Atanmış Güç Kaynakları İkili Paralel Talepler Dorsal Sütun direksiyon hakimiyeti: Hesaplamalı Modeli

Aşağıdaki deneyin genel amacı, spinal kord stimülasyonunda, çok kaynaklı bir spinal kord stimülasyon sisteminin medya lateral alan yönlendirilebilirliğini değerlendirmektir. Ağrılı vücut bölgelerinde stimülasyonla tetiklenen parestezinin uyumu, terapötik etkinlik için gerekli bir koşuldur. Hasta ağrı modelleri benzersiz olabildiğinden, yaygın bir stimülasyon konfigürasyonu, dorsal epidural boşluğa paralel olarak iki lead yerleştirilmesidir.

Bu yapı, daha iyi ağrı parestezi örtüşmesi sağlamak için stimülasyonu dorsal kolon boyunca yanlara doğru yönlendirme konusunda esneklik sağlar. Stimülasyon yönlendirilebilirliğinin değerlendirmesi, öncelikle epidural spinal kord stimülasyon elektrotları tarafından oluşturulan potansiyel alanları belirlemek için insan spinal kordunun bir sonlu elementler modeli oluşturularak gerçekleştirilir. İkinci adım olarak, iki tip spinal kord stimülasyon sisteminden uygulanan çeşitli katodik akımlar için dorsal kolon içindeki potansiyeller hesaplanır.

Her bir implante kontağın kendine ait bir akım kaynağının olduğu çok kaynaklı sistem ve birden fazla kontağa bağlı tek bir akım kaynağının olduğu tek kaynaklı sistem. Ardından, her sistem tipi için dorsal kolondaki öngörülen aktivasyon hacmini hesaplamak amacıyla potansiyeller kullanılır. Her sistemdeki fiber katılımının mediolateral çözünürlüğünü karşılaştırmak için elde edilen sonuçlar, çok kaynaklı sistemin dorsal kolonda tek kaynaklı bir sisteme göre daha merkezi stimülasyon noktalarını hedefleyebildiğini ve mediolateral yönlendirme için ortalama yönlendirme adımının çok kaynaklı sistemler için 20 mikron, tek kaynaklı sistemler için ise bir milimetre olduğunu göstermektedir.

50 katlık bir iyileşme. Stimülasyon bölgelerini yüksek çözünürlükle dorsal kolonda merkezleme yeteneği, hastalarda parestezi-ağrı örtüşmesinin daha iyi optimize edilmesine olanak tanıyabilir. Çok kaynaklı stimülasyon tekniğinin tek kaynaklı tekniğe göre temel avantajı, stimülasyon alanının her bir bireysel hastada dorsal kolondaki hedef nöronu seçici olarak stimüle edecek şekilde nihai olarak ayarlanabilmesidir; bu da temel olarak yan etkileri minimize ederken terapötik olasılığı maksimize etmektedir.

Burada tanımlanan matematiksel model, alt torasik omuriliğin ve onu çevreleyen ortamın bir sonlu elemanlar modelidir veya FEM'dir. FEM modeli; omuriliğin beyaz ve gri cevherini, serebrospinal sıvıyı, durayı, epidural alan dokusunu, vertebral kemiği ve iki adet silindirik çok kontaklı lead'i içerir. Her bir çok kontaklı lead, bir milimetre uzunluğundaki yalıtkan polimerlerle birbirinden ayrılmış sekiz adet silindirik platin iridyum kontaktan oluşur.

Omurilik stimülasyonunda sekiz kontaklı leadler günümüzde klinik standart olarak kabul edilmektedir. Sekiz kontak kullanımı, yalnızca iki veya dört kontağa sahip olan önceki cihazlardan evrilmiştir. Çalışmalar, daha fazla kontak sayısının ve dolayısıyla daha geniş bir omurilik kapsama alanının, tedavinin zaman içinde sürdürülmesinde daha etkili olduğunu göstermiştir.

Çok yaygın bir sorun olan elektrot göçüne karşı, elektrotlar dura materin üzerine dorsal olarak, 2,6 milimetre ara ile yerleştirilmiştir. Basitlik adına, simülasyonda elektrot çiftleri omurilik orta hattına göre simetrik olarak konumlandırılmıştır.

Modelde, kontaklar ile spinal kordun dorsal yüzeyi arasındaki serebrospinal sıvı tabakasının kalınlığı 3,2 milimetre olarak belirlenmiştir. Modelde kullanılan elektriksel direnç değerleri burada verilmiştir. CSF beyaz cevheri ve dura, en düşük rezistiviteye sahiptir.

Epidural yağ ve vertebra kemiği yüksek rezistansa sahiptir; burada omurilik ve çok kontaklı elektrot için hazırlanan FEM modelinin ağı gösterilmektedir. Hacim, elektrotların yerleştiği bölgeye yakın kısımda yüksek yoğunluklu bir ağ olacak şekilde 100 milyondan fazla düğüm ile ağlandırılmıştır. Burada ağın yalnızca yüksek yoğunluklu kısımları gösterilmektedir.

Ağ, değişken düğüm yoğunluğuna sahip bölümlere ayrılmıştır. Kontaklar yakınındaki düğümlerin ayrımı 300 mikron veya daha azdır. Yalıtkan dura ve omuriliğin düğüm ayrımı 750 mikron veya daha azdır.

Epidural boşluğun düğüm yoğunluğu 3000 mikron veya daha azdır ve vertebral kemiğin düğüm ayrımı 5.000 mikron veya daha azdır. Spinal kord geometrisinin 3D modeli, ilgili literatür kaynaklarındaki özelliklerin bir kombinasyonu kullanılarak oluşturulmuştur. Dorsal kolon lifleri; medya lateral yönde 200 mikron, dorsal ventral yönde 100 mikronluk düzenli bir ızgara üzerine yerleştirilmiş ve stro coddle yönüne doğru projekte edilmiştir.

Elektrotlar model içinde konumlandırıldıktan sonra, iki paralel kontak için akımlar tanımlanarak iki tip stimülatör uygulanır. Tek kaynaklı bir sistemde, uygulama sırasında herhangi bir kontak setine bağlanabilen tek bir katot ve anot bulunur. Modelde sadece bir kontağın polaritesi tanımlanır ve herhangi bir kontak üzerinden geçen akım, herhangi bir kutba bağlanan kontak sayısına bağlıdır.

Örneğin, tek bir kontak katoda bağlandığında, bu kontak tüm katot akımını emer. Ancak, kaynağın katot kutuna iki kontak bağlandığında, akımı %50 oranında yarıya bölerler. Elbette matematiksel modelde her kontağın empedansı özdeştir, ki bu durum klinik uygulamalarda genellikle doğru değildir.

Bu durum, tek kaynaklı bir sistemdeki her bir kontağa iletilen akımın kontrol edilemediği anlamına gelir. Model incelemelerimiz için akımı iletmek amacıyla üç olası yöntem kullandık. İlk yöntemde, tüm akım en soldaki katot tarafından iletilir; ikincisinde, iki katodun her biri akımın %50'sini iletir ve üçüncüsünde, tüm akım en sağdaki katot tarafından iletilir. Çok kaynaklı sistem için ise her bir kontağın, kontaklar arasında %1'lik artımlı akım değişimleriyle kontrol edilebilen kendi akım kaynağına sahip olduğu tanımlanmıştır.

Diğer bir ifadeyle, iki kontağa iletilen toplam akım 10 miliamper ise, her bir kontağa giden akımın, her bir kontaktan geçen akımların toplamı 10 miliamper olduğu sürece toplamın herhangi bir kesri olabileceği belirtilmiştir. Örneğin, sol kontak 6,8 miliamper iletirse, sağ kontak o zaman 3,2 miliamper iletir. Akımın 100 kesirli bölünmesi bu şekilde programlanır.

Katot, nöral stimülasyonda yer alan birincil kontaktır. Katot kontağının aktivasyonu, kontağa doğru bir akım akışına neden olur; elektrik akımı akson boyunca, aynı zamanda aksonun içinden ve akson membranından akar. Ranvier boğumlarında, bu akımlar aksonun ortasında depolarizasyona ve aksonun lateral kısımlarında hiperpolarizasyona yol açar.

Depolarizasyon ve hiperpolarizasyonu modelleyen matematiksel fonksiyona aktivasyon fonksiyonu denir. Aktivasyon fonksiyonu, transmembran potansiyellerindeki değişimin bir yaklaşık değeridir. Belirli bir elektrot ve fiber geometrisinde nöral dokulara hücre dışı stimülasyon akımı uygulandığında, aktivasyon fonksiyonu omurilik dorsal kolon fiberlerine uygulanır.

Aktivasyon bölgesi, liflerin lokusu olarak tanımlanır. Aktive eden fonksiyonun önceden belirlenmiş bir eşiği aştığı modelde, aktive eden fonksiyon dorsal kolonlardaki aktivasyon bölgelerini tahmin etmek için kullanılır. Stimülasyonun merkezi noktası, üç boyutlu aktivasyon bölgesinin geometrik merkez noktası olarak tanımlanır ve hesaplanır. Stimülasyon genliğini belirlemek için, sol kolon elektrodundaki bir kontak katot olarak belirlenir.

Monopolar bir konfigürasyonda, stimülasyon genliği ilk fiber aktive olana kadar yinelemeli olarak artırılır. Bu her zaman bir dorsal kolon fiberidir. Bu ilk aktivasyonun, klinik bir ortamda hastanın paresteziyi ilk hissetmesiyle ilişkili olduğu varsayılır.

Modelde akım, ardından ilk fiberi aktive etmek için gereken akımın 1,4 katına çıkarılır ve ortaya çıkan aktivasyon bölgesinin OID'si hesaplanır. 100'den sıfıra doğru azalan ve sıfırdan 100'e doğru artan toplam 100 yönlendirme adımının tüm OID'leri, genlik önceki adımda belirlendiği şekilde hesaplanır. OID değişiminin ortalama çözünürlüğü, OID konum aralığının akım adımlarına bölünmesiyle elde edilir.

Sonlu eleman modeli, her biri sekiz kontaktan oluşan ve aralarında 2,6 milimetre mesafe bulunan iki paralel elektrot varsayar. Tüm kontaklar için tek bir ortak güç kaynağı sağlayan tek bir kaynak cihazı, üç merkezi stimülasyon noktasını hedefleyebilir. Stimülasyon ortamı lateral olarak kaydırıldığında, bu durum iki milimetrelik elektrot ayrımı ile ortalama bir milimetrelik bir adım boyutuna karşılık gelir; her kontak için özel bir güç kaynağına sahip bir cihaz, dorsal kolonda medialden laterale 100 merkezi noktayı hedefleyebilir.

Akım %1'lik artışlarla bölündüğünde, bu durum, iki kurşun arasında uyarımın medialden laterale yönlendirildiği %1'lik adımlar için 0,02 milimetrelik bir adım boyutuna karşılık gelir. Burada sunulan hesaplama modeli, her kontak için bağımsız akım kaynaklarına sahip bir cihazın, dorsal kolondaki uyarımın daha merkezi noktalarını tek kaynaklı bir sistemden daha iyi hedefleyebileceğini öngörmektedir. Bunun sonucunda, merkez uyarım noktasının ayar çözünürlüğü çok kaynaklı sistemde 20 mikron olup, tek kaynaklı sistemlere kıyas比べて çözünürlükte yaklaşık 50 kat artış sağlanmaktadır. Dorsal kolonda uyarımın yüksek çözünürlükle yönlendirilme yeteneği, prosedür ağrı örtüşmesinin daha iyi optimize edilmesine olanak tanıyabilir.

Belirli bir hastada, renkli alanlardaki aktivasyon nedeni, yan etkileri minimize ederken ağrılı bölgenin kapsanmasını maksimize etmeye odaklanmış olabilir. Bu nedenle, bağımsız bir kaynaktan gelen fraksiyonlanmış akımın kullanımı, spinal kord stimülasyon tedavisi sırasında Doser sütunundaki hedef sinirler üzerinde stimülasyonun hassas bir şekilde yönlendirilmesini sağlar.