1 德国柏林夏里特医学院神经内科运动障碍与神经调节科,柏林自由大学和柏林洪堡大学的法人成员;2 德国柏林夏里特医学院,柏林爱因斯坦神经科学中心;3 美国波士顿哈佛医学院布莱根妇女医院神经内科脑回路治疗中心;4 美国波士顿哈佛医学院麻省总医院麻省总医院神经外科和神经技术与神经恢复中心 (CNTR);5 加拿大多伦多大学生物医学工程研究所;6 加拿大多伦多大学健康网络克伦比尔脑研究所;7 德国柏林夏里特医学院神经外科
1 日本滨松大学医学院神经外科;2 日本岩田丰田荣成医院神经外科;3 中国深圳中山大学附属第八医院神经内科;4 日本滨松 JA 静冈光诚连远州医院神经外科;5 日本滨松大学医学院精神病学和神经内科;6 日本静冈癫痫和神经疾病研究所神经内科;7 日本滨松大学医学院神经内科;8 日本滨松医学光子学基金会滨松 PET 成像中心;9 日本滨松大学医学院杰出医学光子学教育与研究中心生物功能成像系
本研究介绍了一种噪声消除技术,用于 MER 机器通过丘脑底核深部脑刺激/或刺激器 (STN-DBS) 在局部场电位 (LFP) 中进行电刺激获取的丘脑底核 (STN) 神经元微电极信号。我们提出了一种新方法,用于消除由不同于典型 LFP (低频电位) 信号的脉冲发生器触发的诱导刺激伪影。该方法经过处理和准确性测试,并计算用于体外状态的执行。结果表明,该方法可以很好地抑制刺激伪影。并且还在帕金森病 (PD) 受试者 (患者) 的体内状态下进行了测试。它用于处理从 PD 手术中收集的 LFP 信号,以初步探索 STN、DBS 参数 (刺激强度、刺激电压、频率和幅度脉冲宽度) 内 beta 波段同步变化的定量依赖性。研究结果表明,DBS 过程可以克服过度的β频率(30Hz)活动,并且随着 DBS 电流在 1-3V 范围内增加,刺激频率在 60-120Hz 范围内增加,减少程度也随之增加。该方法为探索诱导电刺激对帕金森脑活动的即时效果提供了科学研究和技术支持,并可作为未来技术的研究工具。
必须根据每位患者的临床表现进行量身定制。许多因素都有助于取得积极的 DBS 效果,包括精心选择患者、放置导线和有效编程(6)。只有 DBS 编程可以在患者植入后进行修改,因此,DBS 编程在改善临床结果方面起着至关重要的作用(7)。尽管如此,30 年来,编程一直是一个手动且耗时的过程,需要训练有素且经验丰富的临床医生才能使每位患者获得最大的治疗效果(8、9)。在随访期间通常会组织其他课程来处理刺激引起的副作用(例如,言语问题和刺激引起的运动障碍)或潜在帕金森病的恶化。虽然这些重新编程课程的效用已得到充分证实,但尚无指导方针,而且大多数这些变化依赖于少数开放标签研究的结果(10-12)。事实上,尽管DBS已应用近三十年,但目前仍缺乏系统的编程协议,导致刺激调整不一致且效率低下,以及患者多次或不必要的就诊。本中心利用图像重建技术重建核和电极,并以此指导编程,取得了满意的效果。
对丘脑底核或苍白球进行深部脑刺激 (DBS) 是治疗帕金森病 (PD) 的既定方法,可显著持久地改善运动症状。然而,DBS 对 PD 步态障碍的益处仍存在争议,并且可能导致患者不满和生活质量低下。PD 步态障碍包含多种临床表现,并依赖于不同的病理生理基础。虽然 DBS 手术多年后出现的步态障碍可能与病情进展有关,但早期步态障碍可能是可治疗的原因和 DBS 重编程的益处所致。在这篇综述中,我们通过讨论其神经生理学基础、提供详细的临床特征并提出一种实用的编程方法来支持其管理,来解决接受 DBS 的 PD 患者的步态障碍问题。
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结果:远程编程组27例患者共接受36次远程编程,4例患者在编程过程中出现轻微不良事件,不良事件在1周内消失。满意度问卷显示97.3%的患者对手术效果满意。远程编程组患者(88.9%)在DBS术后接受长期编程的可能性高于门诊编程组患者(74.5%)。两组编程组的帕金森病症状均得到改善。远程编程组大多数(18/27)患者居住在编程中心以外,而门诊编程组大多数(27/47)患者居住在编程中心所在地武汉(P=0.046)。远程编程组每例患者每次编程费用为43.5美元,门诊编程组每例患者每次编程费用为59.5美元(56~82.7美元)(P<0.001)。远程编程组每次就诊的中位时间成本为 30 分钟(25–30),门诊编程组每次就诊的中位时间成本为 150 分钟(135–270.0)(P < 0.001)。
深部脑刺激 (DBS) 是一种成熟的神经外科手术,用于治疗运动障碍,也正在用于治疗难治性精神疾病。本综述强调了 DBS 模拟和数据分析的重要考虑因素。近年来,有关 DBS 的文献数量大幅增加,本文旨在确定该领域的重要趋势。在 DBS 计划、手术和随访期间,会为每位患者创建几个大型数据集,很明显,对此类数据的任何组分析都是一个大数据分析问题,必须小心处理。本综述旨在从神经工程的角度提供当前 DBS 技术、技术辅助和新兴工具的更新和概述,重点关注患者特定的电场 (EF) 模拟、组分析和 DBS 领域的可视化。示例来自包括我们自己的研究在内的最新文献。这项工作回顾了 EF 模拟、纤维束成像、深部脑解剖模板和组分析的不同分析方法。我们的分析强调,DBS 中的组分析是一个复杂的多层次问题,所选参数将对结果产生很大影响。只有当 EF 模拟、纤维束成像结果和派生的脑图谱基于尽可能多的患者特定数据时,DBS 分析才能提供临床相关信息。DBS 研究的一个趋势是创建更先进、更直观的复杂分析结果可视化,以适应临床环境。
过去几十年来,神经科学家一直与集成电路社区合作,帮助他们开发用于分析和理解大脑的新工具。在此背景下,必须对小动物进行基础性的体内研究,而这需要小型化仪器进行长期研究[1]。多年来,科学家们一直推测脑电图 (EEG) 活动可能提供大脑和计算机之间的通信通道[2]。随着该领域的发展,电子界对功能性和小型化的需求也在上升。由于需要处理低幅度生物信号,因此设计放大器使这些信号与 ADC 等设备兼容以便在计算机上进一步分析非常重要。放大器必须具有特定要求,例如对生理信号进行选择性放大、抑制叠加的噪声和干扰信号、以及确保免受高电压和电流造成的损坏 [3]。微电子技术的最新发展带来了许多新应用,包括通过可穿戴和可植入设备采集生物信号[4-8]。例如,心电图 (ECG) 是最著名的应用之一,它包括采集生物信号以帮助医生诊断心脏疾病[6-10]。脑电图 (EEG) 是另一个广泛的应用,每年都有大量新著作发表[11-13]。神经记录将生物信号采集推向了新的水平,出现了涉及神经调节的新应用[14-16]。光遗传学就是这类应用,它是一个新兴的应用领域,从大脑的特定部分采集信号,同时,大脑的同一区域也可以受到光的刺激[17-20]。
图 1a 显示了不同形式的神经刺激通常如何用于激活或抑制神经信号(动作电位)。动作电位是细胞膜的去极化,钾和钠等离子通过离子通道穿过细胞膜,从而产生级联效应。激活和抑制都有重要的临床用途:激活可用于恢复因创伤或帕金森病等退行性神经疾病而受损的神经系统部分功能,而抑制功能可以抑制癫痫发作期间大脑的功能障碍区域等。这种控制只是假设的理想设备的众多参数之一,如图 1b 所示。它将是低功耗的,以防止设备发热并延长电池寿命(或理想情况下是无线供电,但保持足够高且可控的功率水平是一项挑战 [9] ),谨慎、无创且兼容磁共振成像 (MRI),[10] 精确,但可远距离控制。它不会通过加热、光化学损伤或电荷积聚来损害组织。它将具有神经元选择性,并且具有易于维持的效果,但也可能
