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FUNCTIONAL MAGNETIC STIMULATION

功能性磁场刺激

 

Translated by Li Quan, Changhai Hospital, Shanghai, China

Sponsor: Institute of Spinal Cord Injury, Iceland

 

 

1) Introduction

2) Respiration & Airway Clearance (Cough)

3) Gastric Clearance & Colon Transfer

4) Bladder Control

功能性磁场刺激

介绍: 因为神经是由电磁作用的细胞, 所有脉冲磁场可以触发神经向瘫痪的肌肉传导信号。如果激活的是运动神经的话, 那这种人工诱发的神经信号可以刺激肌肉收缩。

这种利用磁场产生功能上或者康复效果的做法被称作功能性磁刺激 (FMS)。针对 SCI 患者, FMS 已经被用于刺激呼吸、增强肠道功能、控制排尿、促进结肠蠕动排除废物以及改善循环。(用于 SCI 的其他电磁措施已经在前面谈及)

与前面谈到的功能性电刺激 (FES) 一样, FMS要求被作用的肌肉或者器官具有足够的神经支配 (周围神经完整) 以影响机体的功能和肌肉收缩。像 FES 一样, FMS被施加在损伤水平以下以帮助恢复已经受损的功能。

FMS 系统包括三个组件: 一个强流脉冲发生器、磁线圈和电源。FMS 脉冲发生器释放的输出电流高达 5000A 以上, 脉冲持续时间通常接近 250 ms。如此高的电流输出需要一个强大的电源。脉冲发生器中的内部线圈包括一个电压高达数千伏特的蓄电电容、控制电路和一个硅可控整流器一种可以在几毫秒内切换大量电流的固态元件。

 

为了诱发信号传播, FMS 磁线圈产生高达 2T 以上的场强,这是非常强大的电磁力 (堪比核磁共振机器的场强)。磁线圈 (MC) 一般由一个或者多个良好绝缘的铜线圈、温度传感器和安全开关所有这些均被装在一个可塑的铸模内。电池或者固定的电源都可以被用来产生 FMS

FES 通过外部或者植入的电极直接在皮肤或者神经上施加电流不同, FMS 通过在体外神经或者神经根表面放置的一个或者多个磁线圈发出的脉冲磁场对神经细胞产生作用。FMS FES 之间的这一区别既有优点也有缺点。

优点包括:

1 FMS可以不需要借助手术便穿透包括皮肤、脂肪和骨骼在内的组织, 到达周围神经、脊髓、神经根、大脑和内部的器官。

2 FMS 可以在施加区域的下方诱导产生电场, 这样可以同时刺激多个神经。[注意: 如果这一属性满足刺激肌群的需要, 那便是有益的, 否则如果需要有选择性地刺激某一根神经或者肌肉, 那这便成为了缺点。]

3 FMS 避免了手术植入 FES 电极可能出现的风险。

4 FMS 可以穿过衣服发挥作用; 不需要直接的皮肤接触。

缺点包括:

1 FMS 可能会激活作用区域下不恰当的神经, 因为 FMS 发射的不是相对聚集的电流, 而是一个磁场。

2 目前的 FMS 设备非常笨重。

Dr. Vernon Lin (美国) 是一位在 FMS 治疗 SCI 方面的领军人物, 他声称有 2 个技术因素制约了 FMS 在家庭和诊所的广泛应用磁线圈场的分散和电池的体积。不过磁线圈设计的改进能够增强 FMS 选择特定神经的能力。同样, 电池技术的改进也使得便于个人使用的便携式 FMS 成为可能。虽然 FMS 较小的需求量以及高额的花费限制了其商业发展的脚步, 但是 Lin 相信 FMS 将最终用在多项 SCI 的治疗之中。

FMS SCI 方面的应用:

呼吸和气道的清理 (咳嗽): FMS 在辅助呼吸方面可能要优于 FES。放置在颈椎 C7 椎体上的一个磁线圈无需手术便可以刺激控制横膈的膈神经。FMS FES 刺激膈神经都可以使横膈压力明显增加。研究者认为差别来自于 FMS 可以同时激活横膈和隔外的肌肉, 这使上胸廓的变硬, 从而能够让横膈更好地工作。FES 膈神经起搏 (FES部分) 对于横膈则有更好的选择性。

FMS 可以通过将磁线圈放置在 T7 椎体上刺激下胸段的脊神经根来最大程度地辅助呼气 (咳嗽)。这种放置可以激活低位的肋间肌和腹部肌肉。对于 SCI 患者来说, FMS辅助呼气可以改善呼出的压力、容量和流速 其程度分别为 121%167% 110%

胃和结肠的蠕动: SCI 对于胃肠道有不利的影响, 可以使固态内容物在胃和结肠内的移动减慢。在健全的受试者身上使用 FMS, 将线圈放在胸 T9 椎体的水平, 可以将胃清空时间缩短8%。对于 SCI 患者, FMS则可以将清空时间缩短 3%, 半清除时间与未行 FMS 治疗者相比要快 38 分钟。

FMS也可以增加直肠的压力并缩短内容物在结肠内的转移时间。将线圈放在下腹部可以紧张腹部肌肉并增加直肠压力。将线圈放在腰骶部可以进一步增强结肠的转运能力, 使得 SCI 患者的直肠压力增加 83%。利用 FMS, 粪便通过结肠和直肠的时间从平均 50.4 小时减少到了 34.8 小时。

控制排尿: 在一项临床试验中, 22 名受试者中有 17 名被发现可以通过 FMS 刺激进行排尿。该研究发现反射性或者痉挛性膀胱的患者 (在充满的时候可以反射性地自发排空) FMS 的反应较好。反射性膀胱大多出现在 T12 椎体水平以上损伤的患者身上。FMS 对于膀胱无法自行排空 (弛缓性膀胱) 的患者无效。

 

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