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躯干肌TMS刺激靶点,如何精准定位?
专栏:学术前沿
发布日期:2021-10-21
阅读量:10842
作者:尧利书

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表面肌电记录的运动诱发电位(MEP)已被广泛用于检测经颅磁刺激皮质到躯干肌肉的皮质脊髓投射。但常用的单通道表面肌电图(sEMG)电极监测的范围小,往往不能记录刺激靶点周围的肌肉激活情况。


不少学者开始利用多通道表面肌电收集高密度的肌电图信号,以期望评估不同躯干肌肉的协调活动。甚至用于疾病的特异性康复方案的预后预测。

 

2021年发表的一篇文章利用高密度表面肌电(sEMG)探讨了皮质TMS刺激对健康受试者腰椎椎旁肌肉的影响。通过观察下背部大部分肌肉部位的MEPs,可以准确地观察到TMS对皮质脊髓投射的影响,并获得治疗躯干肌肉疾病的准确热点。

 

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图1:A.高密度表面肌电图数据的采集与处理。B.TMS刺激部位。C.直坐时,向前弯曲的角度

 

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方法


研究纳入12位健康受试者,将高精度表面肌电(3×15)置于受试者两侧躯干外侧边缘(水平)和L2-L4水平(垂直)之间的背部区域。


地线(GND)附着在骶椎骨表面。肌电信号以2048 Hz的采样率进行采集,并在10-1000Hz之间进行滤波设置。使用8字形线圈对受试者进行单脉冲刺激。刺激部位为顶点前1cm,外侧4cm。


同时设置TMS强度和前屈角两种刺激参数,在同一强度和前屈角下进行6个TMS刺激,刺激间隔为3-6秒。受试者在每个试验之间有5分钟休息时间,以减少肌肉疲劳的可能性。


每个实验中磁刺激强度可设置为60%、80%、100%的最大机器输出强度(MSO),前屈角度为0°、30°、60°。

 

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图2:MEP地形图的特征参数

从每个通道计算MEP的峰峰振幅(TMS刺激后10ms-40ms),形成MEP地形

 

将MEP波幅转换为对应颜色,构建MEP地形图,地形图Max为波幅最大的点,IpsiT为与TMS刺激点同侧的腰椎椎旁肌点,对侧腰椎椎旁肌点标记为ContraT。


MEPIpsiT与MEPContraT分别为IpsiT点和ContraT点的MEP振幅值。DistMaxtoIpsiT和DistMaxtoContraT为Max点到目标点(IpsiT点或ContraT点)的距离。


五个参数主要用于描述高强度区域的强度特征和位置特征。对图形进行处理后,以白色面积相对于整个地形图的比例是第六个特征参数,命名为“相对面积”,以测量高强度区域的密度特征。

 

MEP振幅的地形图不仅可以以高分辨率量化其时间特征,还可以量化诱发肌肉活动的空间特征。


反应在某些刺激参数下,非靶向激活肌(ECU和EDC)主要与靶向激活肌(ECR)的空间分布相关。可使我们更全面、准确地了解经颅磁刺激到腰椎旁肌的皮质脊髓投影。

 

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图3:相对面积



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结果

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图4:TMS刺激左侧、右侧时产生的MEP地形图


一共纳入9名受试者的数据。图4、5所示,地形图中大多数高强度为椭圆形,分布在一个点周围。通过目测,大多数地形图中该点到L3水平线的垂直距离小于L2水平线和L4水平线的垂直距离。


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图5: 不同TMS强度和前屈角下MEP地形图的特征参数


数据分析显示前屈角对相对面积有显著主效应影响。0°时的相对面积明显小于30°(p<0.001)和60°时的相对面积(p<0.001)。

 

0°、30°、60°之间的MEPMax、MEPIpsiT、MEPContraT均存在显著差异。100% MSO时的MEPMax、MEPIpsiT、MEPContraT均明显大于60% 、80% MSO产生的对应值。

 

刺激强度与前屈角均对DistMaxtoIpsiT无显著影响。刺激强度对DistMaxtoContraT无显著影响,0°时的DistMaxtoContraT明显大于30°和60°的DistMaxtoContraT。


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图6:刺激同侧与对侧的特征比较  

a.不同前屈角下靶肌点MEP振幅;

b.不同前屈角下从刺激强度最大点到靶肌点的距离。


同侧与对侧的靶点MEP波幅、靶肌点到Max点的距离均存在差异。在某些TMS强度和前屈角下(60%MSO,0°;80% MSO,0°;MSO 80% ,30°;MSO 80%,60°),IpsiT点的MEP波幅明显大于ContraT点,且在所有TMS强度和前屈角下,Max点到IpsiT点的距离明显小于从Max点到ContraT点的距离。

 

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结论


综上所述,TMS对椎旁肌的影响与刺激强度、前屈角相关,且获得多通道MEP地形图的最佳刺激强度为MSO 80%,最佳前屈角为30/60度,本研究可能为探究经颅磁刺激热点提供一个潜在的有效确定工具。


当然,除了多点大范围的记录MEP,若还想在神经通路中多点同时记录MEP,以了解躯干肌神经通路中各段之间的情况,可以选择依瑞德集团可同时记录4通道MEP的TMS设备 

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依瑞德集团NS5000磁场刺激仪


 

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 ▼ 参考文献


Mapping Responses of Lumbar Paravertebral Muscles to Single-Pulse Cortical TMS Using High-Density Surface Electromyography[J]. IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering: a publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2021, PP(99).


以上内容由依瑞德临床医学中心翻译整理,有不足之处请指正,转载请注明出处。

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