蝶形线圈——一种被广泛应用与临床与科研的经颅磁刺激线圈


1985年,Barker和他的同事们首次成功利用瞬时脉冲的外部磁场刺激人体大脑运动皮层和外围神经。这种非侵入性、无痛的磁场刺激方法叫做经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)。其一经问世,便引起了强烈反响,并迅速发展成为一种非侵入性的研究人体神经系统的强有力工具。


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图1


经过三十余年的发展,经颅磁刺激已经被广泛地应用到科学研究和临床治疗领域,特别是重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)在研究和治疗抑郁症、帕金森病、癫痫、神经性疼痛、脊髓损伤和脑卒中等临床疾病中发挥着重要的作用。


 不同种类的线圈


经颅磁刺激仪有两个重要组成部分:提供脉冲电流的能量发生装置和产生脉冲磁场的刺激线圈。磁刺激线圈的形状和大小在确定大脑中刺激的聚焦性和深度方面起着重要作用。在经颅磁技术过去发展的很长一段时间中,基于不同的几何布局研究者设计了诸多不同结构的线圈。

 

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图2

蝶形线圈


目前临床和科研中广泛使用的线圈有两种:圆形线圈和8字型线圈。


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图3


1988年,Uneo等人首次提出了Figure-8线圈结构,并于1990年成功地获得了5毫米分辨率的运动皮层映射功能。[1]

 

8字形线圈如图3所示,由两个共面的通有相反方向电流的圆形线圈组成。它所产生的磁场强度在空间的分布如图4所示,产生的电场分布如图5所示。由图5可知,8字形线圈产生的电场有两类峰值:位于两线圈交界处的主峰和位于两侧的侧峰。主峰的幅值约为侧峰幅值的两倍。这一特性使得8字形线圈的聚焦性远优于其他不同结构的刺激线圈,8字形线圈在实验和临床中到了更广泛的应用 [2]

 

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图4

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图5

英智8字形线圈

8字形线圈刺激较深且聚焦性较强,刺激深度约2-3cm,能较为精准契合刺激靶点,可满足于定位比较严格的脑功能区制图。适用于区域性脑功能分析及多种神经、精神类疾病治疗。

 

技术参数Technical Features

传感器接口:LEMO 6针

电缆长度:1.5米

线圈尺寸:内径:30mm,外径:85mm 

 

8字形线圈相关应用


1. 使用8字形线圈治疗失眠症 

失眠症是最常见的睡眠障碍,常见症状是入睡困难、睡眠质量下降和睡眠时间减少,记忆力、注意力下降等。

 

2013的一项研究中,将120名严重慢性失眠患者均分为3个研究组:rTMS治疗组,药物治疗组(艾斯挫仑)和心理治疗组,每天进行治疗,持续两周。其中rTMS治疗组使用到8字形线圈,刺激频率1Hz、80%阈值的刺激强度对靶点右背外前额叶(R-DLPFC)区进行治疗。三组在治疗前,治疗后都使用多导睡眠图等参数进行评估。[3]


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实验结果表面,三种治疗方式均具有显著效果,与药物治疗组和心理治疗组相比,使用8字形线圈的rTMS治疗在改善Ⅲ期和REM睡眠方面效果最好。


2. 使用Butterfly coil线圈治疗抑郁症 


抑郁症属于临床中一种常见的精神疾病,发病率高且有着比较高的自杀风险。近年来应用经颅磁刺激(rTMS)技术治疗抑郁症的研究取得了较大进展:30+项总共包括2000例被试研究抑郁症的伪刺激双盲对照试验;15篇高影响因子关于MDD综合数据的meta分析文章。

 

2018年的一项随机、多中心试验中,随机分配414名诊断为重度抑郁症的被试到10Hz rTMS治疗组(205名)和iTBS治疗组(209名)。均使用8字形线圈刺激左侧背外侧前额叶(L-DLPFC),每天一次,初始治疗总计20次。分别在治疗前、每5次治疗后、全部治疗结束后1周、结束后4周以及结束后12周使用HRSD-17等诊断评分手段进行跟踪治疗效果。[4]

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实验结果显示,10Hz rTMS组的HRSD-17得分从23.5(SD4.4)变为13.4(SD7.8),iTBS组的HRSD-17得分从23.6(SD4.3)变为13.4(SD7.9)。两者在治疗抑郁症患者症状中的效果相差不多。

 

 

Reference

[1]S. Ueno, T. Tashiro, and K. Harada, “Localized stimulation of neural tissues in the brain by means of paired configuration of time-varying magnetic fields,” Appl. Phys., vol. 64, no. 15, pp. 5862–5864, 1988.

[2]陈福谦,周军,王永波,李丽红。经颅磁刺激线圈结构设计分析综述[J].机电工程,201,431(04):431-436.

[3]Cheng-gang Jiang, Ting Zhang, Fa-guo Yue, Ming-ling Yi. (2013). Efficacy of Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation in the Treatment of Patients with Chronic Primary Insomnia. , 67(1), 169–173. doi: 10.1007/s12013-013-9529-4.

Blumberger DM, Vila-Rodriguez F, Thorpe KE, Feffer K, Noda Y, Giacobbe P, Knyahnytska Y, [4]Kennedy SH, Lam RW, Daskalakis ZJ, Downar J. Effectiveness of theta burst versus high-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation in patients with depression (THREE-D): a randomised non-inferiority trial. Lancet. 2018 Apr 28; 391(10131):1683-1692. doi: 10.1016/S0140-6736(18)30295-2. Epub 2018 Apr 26. Erratum in: Lancet. 2018 Jun 23;  391(10139):e24   . PMID: 29726344.

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