脊髓刺激:新技术的临床应用

文摘

神经调节的使用缓解疼痛医学发展最快的地区之一,涉及许多不同的特点和影响全球成千上万的患者无数障碍。随着的证据效力的提高,兴趣脊髓刺激(SCS)将增加,因为它是微创,安全,一个可逆治疗副作用有限的形态。虽然动作躲避完全理解的机制,技术进步已经相当大的和当前的神经调节的发展加上神经调节装置行业的快速增长导致下一代神经调节系统的发展。最新technicaliti和未来的发展,脊髓刺激(SCS)的临床应用进行了综述。

1。介绍

神经调节是医学中增长最快的领域之一,涉及许多不同的特点和影响全球成千上万的患者无数障碍(1]。从历史上看,电力、鱼雷鱼的形式或人造电疗法,被用来尝试和治愈各种疾病2]。例如,在18世纪中叶“电止痛”成为主张治疗心绞痛,痛风、头痛、肋膜炎的痛,坐骨神经痛。然而,20世纪的医学的热情用电成为与“庸医”[3)和被禁止的临床实践。1965年Melzack和墙展示了“门理论”(4],它假定由刺激nonpainful刺激可以抑制痛苦,从而提供机会使基础研究与临床应用的电力导致神经调节技术的发展为我们今天知道的(5- - - - - -7]。虽然动作躲避完全理解的机制,技术进步已经相当大的和当前的神经调节的发展加上神经调节装置行业的快速增长导致下一代神经调节系统的发展。开发、最新的技术和未来的临床应用脊髓刺激(SCS)进行了综述。

2。神经调节的原则

基本上有两种组件的一个完全植入SCS系统:电极(或铅)和一个植入式脉冲发生器(IPG)。在SCS硬膜外电极的位置通常是针对脊柱脊髓;然而,在患者节段性疼痛(单皮片),刺激是集中在相应的背根。这就是提升大片通过没有交叉和细长的楔形延髓的细胞核。这些大片是由广泛的纤维直径的核心过程初级传入神经元位于脊髓神经节。大片的提升,他们接收来自背根的加入,导致大脑组织(6]。纤维的招聘相关直接与纤维的直径和负电极接触和纤维之间的距离6]。因此脑脊髓液层的厚度(8)、个人解剖学和电极每个影响招聘的脊柱8- - - - - -11)和背根纤维(12]。

除了背根的大直径的纤维和脊柱有不同取向对脊柱解剖,因此在不同位置的电场刺激诱发的脉冲。此外,电极之间的距离和背侧脑脊髓液的厚度(儿童家庭及教育部门)层影响纤维的刺激的敏感性。计算机建模预测,“双相”或一个狭窄的保护阴极编程序列选择性刺激背索纤维时,儿童家庭及教育部门很小。相比之下,背根刺激是最青睐的“单极”刺激当儿童家庭及教育部门是宽8- - - - - -10]。在疼痛患者节段性疼痛,刺激可以专注于相应的皮片背根纤维,而在复杂的脊柱疼痛许多患者纤维与多个麻醉所应该刺激有关。这些计算机模型研究的结果导致电极阵列的发展具有相似的几何属性(13]。

一旦一个电极/铅是适宜性定位,最常见的方式来增加刺激的强度是增加振幅(即。,电流,电压提供);提高脉冲重复频率超出生理极限(大约300脉冲/秒)不是传统上被视为提供治疗神经传输可能阻塞中获益。同样的脉冲宽度是200年传统上设置μ年代,以提供足够的振幅而节约电池的能量。随着现代科技进步,这些概念现在面临一个有趣的挑战和可能影响SCS的某些方面的未来。

3所示。新电极接触和引导设计

取得了显著的技术进步的电极接触/铅设计。首先,新的多触点阵列可用在传统和five-column桨(美国圣裘德医疗公司)导致的能力提供改进的可编程能力和可能的治疗结果。数学建模有突出的潜在好处tight-electrode间距电极接触设计,避免刺激的鸿沟(波士顿科学神经调节,瓦伦西亚,加州,美国。事实上,获得大的感觉异常的报道,所有活动联系在一个或多个数组(阳极和阴极)应密集。

一开始SCS刺激只涉及一个频道,这意味着刺激器只有一个阴极的电压输出和一个阳极的电压输出,每一个被连接到一个或多个联系人。最近才多通道系统产生(波士顿科学神经调节,瓦伦西亚,加州,美国。在这些系统中任何活动铅接触与预排程序的独立驱动电流脉冲。唯一的条件是,阴极和阳极的电流的总和是零,所有脉冲同步的。设置数量的增加呈指数从50组合有四个电极接触时数千万16电极接触是可用的(14]。直观地人会原谅假设与更新的多触点或多通道系统(15)重要的临床改善,但这些技术优势不一定提高治疗所有迹象(16]。事实上,尽管大量的接触,主动接触的实际数量通常会很小(源、tripole或四)。

其次,改进的可控制性领导结合各种雌雄同体引导电极的定位导致偏好的微创经皮插入通过Touhy针引导进入硬膜外腔。Epiducer领导交付的设计系统(美国圣裘德医疗公司)提出了允许的进步没有使用椎板切除术桨领先。

重要的是,提高领导的灵活性并没有妥协的骨折率;这在早期的研究已从6%17)到3% (18]。铅迁移通常发生在第一个12个月的植入和8%之间变化19)和27% (20.]。迁移可能与锚固技术,而不是实际的设计。这个行业正在努力确定一个解决方案迁移到一致的和可核查的锚固技术的发展。另一个开发基于计算机建模是横向三极的刺激,使电场的中间外侧的操舵纠正一个错误的领导地位21]。横向三极的指导原则导致更复杂的配置像5-column桨领先的发展(五,圣裘德医疗)。

三分之一的技术挑战是缺乏兼容性导致的磁共振成像(MRI)和射频透热疗法可以对一些病人来说是一个重要的限制。金属植入物(包括有色)容易加热当暴露于核磁共振或透热疗法。体外的比较表明,SCS电极附近的温度变化是高于发现与其他金属植入物,达到4.88°C / s⁻¹(22]。患者的安全使用MRI SCS领导到位报道(23),所以也不可逆的损伤和死亡20.,24]。大多数制造商正在解决这个问题,预计会更安全。

4所示。IPG进步

最初被视为只是一个电池,的现在已经演变成为一个工程师的天堂。时间一去不复返了镍镉系统由锂电池取代从而延长设备的使用寿命。随着复杂的刺激设置涉及越来越多的接触的激活电池的过早耗尽避免通过使用自动夜间,time-cycled,或手动中断的刺激。行业开发了各种各样的新一代小型可充电IPGs满足SCS的新要求;因此,能源消费变得更少的问题。

如前所述背角纤维反向相关的招聘与电极接触和纤维之间的距离(6]。因此脑脊髓液层的厚度(8)的招聘脊柱[8]和背根纤维12]。因此电极/领导位置变化和刺激强度取决于病人的位置(例如,仰卧位或站)到了这样一种程度,病人不能使用的没有手动更改程序,以避免痛苦的过度刺激。

RestoreSensor(美国美敦力公司)是第一个植入式神经脊髓刺激(SCS),自动适应刺激设置响应位置变化,提供了客观的病人活动数据。自适应SCS是基于加速度传感器,使慢性运动感应电池驱动的应用程序。是健壮的震惊和代表第一个实用,包装,三轴加速度计适合慢性生理测量。传感器的性能也是可取的更一般的微功率应用,比如包跟踪、振动、和倾斜检测。

最初的结果测试RestoreSensor可用性和满意度(信任)的调查25)30例,主要遭受的腿部疼痛由于背部手术失败综合征或复杂区域疼痛综合征类型,随访10周左右时间非常有前途。80%的患者报告更有效的缓解疼痛。使用病人的程序员变得不那么困难,和更少的必要,自适应刺激。自适应刺激产生了积极的影响在所有患者睡眠质量,这可能导致更大的睡眠量的看法。总的来说,58%的患者报告执行多个活动的能力与治疗(例如,站立、行走、睡眠和保持在一个特定的位置了)。整体病人满意度是97%的10周随访期间(25]。

5。修改的脉冲宽度

在SCS,脉冲幅度通常是刺激控制的焦点,因为它是直观地理解临床医生和病人都26- - - - - -29日]。SCS技术的进步,特别是充电IPG植入式装置,脉冲宽度(PW)编程的现在的旧的射频系统(可编程性高达1000μ。传统PW只是改变当其他参数的调整未能达到治疗目标。在神经刺激脉冲幅度和宽度直接相关的细胞膜去极化,因此关键参数确定的轨迹兴奋组织(30.]。PW编程的价值是调查了19个受试者完全植入SCS在位时间超过3个月治疗慢性棘手的腰或腿疼痛。结果表明:基线值PW参数是295μ(范围242 - 326μ马)平均振幅为2.5 (1.3 - -3.3 mA)。PW的独立修改后,所有患者的平均PW的项目增加到400μ年代,大约高48% (P= 0.01),有显著提高paraesthesia-pain重叠(56%,P= 0.04)。据估计,10/19的病人似乎有更大的感觉异常的报道,7/19的患者选择新的PW项目,8/19的病人似乎显示一个“尾转变”的感觉异常的报道增加了PW [31日]。

数学模型表明,这种感觉异常转向背后的机制是由于不同选择性的PW较大和较小的纤维。模型考虑结合现实的纤维大小、密度和分布的背列,基于人体解剖数据。与更大的相对密度较小的纤维位于背内侧多列,增加PW将招募小纤维更容易,从而导致更大的中线突招聘。临床上,这似乎表现为一个尾感觉异常的变化。在总结变量PW编程SCS似乎临床价值,证明了一些病人提高paraesthesia-pain重叠,以及增加的能力,甚至“引导”感觉异常的报道31日]。

6。高频刺激

尽管SCS是推荐治疗背部手术失败综合征患者(的边后卫)[32),如果感觉异常腰椎麻醉所无法获得的,然后轴下腰痛是非常困难的治疗和临床结果很穷33]。正在进行的欧洲多中心前瞻性试验(34使用双octapolar],经皮解剖中线附近放置顺序和连接到一个可充电IPG的波形与频率10 kHz。(Nevro,门洛帕克,加利福尼亚州)表明,34例完全植入背痛血管平均下降了77%(基线在6个月到2.0厘米,8.9厘米P<措施)和腿部疼痛脉管下降了82%在6个月随访。(基线5.5厘米到0.7厘米在6个月,P<措施)。除了平均得以残疾指数下降了36%(从58到37,P<措施)。这种方法是新颖的有几个原因:(a)使用高频刺激提供持续镇痛在以前困难的病人队列没有paraesthesia-thus达到足够的轴向腰疼痛没有压倒性的腿感觉期望通过增加频率使用传统IPG;(b)的解剖位置是可能的和避免术中感觉异常映射;(c)它减少编程要求;(d)继续使用系统的独立地位,包括夜间使用是可能的。到目前为止,没有不利影响的高频刺激报道然而,长期的临床结果是等待。临床前研究在山羊接受10天的连续刺激振幅的感觉/运动阈值显示没有区别的行为或脊髓神经组织学之间的治疗和控制。为什么这样的刺激这个非凡的效果仍有待理解和可能影响我们的方法这个co-cohort迄今为止不能令人满意地管理与传统SCS技术。

7所示。新的临床应用

有几个建立适应症SCS如神经性背部和腿部疼痛,复杂区域疼痛综合征、脊髓损伤、缺血性疼痛(血管和心绞痛)。虽然超出了本文的范围,讨论每个临床表明,越来越多的数据库clinical-based证据支持SCS的使用。这些地区的经济评价是有限的但是SCS的初始成本通常是更有效和低成本的传统管理的3 - 5年(33]。不幸的SCS被认为是一种选择,许多卫生保健提供者的杀手锏,和真正的经济效益可能躺在前面介绍的技术。

新治疗方法的识别和SCS技术的新应用程序将重新定义我们的理解病理生理学概念参与不同的医疗条件。例如,膀胱疼痛综合征/间质性膀胱炎和弥漫性慢性腹部骨盆疼痛可能是神经性疼痛从而提供潜在的令人兴奋的发展。证据表明颈椎SCS增加脑血流量(CBF)可能导致在脑缺血中的作用。自主系统的修改,特别是SCS的交感成分,表明身体功能重要的自主控制可能会受到调制。建议在未来支气管痉挛,胃肠蠕动,超出代谢紊乱可能成为神经调节的焦点35]。

8。结论

现代医学要求任何治疗方式是基于理性知识和证据确凿的理论;然而,某些情况下,特别是那些涉及慢性疼痛,通常仍然是不精确的。SCS可能是为数不多的几个例子的治疗大大促进了改变态度和提供满意的缓解患者在过去不及时治疗。

脊髓刺激,严重影响了医疗系统提供一个安全的可逆的治疗模式与有限的副作用。确保高标准的医疗质量的拯救脊髓刺激小资源充足的中心应提供能够解决安置这个病人群体的需求。成本效益和效果是基本如果SCS接受公共选择的治疗,医生,医疗决策者。前面介绍的技术可能被证明是至关重要的。研究机制的痛苦,疾病,和SCS的行动需要随机对照试验(相关的)。不能(a)盲病人(拥有感觉异常),(b)选择一个比较治疗(医疗、外科、康复),和/或(c)来解决伦理问题参与审判具体问题在这样一个随机对照试验的设计。

证据的功效提高和指标数量的增加,对神经调节的兴趣和SCS无疑将增加。SCS是微创、安全、副作用有限的和可逆的治疗模式。只有通过生物医学行业的共同努力下,基础科学研究人员和一线医疗服务提供者的技术进步已经在这一领域继续取得显著临床影响明天的病人。

引用

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