神经调控技术
世界神经调控学会将神经调控(neuromodulation)定义为:在神经科学层面,利用植入性和非植入性技术,依靠电或化学手段来改善人类生命质量的科学、医学以及生物工程技术。神经调控是一门新兴学科,相对于原先的毁损和切除而言,它重点强调的是调控,也就是该过程是可逆的,治疗参数是可被体外调整的。它是借助植入设备(电极和泵),通往电刺激和药物来发挥作用的。
神经调控技术是近年来应用于临床的一种崭新的治疗方法,它现在不仅应用于对帕金森病、原发性震颤、扭转痉挛等运动功能障碍性疾病的治疗,而且还应用于癫痫、镇痛、尿失禁、强迫症、植物人等疾病的治疗头痛碑病。
发展历程
先进阶段:有框架的神经调控技术阶段
1908年Horsley和Clarke创始三维数字化神经调控技术,1945年Spiegel和Wycis完成有史以来先进次人数字化神经调控手术,神经调控学历史上第二次突破是发生在1979年,Brown发明了用定位框架与CT扫描一起配准,用于神经系统非功能性疾病。我国是1993年由深圳安科高技术股份有限公司生产的国内首台能与CT或MR连接的高精度脑立体定向仪投入临床使用,极大推动了临床立体定向技术在国内的应用和推广。
影像学,放射外科学和立体定向技术的有机结合,衍生出多种新型治疗手段,如脑血管造影定向技术,磁共振立体定向术,多普勒辅助立体定向术,内镜立体定向术,PET辅助脑立体定向术等。立体定向放射外科概念的引入和发展,伽玛刀,X刀及质子束放射系统的应用,使或的概念得到更进一步的深化。有框架脑立体定向神经外科是其中的一个方面。这里我们从三个方面来进一步介绍:
1.脑立体定向仪: 要立体定向就要有三维空间坐标体系,有框架脑立体定向就是人为地在头颅外安装一个框架,由它来形成一个三维空间坐标体系,使脑结构包括在这个坐标体系内,这时将这个框架和病人一起进行CT或MRI的扫描,就会得到带有框架坐标参数标记的病人颅脑CT或MRI的图像,病人颅脑内的各个影像解剖结构都会在这个坐标体系内有一个相应的坐标值,然后通过脑立体定向仪定义的机械数据来达到该坐标点,从而实现脑立体定向。 国内外生产的脑立体定向仪不但定位精度高(小于1mm),而且使用方便,可以与X线、CT、MRI相配套。国外好的定向仪有:Leksell定向系统、BRW/CRW定向系统、Todd-well定向系统等;国内有深圳安科高技术有限公司的ASA-601、602定向仪等。
2.神经调控图谱:脑立体定向仪是通过颅脑外的框架建立一个坐标体系,神经调控图谱是利用脑内标志进行坐标体系的建立来定位。临床上是以前连合和后连合作为标志来确定各个核团位置的。一般先在脑上定出三个基准平面和三条基准轴线,即将前连合后缘中点至后连合前缘中点的连线定为连合间径,通过它所作的水平面定为HO平面,通过连合间径的冠状面定为FO平面,加上脑的正中矢状面SO平面,就构成了三个基准平面。这三个基准平面的交点叫做原点(O点),坐标值为0。通过原点前后方向的轴为矢状轴(与连合间径重合),定为Y轴;通过原点的上下方向与Y轴垂直的垂直轴定为Z轴;与通过原点左右方向并与Y轴垂直相交的冠状轴定为X轴。以上X,Y,Z轴即为三条基准轴线。应用这些平面和轴线,即可描画出脑内各个结构的三维空间坐标来。
第二阶段:无框架神经调控技术
无框架(Fameless)脑立体定向或影像导像神经外科(Image-Guided Neurosurgery) 1986年Robert及其同事介绍一种与CT图像、显微镜相结合的无框架定向手术系统,这个崭新的观念一出现,迅速激起设计制造无框架定向手术的热潮,在工程科技界和厂商结合下出现了一系列无框架定向手术系统。它主要分为两类:关节臂系统(1987年由Watanabe发明)和数字化仪系统。市场上主要是数字化仪系统,分以下三种:1,声波数字化仪: 1986年Roberts首次报告使用声波数字化仪跟踪手术器械或显微镜的方法,从而开创了无框架立体定向神经外科。 2,红外线数字化仪: 红外线数字化仪导航是美国于1992年应用于临床,那是世界上首台光学手术导航系统。市场上大部分产品是光学手术导航系统,中国是1997年由上海华山医院将美国的光学手术导航系统引进国内,我国自行生产的先进台手术导航系统是1999年由深圳安科高技术股份有限公司生产的ASA-610T手术导航系统,也是光学手术导航系统。 3,电磁数字化仪: 1991年Kato报告了电磁数字化仪的设计原理和临床应用,该系统主要由三维电磁数字化仪、三维磁源、磁场感应器和计算机工作站构成。
临床应用
神经调控手术是当今世界上的标准治疗方法,其疗效已经经过多年的临床验证,在国际文献检索中心,可以轻易地查询到数以万计的相关文献。这种治疗方法欧美临床已经应用了十余年,进入我国也已经多年,只是由于其价格较为昂贵,因而采用患者不多,也不为常人所知。
神经调控,通俗地说,就是通过对引起疾病症状的特定神经核团发放经过调制的不同频率、脉宽、电压的脉冲电流,改变异常的神经冲动,使之得到抑制而不再引起患者的病态症状。由于不同的疾病病理生理情况不同,所以需要作用于各个特定的“靶点”以获得对不同症状的控制。例如,对于以震颤和僵直为主要症状的帕金森病,需要将电极放在丘脑底核(STN),而对于原发性震颤,则需将电脉冲施放到丘脑腹后内侧核(Vim)。对于脊髓损伤、带状疱疹后的恶性疼痛,则需根据不同的部位 ,将电极放置在相应的脊髓神经节段上。
实施方法:
由一个电脉冲发生器发放特定的电脉冲,通过特殊的导线,连接到直接置于特定的神经核团或神经节段的施放点上的电极。所有这些部件全部安置于体内:脉冲发生器在锁骨下或上腹部皮下,连接导线通过皮下的隧道与置于体内靶点上的电极相连。脉冲发生器的脉冲发放参数可通过专用的体外遥控器进行遥控调制,以适应患者在不同阶段的病情需要,获得个体化的较佳疗效。
神经调控技术的临床应用:
(1)精神疾病:对抑郁症,行边缘系统,前脑的某些核团定向调控,疗效已得到肯定。
(2)运动障碍性疾病:应用脑立体定向技术行相应核团的调控。包括:扭转痉挛、肌张力障碍、帕金森(3)慢性疼痛:如三叉神经痛、大脑水平的扣带回调控、丘脑水平的腹后核、中央中核调控等。
(4)癫痫:全身性原发性癫痫,颞叶癫痫伴攻击行为或不能进行典型病灶切除者,都可选择立体定向技术对癫痫病灶调控,改变动的中间环路,如杏仁核,Forel-H、下丘脑后部、丘脑内某些核团。
(4)神经系统受损后的功能恢复(BCI,brain computer body interface):通过植入于功能区特殊电极,监测电发放,转换成皮层刺激信息,达到特定功能。
未来前景
神经调控技术在欧美等国家发展迅速,已经广泛的用于运动障碍性疾病、顽固性疼痛、癫痫、精神障碍性疾病、脑类疾病、成瘾症以及神经系统受损后的功能恢复治疗方面。随着认识的加深,其适应证已经逐渐拓展至心绞痛、外周血管疾病、泌尿系统障碍、糖尿病、腹部疾病如肠激综合征等多学科、多种疾病的治疗,并且取得了不错的效果。 在较近的一项的全球市场调研中,指出在今后的10年是神经调控技术快速发展的10年,在非欧美国家,尤其在中国,神经调控技术在21世纪第二个10年,将得到迅猛发展。