Yöntem makalesi

Çok Elektrotlu Transkraniyal Elektrik Stimülasyonu için Kişiselleştirilmiş 3D Baskılı Başlık

DOI:

10.3791/68815

⸱

9 Eylül 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Research Program on Cognition and Neuromodulation Based Interventions, Departments of Psychiatry & Neurology, University of Michigan, Ann Arbor, 2Mental Health Service, VA Ann Arbor Healthcare System, 3Research and Development, Soterix Medical, 4Department of Biomedical Engineering, City College of New York

Bu makalede

Özet

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

Patentli, kişiselleştirilmiş 3D baskılı başlığımız, ofis içi ve uzaktan iletilen çok elektrotlu transkraniyal elektrik stimülasyonunun (ME-tES) hızlı ve güvenilir bir şekilde iletilmesini sağlar.

Özet

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

Evde bile çok elektrotlu transkraniyal elektriksel stimülasyona olanak tanıyan kişiselleştirilmiş 3D baskılı başlıklar oluşturmaya yönelik yeni, patentli bir yaklaşıma genel bir bakış sunuyoruz. Yapısal bir manyetik rezonans görüntüleme (MRI) taraması, önemli beyin bölgelerini/ağlarını hedef alan bir montajı optimize etmek için kullanılır ve daha sonra, nihayetinde 3D baskılı özelleştirilmiş başlık tasarlamak için güvenli bir sunucuya yüklenir. Başlık, manuel 10-10 ölçümlerle karşılaştırılabilir doğrulukla hızlı çoklu elektrot yerleştirmeye (elektrot başına <1 dakika) izin verir. Nörolojik yaralanması veya hastalığı olan 1,400 yaşlı yetişkin üzerinde 63'den fazla seans gerçekleştirdik. Çalışma ortakları (örneğin eşler) için %100 başarı oranı ve 900'den fazla uzaktan yönetilen oturum sağlayan etkili bir eğitim programı açıklıyoruz. Çalışma ortakları ve katılımcılar, deneyimden yüksek düzeyde güven ve memnuniyet bildirdiler. Elektrot konumları kişiselleştirilmiş hesaplamalı modellemeye dayandığından, başlık hassasiyet gerektiren teknikler için idealdir (örneğin, zamansal girişim stimülasyonu, transkraniyal odaklı ultrason, transkraniyal manyetik stimülasyon).

Giriş

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

Transkraniyal elektriksel stimülasyon (tES), özellikle uygun tolere edilebilirlik ve güvenlik profilleri 1,2,3,4 göz önüne alındığında, nörolojik yaralanma ve hastalıktan kaynaklanan bilişsel, duygusal ve motor eksikliklerin tedavisinde önemli bir potansiyele sahiptir. Spesifik olarak, ufuk açıcı bir güvenlik incelemesi, popülasyon2'den bağımsız olarak yalnızca iyi kurulmuş yan etki profilini (örneğin, karıncalanma, kaşıntı, yanma hissi) buldu, ancak 33.000 seansta beklenmeyen advers olaylara dair hiçbir kanıt bulunmadı. Benzer şekilde, yakın zamanda demans spektrumu3'te 292 yaşlı yetişkinle 3.046 seansta aktif ve sahte transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS) için güvenlik olaylarının olmadığını ve neredeyse aynı yan etki profillerini bildirdik. Bu kadar güçlü güvenlik ve tolere edilebilirlik, kısmen hızlı ve güvenilir elektrot yerleştirmeyi kolaylaştıran malzemeler (örneğin, önceden ölçülmüş kafa kayışları, önceden ıslatılmış süngerler) sayesinde, yaygın olarak bulunan geleneksel çift elektrotlu montajlarkullanılarak uzaktan tES iletimine yol açmıştır 5,6. Bu faktörlerin kombinasyonu, bir dizi nörolojik ve psikiyatrik durumu7 tedavi eden, ancak esas olarak geleneksel büyük (örneğin, 25 cm2-35 cm2) ped tabanlı yaklaşıma dayanan uzaktan denetimli tES kliniklerini kolaylaştırdı.

Daha fazla fokal stimülasyon iletimi10,11,12 sağlayabildiği, kişiselleştirilebileceği13 ve geleneksel ped tabanlı stimülasyondan daha büyük, daha uzun süreli etkilere 14 sahip olabileceğine dair kanıtlara rağmen, uzaktan yüksek çözünürlüklü/çok elektrotlu (ME) tES 8,9 kullanımını araştıran çok daha az çalışma vardır. Bu alandaki çalışmaların göreceli azlığı, farklı malzemeler (örneğin, birden fazla küçük elektrot, tuzlu suya batırılmış süngerler yerine jel kullanımı), daha fazla montaj karmaşıklığı potansiyeli ve buna bağlı olarak daha hassas elektrot yerleştirme ihtiyacı göz önüne alındığında, muhtemelen ME-tES'in daha büyük ihtiyaçlarını yansıtmaktadır. Burada, bu zorlukların çoğunun üstesinden gelen ve hızlı, güvenilir ME-tES kurulumu ve teslimatı sağlayan patentli, kişiselleştirilmiş, 3D baskılı bir başlık sunuyoruz. Bu yaklaşım, kolayca yanlış konumlandırılabilen, tam oturmayan ve optimum elektrot temasını sağlamak için saçı hareket ettirirken çok az esnekliğe sahip olan neopren başlıklar gibi mevcut seçeneklerin potansiyel sınırlamalarının üstesinden gelir. Ayrıca, demans spektrumundaki yaşlı erişkinlerde uzaktan ME-transkraniyal doğru akım stimülasyonu (ME-tDCS) için başlığın kullanımını destekleyen kanıtlar da sağlıyoruz. Birlikte ele alındığında, sonuçlarımız kişiselleştirilmiş başlığın faydalarını güçlü bir şekilde desteklemektedir ve nörofizyolojiyi değerlendiren yöntemlerin yanı sıra diğer nöromodülasyon biçimleri için umut vaat etmektedir.

Protokol

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

Aşağıdaki bölümler, a) Klinik Nöropsikoloji alanında Kurul Sertifikalı lisanslı bir Klinik Psikolog tarafından denetlenen, tipik olarak lisans derecesine sahip eğitimli araştırma personeli olan çalışma ekibi üyelerine ve b) tipik olarak katılımcıların eşleri veya yetişkin çocukları olan ve hiçbirinin daha önce tES deneyimi olmayan çalışma ortaklarına atıfta bulunmaktadır. Şu anda tES'i denetleyenler için açıkça tanımlanmış bir kriter yoktur, ancak ileri bir dereceye sahip olmak (örneğin, Ph.D., M.D.) ve metodoloji konusunda uygun şekilde eğitilmiş ve güvenlik ve tolere edilebilirlik konusunda iyi bilgilendirilmiş olmak makul gerekliliklerdir ve bu alandaki araştırmaları yönlendirenlerle tutarlıdır.

Tüm oturumlarda (ofiste ve uzaktan), çalışma ekibi üyeleri her oturumun sonunda standart bir tolere edilebilirlik anketi15 uyguladı. Çalışma ekibi üyeleri ayrıca tüm oturumları herhangi bir güvenlik sorunu açısından izledi ve her oturuma, son oturumdan bu yana sağlık veya ilaçlarda herhangi bir değişiklik olup olmadığını sorarak başladı.

1. Başlık oluşturma (Şekil 1)

figure-protocol-1
Şekil 1: Kişiselleştirilmiş başlık oluşturma ve evde çok elektrotlu transkraniyal elektrik stimülasyonu sağlama süreci. Kısaltmalar: ME-tES = çok elektrotlu transkraniyal elektriksel stimülasyon; MRI = manyetik rezonans görüntüleme. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Kafa ölçülerinin alınması:
    NOT: Kişiselleştirilmiş başlık şu anda yapısal bir manyetik rezonans görüntüleme (MRI) taraması gerektirmektedir, çünkü bu, her kişinin kafasının son derece doğru, 3D ölçümlerini sağlar.
    1. Ulusal düzeydeki çeşitli araştırma çalışmalarıyla (örneğin, SCAN, ADNI) uyumlu parametreleri kullanarak yapısal (yani T1) tarama elde edin. Kararlı durum görüntülemede (TR/TE = 6,95/2,92 ms, çevirme açısı = 8°, görüş alanı = 256 × 256 mm2, matris boyutu = 256 x 256; dilim kalınlığı = 1 mm; 208 sagital dilim; voksel boyutu = 1 x 1 x 1 mm3) kullanarak tüm kafa, yüksek çözünürlüklü, T1 ağırlıklı anatomik görüntüyü toplayın.
      1. Bu tür yüksek çözünürlüklü MRI taramalarına ve diğer (bazen daha düşük) çözünürlüklere sahip MRI taramalarına erişim yoksa, çeşitli voksel boyutlarına (örneğin, 0,98 mm3; 0,94 × 0,94 × 3,00 mm3) sahip klinik düzeyde T1 MRI taramaları kullanın. T1 yetersiz kalitede olduğunda klinik bir FLAIR dizisi kullanın.
      2. Zayıf doku segmentasyonu durumlarında ve . STL dosyası oluşturma hataları, taramaları sentetik, önyargı düzeltmeli 1 mm izotropik MP-RAGE T1 16,17'ye dönüştürmek için evrişimli sinir ağı yazılımını (örneğin, SynthSR) veya karşılaştırılabilir yazılımı kullanın. Klinik T1'in kesit kalınlığı doğru başlık oluşturmak için gereken parametreleri aştığında bu adımı deneyin.
        NOT: Gerekli 3D kafa ölçümlerini (örneğin, 3D kafa taraması) elde etmek için alternatif yaklaşımlar geliştirilmektedir ve mevcut olduğunda uygulanacaktır.
  2. MRI tabanlı hesaplamalı modelleme gerçekleştirin (isteğe bağlı):
    1. T1 MRI taramasını kullanarak elektrik akımı akışının kişiselleştirilmiş hesaplamalı modelini geliştirmek için hesaplamalı modelleme yazılımını (örneğin, ROAST18) kullanın. Elektrot konumlarının standart 10-10 veya 10-5 sistemine uygun olduğundan emin olun.
  3. Başlık geliştirme
    1. Saç derisi segmentasyonu ve nihai başlık oluşturma için katılımcının T1 MRI taramasını güvenli bir sunucuya yükleyin.
    2. Başlığın "temel gerçek" modellemesine uygun olduğundan emin olmak için standart 10-10 (veya 10-5) sistemini kullanarak elektrot tutucuların sayısını ve konumunu belirtin. Yazılımın otomatik olarak a) elektrot tutucuları birbirine bağlayan çapraz çubukları, kullanıcının saçı destek çubuklarının etrafına yeniden konumlandırmasına olanak tanıyan sert bir kabuk oluşturacak şekilde yerleştirmesini ve b) anatomik işaretleri (örn. nasion, inion, kulak) tanımlamasını bekleyin.
      NOT: Taramaların çoğu manuel düzeltme gerektirmedi. Başlık kabuğunun altındaki kulaklar, yüz ve boyun çevresinde yumuşak doku deformasyonu gözlemlenebilir ve ara parçalar ve naylon çerçevenin kendisinin ince esnekliği ile küçük farklılıklar (birkaç milimetre) açıklanabilir. Bazı istisnai durumlarda (örneğin, yanlış hizalanmış denek konumları veya düşük çözünürlüklü gürültülü anizotropik MRI'lar) düzeltme, manuel olarak tahmin edilen bir rotasyon matrisi ve/veya süper çözünürlük yükseltici şeklinde uygulanabilir.
  4. 3D baskı:
    1. 3D model dosyasını yükleyin (örneğin, ". STL") uygun bir 3D yazıcıya (örneğin, tıbbi sınıf naylon-12 (PA12) veya reçineli stereolitografi (SLA) yazıcılara sahip seçici lazer sinterleme (SLS) yazıcı) yazıcısı).
    2. Yazdırıldıktan sonra, gerektiğinde zımpara kağıdı kullanarak pürüzlü kenarların düzeltildiğinden emin olun.
  5. Başlığın yerleştirilmesi:
    1. Yönlendirme tırnaklarını kafanın uygun yerlerine yerleştirin.
    2. İki taraflı başlık için çenenin altında veya tek taraflı başlık için başın etrafında cırt cırtlı kayışlar kullanarak başlığı sabitleyin.
    3. Elektrot tutucular ile kafa derisi arasındaki küçük boşlukları telafi etmek için gerektiği kadar yumuşak ara parçalar uygulayın. Ara parçaları ekledikten sonra diğer tüm elektrot tutucuların kafa derisi ile temas halinde kaldığından emin olmak için kontrol edin.
    4. Elektrot tutucuları iletken jel ile doldurun.
    5. Elektrodu, jel ile temas halinde olacak şekilde tutucuya yerleştirin. Elektrodu sabitlemek için kapak uygulayın.

figure-protocol-2
Şekil 2: ME-tES başlığının kişiselleştirilmesi. (A) Yaklaşımın esnekliğini gösteren kişiselleştirilmiş ME-tES başlığının ek örnekleri. (B) Kafa derisi ile aynı hizada teması sağlamak için gerektiğinde beş boyutta esnek ara parça kullanılır. (C) Elektrot tutucunun ucuna yerleştirilmiş ara parça örneği. Kısaltma: ME-tES = çok elektrotlu transkraniyal elektrik stimülasyonu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

2. Başlık doğrulaması

NOT: Başlığı kullanarak ME-tDCS'yi tamamlayan ilk 63 katılımcıdan değişen veriler rapor edilmiştir. Protokol değişiklikleri veya pragmatik faktörler (örneğin, isteğe bağlı anketleri almak için zaman eksikliği veya ihmal edilmesi) nedeniyle tüm veriler tüm katılımcılar için mevcut değildi. Tüm katılımcılar planlanan sayıda oturumu tamamladı. Bu katılımcıların hepsine nörolojik yaralanmalar veya Alzheimer tipi demans (n = 22), amnestik hafif bilişsel bozukluk (n = 13), primer ilerleyici afazi (n = 12), posterior kortikal atrofi (n = 11), davranışsal varyant frontotemporal demans (n = 2), anoksik beyin hasarı (n = 2) ve Lewy cisimcikli demans (n = 1). Yaş ortalaması 68.9 idi ve %50.8'i kadındı.

  1. Başlık ölçüm doğruluğunun doğrulanması:
    1. Katılımcının kafasındaki her elektrotun yerini elle ölçün ve işaretleyin.
    2. Başlığı adım 1.5'teki gibi yerleştirin. Her elektrot tutucunun yerini işaretleyin. Başlığı çıkarın.
    3. Elle ölçülen konum ile başlık konumu (mm cinsinden) arasındaki farkı ölçün.

3. Uzaktan ME-tES için eğitim

NOT: Çalışma ortakları için aşağıdaki titiz eğitim programı ve ilgili etkinlik verileri aşağıda gösterilmiştir. Eğitim başlangıçta 5 gün gerektiriyordu, ancak ilk birkaç katılımcıdaki yüksek başarı oranı göz önüne alındığında, beceri ustalığı yaklaşımını benimseyecek şekilde değiştirildi. Her oturumdan sonra standart tolere edilebilirlik anketlerini doldurun15.

  1. 1. Gün: Deneyimli bir çalışma ekibi üyesinin başlığın bileşenlerini (örneğin, yönlendirme tırnakları; elektrot tutucular) açıklamasını ve çalışma ortağına doğru yerleşimi göstermesini sağlayın.
    1. Ekip üyesinin, jelin sızmasına izin verecek boşluklar olmaması için her bir elektrot tutucunun kafa derisi ile aynı hizada olduğundan emin olmasını sağlayın. Boşluklar varsa, ekip üyesinin esnek ara parçaları elektrot tutucunun altına uygulamasını sağlayın (Şekil 2C) ve gerektiğinde ek ara parçalar yerleştirerek diğer tüm elektrot tutucuları yeniden kontrol edin.
    2. Ekip üyesinin, elektrot tutucuların altından saçları hareket ettirmek, tutucuyu jelle uygun şekilde doldurmak (yani hava kabarcıklarını önlemek/çıkarmak), elektrotları yerleştirmek ve ilgili tutucu kapağı uygulamak gibi en iyi uygulamaları göstermesini sağlayın.
    3. Ekip üyesinin ME-tES cihazının nasıl çalıştırılacağını, pil şarjının nasıl kontrol edileceğini ve elektrot empedansının nasıl değerlendirileceğini göstermesini sağlayın. Olası sorunlara ve problem çözmeye örnekler verin.
    4. Oturumu çalışmaya uygun şekilde gerçekleştirin.
    5. Ekip üyesinin uygun döndürme, çıkarma, yıkama ve kurutma yöntemlerini göstermesini sağlayın (elektrot bakımı için bkz.19).
      NOT: Çalışma ortaklarının (n=33) ve katılımcıların (n = 34) bir alt kümesinden, çalışma ekibi üyesinin bu ilk oturumu gerçekleştirdiğini gözlemledikten sonra sabitlenmiş bir Likert ölçeği kullanarak stimülasyon kurma ve gerçekleştirme becerileri hakkında güven verileri sunulmuştur (Tablo 1).
  2. 2. Gün: Çalışma ortağının bir çalışma ekibi üyesinin gözetiminde tüm prosedürleri gerçekleştirmesini sağlayın.
    1. Başlık yönlendirme tırnaklarının katılımcının kafasına düzgün bir şekilde yerleştirildiğinden emin olmak için çalışma ortağının nasion'u ve her iki kulak noktasını işaretlemesini sağlayın.
    2. Çalışma ekibi üyesinin her bir elektrot tutucunun yerini işaretlemesini ve başlığı çıkarmasını sağlayın.
    3. Çalışma ekibi üyesinin başlığı değiştirmesini ve çalışma ortağının ekip üyesine göre doğruluğunu değerlendirmek için her bir elektrot tutucunun yerini işaretlemesini sağlayın (Şekil 3B). Farklılıkları not edin ve gerektiğinde düzeltici geri bildirim sağlayın.
    4. Çalışma ortağının tüm kurulumu gerçekleştirmesini sağlayın (yani, kafa derisi ile aynı hizada olmasını sağlamak, tutucuyu jel ile doldurmak, elektrodu yerleştirmek), cihazı etkinleştirmek, empedansları değerlendirmek ve son olarak ekipmanı temizlemek; hepsi ekip üyesinin gözetimi altında.
  3. 3-5. Günler: Çalışma ekibi üyesinin kurulum sürecinin her adımında çalışma ortağını izlemesini sağlamak için standartlaştırılmış bir kontrol listesi kullanın. Çalışma ortağı tüm kurulum ve temizleme sürecinde ustalık gösterene kadar gerektiği şekilde düzeltici geri bildirim ve ipuçları sağlayın.
    NOT: Son günde, çalışma ortağı ve çalışma ekibi üyesi için başlık yerleşiminin doğruluğunu belirlemek için doğruluk verileri tekrar elde edildi (Şekil 3B).
    1. Seansın sonunda çalışma ortağına gerekli tüm malzemeleri (örn. başlık, jel, şırıngalar, elektrotlar), uygun bakım ve bakım kılavuzunu ve ME-tES cihazını içeren ikinci bir çantayı içeren bir taşıma çantası sağlayın.
      NOT: Çalışma ortakları (n = 31) ve katılımcılar (n = 30) son eğitim oturumunun sonunda güven derecelendirmeleri sağladılar (Tablo 1).
  4. Uzaktan (evde) ME-tES:
    1. Planlanan her oturum için, çalışma ortağının bir çalışma ekibi üyesiyle güvenli bir görüntülü görüşmede oturum açmasını ve ardından tüm kurulum etkinliklerini gerçekleştirmesini sağlayın.
    2. Çalışma ortağının empedansları bildirmesini sağlayın. Kabul edilebilir olduğunda, çalışma ekibi üyesinden çalışma ortağının ME-tDCS ünitesine girmesi için bir kod vermesini isteyin.
      NOT: Birçok ME-tDCS ünitesi, stimülasyonu başlatmak için planlanmamış stimülasyon seanslarını önleyen ve katılımcı güvenliğini optimize eden tek kullanımlık bir kod gerektirecektir.
    3. Çalışma ekibi üyesinin, güvenlik ve tolere edilebilirlik (örn. yan etki) raporlaması da dahil olmak üzere video görüşmesi yoluyla gerekli oturum etkinliklerini gerçekleştirmesini sağlayın.
    4. Seans tamamlandıktan sonra, çalışma ortağının bakım ve bakım kontrol listesini takip etmesini ve stimülatör pillerini şarj etmesini sağlayın.
      NOT: Çalışma ortakları (n = 24) ve katılımcılar (n = 24), öngörülen sayıda uzaktan oturumdan sonra güven derecelendirmeleri sağladı.

Sonuçlar

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

Stimülasyon parametreleri ve toplam seanslar:
Denenen başlıkların %100'ünü (63/63) başarıyla oluşturduk ve kişiselleştirilmiş başlıklar için güvenilir ve verimli bir boru hattı gösterdik. Her başlık, katılımcıya ve çalışmaya bağlı olarak 5 ila 22 elektrot içeriyordu (daha az veya daha fazla elektrot konumunun da mümkün olduğunu not ediyoruz). Kanal başına 4 mA veya daha az genlikler ve 16 mA'dan daha düşük tüm elektrotlarda toplam kafa derisi bazlı akım sağladık. Başlıkları kullanarak toplamda 1.449 seans gerçekleştirdik.

Doğrulama sonuçları:
İlk 54 başlıkta aynı konumların elle ölçümü ile başlık elektrot konumları arasında ortalama 8,6 mm fark vardı (Şekil 3A). Bu fark (yani <1 cm), el ölçümünden kaynaklanan beklenen hata payı dahilindedir, çünkü 1) el ölçümü, özellikle günler arasında ve farklı çalışma ekibi üyeleri tarafından yapıldığında doğası gereği değişkendir, 2) ölçüm becerileri/deneyimi çalışma ekibi üyeleri arasında farklılık gösterebilir, 3) Kafa boyutu/şekli ve saçtaki bireysel farklılıklar ölçüm hatası yaratır, 4) Karmaşık montajlar, değişkenlik yaratmak ve kapsamlı kurulum süreleri gerektirmek için #1-3 ile etkileşime girer. Aslında, bu süreç bizi çalışma ekibinin ölçüm sürecindeki sapmayı belirlemeye ve düzeltmeye yöneltti (yani, başlık nesnel bir temel gerçek sağladı). Başlığın sert gövde yapısı (malzeme konfor, esneklik ve sertliği dengelemek için optimize edilmiş olsa da) ve yönlendirme tırnakları (örneğin, nasion) esasen elektrot konumundaki hatayı ortadan kaldırır ve yukarıda belirtildiği gibi, konumlar hesaplamalı modelleme yazılımı ile aynı sürece dayanmaktadır. Başlığın yerleştirilmesi <1 dakika gerektirir; 20 elektrotla toplam kurulum süresi ~10 dakikadır (tutucuların doldurulması, elektrotun yerleştirilmesi, empedansların ölçülmesi dahil); elle ölçüme kıyasla önemli bir azalma (elektrot konumlarına bağlı olarak tipik olarak ~45 dakika).

figure-results-1
Şekil 3: ME-tES başlığı eğitimi. (A) El ölçümü ile başlık arasındaki ortalama fark (mm cinsinden). NOT: Karşılaştırma işlemi sırasında el ölçümüyle ilgili prosedürel değişikliklere (örneğin, ölçüm bandı yerleşimi, kulak noktaları) yol açan birkaç yanlışlık tespit ettik. (B) İlk ve son eğitim günlerinde çalışma ortağı tarafından yerleştirilen başlık ile eğitimli çalışma ekibi üyesi arasındaki ortalama fark. Siyah daireler genel grup ortalamasını temsil eder; Gri daireler bireysel katılımcıları temsil eder. Kısaltma: ME-tES = çok elektrotlu transkraniyal elektrik stimülasyonu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Eğitim sonuçları:
Çalışma ortakları, çalışma ekibimizin yerleştirdiği yere göre ortalama sadece 3 mm'lik bir farkla kanıtlandığı gibi, başlığı ilk denemede doğru bir şekilde yerleştirdiler. Bu fark son eğitim gününde 1,74 mm idi (Şekil 3B). Daha da önemlisi, bilgi verenlerin %100'ü mevcut 5 gün içinde eğitimi başarıyla tamamladı.

Eğitilen çalışma ortakları, katılımcının evinde 929 seans gerçekleştirdi (aralık: 5-61 seans/katılımcı). Herhangi bir güvenlik sorunu yoktu. Tolere edilebilirlik standart anketler kullanılarak değerlendirildi, ancak aktif ve sahte ME-tDCS 3,15 arasındaki karşılaştırılabilir duyusal deneyimlere ilişkin önceki bulgularımız nedeniyle burada rapor edilmemiştir. Tablo 1, katılımcıların ve çalışma ortaklarının ilk oturumdan sonra yüksek düzeyde güven bildirdiklerini ve bu güvenin son eğitim oturumunda tavana yakın seviyelere yükseldiğini göstermektedir. Ayrıca, katılımcılar ve çalışma ortakları, son oturumlarının ardından uzaktan ME-tDCS deneyiminden tavana yakın memnuniyet seviyeleri bildirdiler.

Tablo 1: Başlığı kullanarak ve uzaktan ME-tDCS gerçekleştirerek ve alarak çalışma ortağı ve katılımcı deneyimleri. İlk seanstan, son eğitim seansından (~5.) ve son ME-tDCS seansından sonra alınan önlemler. Kısaltma: ME-tDCS = çok elektrotlu-transkraniyal doğru akım stimülasyonu. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Tartışma

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

Kişiselleştirilmiş başlığımız, nörolojik yaralanması ve hastalığı olan yaşlı yetişkinlerde bile uzaktan ME-tES uygulaması için kullanıcı dostu bir yöntem sağlar. Verilerimiz, başlık için otomatik elektrot yerleşimlerinin elle yapılan ölçümlerle karşılaştırılabilir olduğunu göstermektedir. Daha da önemlisi, paylaşılan MRI tabanlı elektrot yerleşimi, tES'in hesaplamalı modeller aracılığıyla gösterilen başlık aynaları kullanılarak iletildiği anlamına gelir. Kişiselleştirilmiş yönlendirme tırnakları doğru yerleştirmeyi sağlar ve çapraz çubuk tasarımı, kullanıcının/kullanıcıların elektrot konumlarına erişmesine ve kafa derisine net erişim sağlamak için özellikle hareketli saçlarla ilgili olası karışıklıkları azaltmasına olanak tanır. Bu faydalar, potansiyel olarak daha yavaş, daha az doğru olan ve özellikle uzak ortamlarda (örneğin ev) saç nedeniyle zayıf temasa eğilimli olan mevcut yaklaşımlara (örneğin, neopren başlıklar; elle ölçülen kafa ağı) göre dikkate değer avantajlardır.

Uzaktan eğitim programımız, ME-tDCS'yi yönetmek için çalışma ortaklarının eğitiminde son derece etkiliydi, çünkü ilgilendiğini ifade eden herkes performans kriterlerini karşılayabildi. Spesifik olarak, çalışma ortakları tek bir gözlemden sonra başlığı doğru bir şekilde yerleştirdiler (3 mm fark; birden fazla seanstan sonra 1,74 mm fark) ve tüm kurulum ve temizlik faaliyetlerini gerçekleştirmeyi hızla öğrendiler. Çalışma ortakları ve katılımcılar, tek bir günlük eğitimden sonra bile çok yüksek güven bildirdiler ve son eğitim gününe kadar tavana yakın güven seviyeleri bildirdiler. Hem çalışma ortakları hem de katılımcılar genel deneyimden oldukça memnun kaldılar ve ek tES çalışmalarına ilgi duyduklarını ifade ettiler (Tablo 1). Böylece başlığımız, ME-tES'i ofis ortamının dışında da kullanılabilir hale getirerek kritik bir çeviri boşluğunu dolduruyor. Bu sonuçların, kullanıcıların izlemesi kritik olan yukarıda belirtilen adımlara dayandığını unutmayın. Bununla birlikte, çalışma ekiplerinin eğitim yaklaşımını diğer popülasyonlar için uyarlaması gerekebilir.

Çeşitli potansiyel sınırlamaların üstesinden gelmek için aktif olarak çalışıyoruz. Örneğin, mevcut MRI gereksinimleri (örneğin, 1 mm3 voksel) tüm katılımcılar için mevcut olmayabilir. Neyse ki, başlığı geliştirmek için klinik kalitede MRI taramaları (hem T1 hem de FLAIR) kullanılarak elde edilen ilk başarı göz önüne alındığında, yöntemlerimiz sağlam görünüyor. Sonuçta MRI taramalarını gereksiz hale getirebilecek 3D kafa tarama yöntemlerini geliştirdikçe bu zorluk daha da hafifletilebilir. Ayrıca, elle ölçüm veya neopren kapaklara göre başka bir seçenek sağlayabilecek "jenerik" başlıklar (örneğin, 56 cm çevre) oluşturduk. Bu tür mevcut yaklaşımlarda olduğu gibi, saç stilleri başlığın doğru yerleştirilmesini engelleyebilir ve bu gibi durumlarda ekiplerin saç stillerini değiştirmek veya montajlarını değiştirmek için katılımcılarla birlikte çalışması gerekecektir. Tüm cihazlarda ve müdahalelerde olduğu gibi, maliyet önemli bir husus olabilir ve potansiyel kullanıcıları, mevcut tüm yaklaşımların güçlü yönlerine ve sınırlamalarına göre ihtiyaçlarını dikkate almaya teşvik ediyoruz.

Başlığın kişiselleştirilmiş yapısı ve esnekliği, elektrot tutucuların herhangi bir şekilde kolayca değiştirilebileceği anlamına gelir. Örneğin, geleneksel tES pedlerini desteklemek için şablonlarımız zaten var. Benzer şekilde, ortaya çıkan birkaç nöromodülasyon tekniği, belirli beyin bölgelerini hedeflemek için kişiselleştirilmiş hesaplamalı modellemeyi entegre eder. Bu tür modelleme yaklaşımlarıyla ortak elektrot konumlandırmamız, başlığımızın zamansal girişim stimülasyonu ve transkraniyal odaklı ultrasonun yanı sıra kişiselleştirilmiş transkraniyal manyetik stimülasyon gibi hassasiyete dayalı teknikleri desteklemek için ideal olduğu anlamına gelir. Son olarak, elektroensefalogram ve fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopisini izole ve eşzamanlı nöromodülasyonla mümkün kılan modifikasyonlar da geliştirdik. Özetle, başlığımız, katılımcı ve çalışma ekibi yükünü en aza indirirken erişimi ve sürdürülebilirliği artıran son derece esnek bir platform sağlar.

Açıklamalar

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

Başlık şu anda Nöropsikolojik ve Nörolojik Rehabilitasyon Başlık Cihazı altında patentlidir. ABD Başvuru No.: 17/188,437 Mucit, Patent No. 11865328 ve yukarıda belirtilen diğer nöromodülasyon ve nörofizyoloji yaklaşımları için modifikasyonları içerir. Ürün, Soterix Medical Inc.'e lisanslanmıştır ve baş yazar (BMH), Michigan Üniversitesi ve Gazi İşleri Bakanlığı, satışlardan telif ücreti alabilir. ARG, KM, JM ve AD, Soterix Medical Inc.'in çalışanlarıdır. Bu çalışmanın hiçbir bölümünde yapay zeka kullanılmamıştır. Tüm verilerin patent, lisans veya Soterix Medical Inc. ile ilgisi olmayan çalışma ekibi üyeleri tarafından toplanması sağlanarak olası çatışmalar azaltıldı. Soterix Medical, Inc.'in hiçbir üyesinin çalışma planlamasında veya veri toplamada herhangi bir rolü yoktu ve ham verilere erişimleri de yoktu.

Teşekkürler

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

Bu makalenin içeriği Gazi İşleri Bakanlığı'nın veya Amerika Birleşik Devletleri Hükümeti'nin görüşlerini temsil etmemektedir. Ulusal Yaşlanma Enstitüsü'nün R35AG072262 ve R01AG058724 yoluyla [her ikisi de BMH'ye] hibe desteği de kabul edilmektedir.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Elektrot jeliSignagelN/a
BaşlıkSoterix Medical Inc. https://soterixmedical.com/research/remote
MxN 10 UZAKTANSoterix Medical Inc. https://soterixmedical.com/research/remote

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clin Neurophysiol. 128 (9), 1774-1809 (2017).
  2. Bikson, M., et al. Safety of transcranial direct current stimulation: Evidence based update 2016. Brain Stimul. 9 (5), 641-661 (2016).
  3. El Jamal, C., et al. Tolerability and blinding of high-definition transcranial direct current stimulation among older adults at intensities of up to 4 mA per electrode. Brain Stimulation. 16 (5), 1328-1335 (2023).
  4. Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clin Neurophysiol. 128 (1), 56-92 (2017).
  5. Charvet, L. E., et al. Remotely-supervised transcranial direct current stimulation (tDCS) for clinical trials: Guidelines for technology and protocols. Front Syst Neurosci. 9, 26(2015).
  6. Charvet, L. E., Shaw, M. T., Bikson, M., Woods, A. J., Knotkova, H. Supervised transcranial direct current stimulation (tDCS) at home: A guide for clinical research and practice. Brain Stimul. 13 (3), 686-693 (2020).
  7. Pilloni, G., et al. Tolerability and feasibility of at-home remotely supervised transcranial direct current stimulation (RS-tDCS): Single-center evidence from 6,779 sessions. Brain Stimul. 15 (3), 707-716 (2022).
  8. Brechet, L., et al. Patient-tailored, home-based non-invasive brain stimulation for memory deficits in dementia due to Alzheimer's disease. Front Neurol. 12, 598135(2021).
  9. Van De Winckel, A., et al. Home-based transcranial direct current stimulation plus tracking training therapy in people with stroke: An open-label feasibility study. J Neuroeng Rehabil. 15 (1), 83(2018).
  10. Sharma, G., Chowdhury, S. R. 2019 IEEE Conference on computational intelligence in bioinformatics and computational biology (CIBCB). , 1-5 (2019).
  11. Borckardt, J. J., et al. A pilot study of the tolerability and effects of high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) on pain perception. J Pain. 13 (2), 112-120 (2012).
  12. Datta, A., et al. Gyri-precise head model of transcranial direct current stimulation: Improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimul. 2 (4), 201-207 (2009).
  13. Rogers, G., Joodaki, M., Hopf, A., Santarnecchi, E., Guzman, R., Muller, B., Osmani, B. Increasing target engagement via customized electrode positioning for personalized transcranial electrical stimulation: A biophysical modeling study. NeuroImage. 311, 121206(2025).
  14. Kuo, H. -I., et al. Comparing cortical plasticity induced by conventional and high-definition 4× 1 ring tDCS: A neurophysiological study. Brain stimul. 6 (4), 644-648 (2013).
  15. Reckow, J., et al. Tolerability and blinding of 4x1 high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) at two and three milliamps. Brain Stimul. 11 (5), 991-997 (2018).
  16. Iglesias, J. E., et al. Synthsr: A public ai tool to turn heterogeneous clinical brain scans into high-resolution T1-weighted images for 3D morphometry. Sci Adv. 9 (5), eadd3607(2023).
  17. Iglesias, J. E., et al. Joint super-resolution and synthesis of 1 mm isotropic MP-RAGE volumes from clinical MRI exams with scans of different orientation, resolution and contrast. Neuroimage. 237, 118206(2021).
  18. Huang, Y., Datta, A., Bikson, M., Parra, L. C. Realistic volumetric-approach to simulate transcranial electric stimulation-roast-a fully automated open-source pipeline. J Neural Eng. 16 (5), 056006(2019).
  19. Hampstead, B. M., Ehmann, M., Rahman-Filipiak, A. Reliable use of silver chloride HD-tDCS electrodes. Brain Stimul. 13 (4), 1005-1007 (2020).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

3B Yaz c yla retilmi Ba l kok Elektrotlu Stim lasyonKi iselle tirilmi Ba l kHesaplamal ModellemeElektrot Yerle imiManyetik Rezonans G r nt lemeN romod lasyon TeknikleriUzaktan Beyin Stim lasyonuElektrot Empedans

İlgili makaleler