. Os grupos são então comparados, e o melhor grupo (d1, d2) é determinado com base na maior intensidade média do campo elétrico. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Modelo humano usado para simulação. O modelo humano estático Duke V3.0 foi selecionado e importado por meio da opção "Modelo/Fantasma" na interface da faixa de opções. Este modelo foi baixado e incorporado para uso no ambiente de simulação. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Posicionamento do eletrodo na simulação e otimização de parâmetros. Dois pares de eletrodos foram colocados em cada simulação. Todas as configurações de eletrodos usadas durante a otimização de parâmetros também são mostradas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Configurações de limite para a simulação LF-R1. As condições de contorno para a simulação LF-R1 foram configuradas selecionando primeiro "Configurações de limite" no software. No painel "Controlador", o "Tipo de limite" foi definido como "Fluxo". Duas entradas "Configurações de limite - Dirichlet" foram criadas clicando com o botão direito do mouse em "Condições de limite" no Explorer e selecionando "Novas configurações". Na "Multi-árvore", o ânodo e o cátodo de um par de eletrodos foram atribuídos às respectivas configurações de contorno de Dirichlet. O "Potencial Constante" foi definido como 1 V para o ânodo e 0 V para o cátodo no painel do Controlador. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Conversão da distribuição do campo elétrico de uma entrada de 1 V para uma entrada de 1 mA. Para converter a distribuição do campo elétrico obtida usando uma entrada de 1 V para a correspondente a uma entrada de 1 mA, um volume cúbico (Bloco RO1) foi criado ao redor do eletrodo RO1 na guia Modelo selecionando "Sólidos - Bloco" na fita e ajustando as dimensões (por exemplo, 12 mm × 12 mm × 7 mm) para abranger totalmente o eletrodo. O objeto "Bloco RO1" foi então arrastado da "Multi-árvore" para o painel "Análise", gerando dois módulos idênticos. No explorador "Modelo", "Campo geral" em "LF-R1" e a primeira instância de "Bloco RO1" foram selecionados, seguidos pela ativação das opções "Superfície" e "EM E(x,y,z,f0)". O "Flux Evaluator - List Viewer" foi usado para exibir o valor do "Total Flux". O fator de escala foi determinado dividindo-se 0,001 pelo valor do Fluxo Total. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7: Modulação do campo elétrico e cálculo da amplitude do envelope. Os campos elétricos gerados pelos dois pares de eletrodos em um grupo foram modulados e suas amplitudes de envelope foram calculadas. As entradas "LF-R1" e "LF-L1" em "Escala de campo" no explorador "Análise" foram selecionadas juntas, e a função "Modulação máxima" na faixa de opções foi usada para acoplar as distribuições de campo elétrico dos dois pares de eletrodos. Os parâmetros "Peso A" e "Peso B" foram ajustados para 2, correspondendo a uma saída de 2 mA por par de eletrodos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8: Isolamento da região alvo da medula espinhal e cálculo da intensidade média do campo elétrico. A região alvo da medula espinhal foi cortada e extraída para avaliar a intensidade do campo elétrico. No explorador "Análise", o campo "LF-R1" foi selecionado e a função "Ferramentas de Dados de Campo - Cortar" na faixa de opções foi usada para isolar a área desejada. A intensidade média do campo elétrico dentro desta região foi posteriormente calculada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 9: Intensidade média do campo elétrico no alvo da medula espinhal na simulação de TI (Grupo 10). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 10: Vista 3D da distribuição do campo elétrico da medula espinhal na simulação de TI (Grupo 10). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 11: Intensidade média do campo elétrico no alvo da medula espinhal simulada usando 25 grupos. Os valores ideais (d1, d2) para as três áreas-alvo foram (32 mm, 70 mm) para C5, (10 mm, 40 mm) para T7 e (10 mm, 70 mm) para L3. Essa figura é modificada de Xie et al.20. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Tabela 1: As condutividades elétricas dos tecidos relativos em 1 kHz. Clique aqui para baixar esta tabela.

Tabela 2: Características demográficas e clínicas dos participantes estimulados pela TI. Modificado de Cheng et al.17. Clique aqui para baixar esta tabela.

Todos os autores declaram não haver conflitos de interesse relacionados a este artigo.