低功率无热经颅聚焦超声刺激在人类中持续减少本质性震颤发作

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经颅超声刺激 本质性震颤 颅骨像差校正 核磁共振导向 加速计

神经调控示意图

低功率无热经颅聚焦超声刺激在人类中持续减少本质性震颤发作

研究背景

本质性震颤（Essential Tremor, ET）是最常见的神经疾病之一，主要表现为双侧上肢动作性震颤，持续三年以上。对于药物治疗效果不佳的本质性震颤，往往采用神经外科治疗手段，如深部脑刺激（Deep Brain Stimulation, DBS）和消融术。然而，DBS虽然是治疗各种运动障碍的金标准，但其侵入性和空间特异性有限，使得寻找更精确、更少副作用的治疗方法迫在眉睫。

近些年，经颅超声刺激（Transcranial Ultrasound Stimulation, TUS）作为一种非侵入性脑刺激技术，通过补偿颅骨畸变，可以在毫米级精度上进行定位，从而绕过DBS相关的侵入性手术程序，并克服经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）空间特异性有限的问题。本文提出了一个假设，即MR引导的低功率TUS可以在药物难治性本质性震颤患者中诱导震颤振幅的持续减少。

论文来源

这篇论文题为《Sustained Reduction of Essential Tremor with Low-Power Non-Thermal Transcranial Focused Ultrasound Stimulations in Humans》，作者Thomas Bancel、Benoît Béranger、Maxime Daniel等，分别来自Physics for Medicine Paris, Insightec, ICM-Paris Brain Institute等多个知名研究机构。该论文发表于2024年刊的《Brain Stimulation》期刊，并于2024年5月9日上线。

研究流程

研究方法

  1. 患者纳入与伦理审查:

    • 所有患者（共9名）均参与了ULTRABRAIN研究（ClinicalTrial.gov编号：NCT04074031），该研究获得了伦理委员会的批准。
    • 患者签署了书面知情同意书，并在神经刺激研究后立即进行了丘脑切除术。

  2. 运动评估:

    • 使用由Fahn、Tolosa和Marin开发的震颤临床评分量表（Clinical Rating Scale for Tremor, CRST）对基线震颤进行评估。
    • 通过在双手背部贴附3D MR兼容加速度计，以标准震颤姿势评估震颤严重程度。

  3. 解剖定位:

    • 在用3T西门子Prisma磁共振成像系统获取解剖和扩散张量成像（Diffusion Tensor Imaging, DTI）序列图像后，神经外科医生根据Guiot Atlas进行VIM和DRT的解剖目标定位。

  4. 神经调控协议:

    • 使用Insightec Exablate Neuro设备进行低功率超声波作用，设备包括一个15 cm半径、1024元件阵列，每个患者的Dominant Hand进行靶向操作。
    • 不同的超声波刺激模式测试，包括模式1、高占空比模式2和低占空比模式3、4，以探测其在特定震颤目标区域的神经调控效果。

  5. 震颤数据采集和分析:

    • 各刺激前后分别记录震颤数据，并通过定制的MATLAB软件进行数据分析，以确定刺激前后震颤功率的变化。

研究结果

  1. 整体震颤功率变化:

    • VIM神经刺激结合低占空比（5%）DRT刺激在四名患者中显著降低了震颤功率，最低减少幅度达到89.9%。
    • 单独VIM低占空比（5%）刺激的患者震颤减少幅度高达93.4%。
    • 四名患者无响应。
    • 目标区域的温度仅小幅上升至37.2 ± 1.4°C，表明没有显著的热效应。

  2. 统计分析:

    • 多数患者在特定超声波刺激模式下震颤功率显著减少，这些变化随患者间存在个体差异，但整体数据显示使用适当超声波参数和定位可以产生显著的震颤改善效果。

研究结论与价值

通过这项实验性临床研究，证明了MR引导的低功率TUS在减少本质性震颤中的可行性和有效性。研究结果显示，采用TUS可以在短时间内大幅减少震颤功率，且这种效果在某些患者中可持续数分钟之久，最长可达30分钟。这项研究不仅为未来通过非侵入性手段治疗本质性震颤奠定了基础，也为TUS在神经调控领域的应用提供了新思路。

研究亮点

  1. 创新性和独特性:

    • 本研究首次在临床上验证了低功率、非热性TUS对本质性震颤的显著控制效果，为今后的研究和临床应用提供了新方向。

  2. 精确靶向:

    • 运用先进的MR成像技术和精确的超声波靶向设备，实现了高精度的震颤目标定位，较传统的TMS和DBS具有明显的优势。

  3. 非热机制:

    • 本研究中，TUS的震颤改善效果并非由温度升高引起，支持其主要作用机制为非热效应，这使得TUS在安全性和可控制性方面具有明显优势。

  4. 未来研究方向:

    • 本研究为TUS在广泛的神经调控应用中开辟了可能性，特别是与深层脑结构相关的疾病。同时，未来的研究还应重点探索不同超声波参数对于震颤控制效果的影响，并引入对比研究以进一步验证并完善研究结果。

通过本文，我们看到了TUS在神经科学领域的巨大潜力，并期待后续有更多科学研究深入探索其机理及应用价值。