经颅直流电刺激治疗脑卒中

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概述

经颅直流电刺激(tDCS)作为一种向大脑传递微弱直流电的神经调节技术,可用于治疗脑损伤、脑卒中等神经系统疾病。Soterix Medical 公司和纽约市立学院(CCNY)的研究人员使用 Simpleware 软件为神经系统疾病研发通过 tDCS 这种神经调节技术实现的解决方案。对于 tDCS,了解电流的流动区域、如何优化电极放置以设计治疗方案,以及回顾性分析临床结果都至关重要。 


亮点

  • Simpleware 软件对头部和脑部 MRI 数据进行分割和网格化
  • COMSOL Multiphysics 中的模拟结果揭示了 tDCS 的效果
  • 此工作是探索 Soterix Medical 公司的 HD-tDCS™ 方案对脑卒中治疗的益处

简介

Soterix Medical 团队采用独特的高清 tDCS(HD-tDCS™)方法,提供与标准 tDCS 相同的电流,但使用更小的或多电极与优化算法和流动模型进行定位和优化治疗。从 CCNY 的早期研究到 Soterix Medical 正在进行的临床试验和设备优化,在近15年为改善和降低患者风险的长期目标的研究过程中,Simpleware 软件已经成为必不可少的一部分。

图像处理和网格生成

Soterix Medical 的工作流程通常是从健康人体头部的磁共振成像(MRI)扫描开始,使用 MATLAB 和 SPM 软件自动分割皮肤、骨骼、脑脊液(CSF)和灰质。然后将生成的文件导入到 Simpleware ScanIP 中进行原始分割的校正。

图:在SimplewareScanIP中对人体头部模型进行分割校正和3D编辑

研究人员面临的常见挑战之一就是使用 3D 编辑将图像数据中不需要的特征删除。这种清理工作非常耗时,但在 Simpleware 软件中利用掩模统计工具对连接区域进行批量分类整理并去除不必要的数据即可解决。在 Simpleware ScanIP 中还可以使用编辑脚本功能加速在分割前导入文件的处理。

分割完成后,使用 Simpleware FE 模块对图像数据进行网格划分,为下一步的模拟创建高质量的精细模型。

模拟

Soterix Medical 使用 COMSOL Multiphysics® 模拟电流流动,同时考虑刺激电极和其他材料特性,确保 tDCS 的真实展现。另外模拟还必须考虑颅骨厚度、缝合的存在、眼窝、错综复杂的脑表面形态以及 CSF 通道包绕和灌注下皮层。利用这些技术,Soterix Medical 就可以探索 tDCS 如何影响个体患者。

图:针对特定应用的最佳电极配置确定。采用不同的算法进行比较,使目标的焦点提高80%,强度提高98%。

影响

Soterix Medical 目前采用 Simpleware 软件为临床医生提供构建模型服务,使用 MRI 和 fMRI 扫描确定光学电极的位置并规划程序。最近 Soterix Medical 参与了一项专注于脑卒中治疗的临床试验,探索有针对性的脑电刺激如何帮助患有慢性损伤的患者,例如语言障碍(失语症),特别是丧失回忆起日常物体名称的能力(命名失语症)。

在这种情况下,Soterix Medical 分别使用未优化和优化的电极放置研究脑损伤和皮质激活的变化。通过这种方法已经能够确定治疗-辅助增强正确命名与大脑左后部和左前部区域的调节呈正相关。

图:比较传统 tDCS 和 Soterix Medical 高清 tDCS 的电流流动模型

根据初期结果标明,与单独的命名失语症治疗相比,联合使用 HD-tDCS™ 的治疗方案取得了非常有意义的改善效果。研究人员还将治疗前和治疗后 fMRI(即时和六个月后)的结果与使用常规海绵基(CS)tDCS 的平行研究进行了比较。Soterix Medical未来的目标是自动地构建个性化管道模型,以此为临床医生提供定向服务。 


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