脊髓电刺激资料
硬膜外脊髓电刺激的应用研究进展
硬膜外脊髓电刺激的应用研究进展张雪;徐琦【摘要】硬膜外脊髓电刺激(epidural spinal cord stimulation,ESCS)是一种将电极植入脊柱椎管内硬膜外腔,通过脉冲电流直接作用于脊髓神经的中枢神经功能性电刺激方法,最初应用于对慢性顽固性疼痛的抑制,之后的研究主要集中于该方法在运动功能恢复及神经系统疾病诊断等方面,现已成为神经接口与康复工程中的一个研究热点.本文通过总结ESCS在疼痛抑制、运动功能恢复中的研究进展,并结合ESCS研究背景,探讨了ESCS作用机制及刺激参数的优化.随后通过简述ESCS在运动功能恢复的应用研究,并结合ESCS刺激系统,提出了研制应用于运动功能的植入式刺激器的重要性,最后对ESCS的研究趋势进行展望.【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷),期】2015(034)001【总页数】6页(P90-95)【关键词】脊髓;电刺激;运动功能康复;疼痛抑制【作者】张雪;徐琦【作者单位】华中科技大学自动化学院武汉430074;华中科技大学自动化学院武汉430074【正文语种】中文【中图分类】R318.04功能电刺激，即将特定频率和波形的电流或电压施加于生物体神经组织，进而引发其各种神经电生理反应，该方法在神经疾病治疗等方面有广泛应用。
硬膜外脊髓电刺激(epidural spinal cord satimulation, ESCS)从功能电刺激(functional electrical stimulation, FES) 发展而来。
与作用于外周神经系统的FES不同，ESCS是将电极植入脊柱椎管内硬膜外腔，经造影证实其确切位置后，由刺激电极产生的电流直接作用于脊髓后柱的传导束和后角感觉神经元，在神经通路上产生电场。
迄今为止，ESCS除用于减轻疼痛外，还被开发用于运动功能恢复以及神经系统疾病的诊断，因此对其详细作用机制的研究，在神经科学、康复工程等诸多学科领域具有非常重要的意义。
脊髓电刺激术后程控参数的设置ppt课件
不同的电极设置对电场的影响
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不同的电极设置对电场的影响
1.单电极双触点 能量将集中在阴极触点附近
不同的电极设置对电场的影响
2.单电极“保护式”排列 能量集中在阴极触点附近，并能够防止（Guard）能量从阳极播散
较大的振幅引起较多 的神经元兴奋
Pulse Width/脉宽 决定刺激持续时间 增加脉宽将增加刺激神经纤维的数量和传播范围 低脉宽将缩小刺激范围--减少了神经纤维的极化 以“微秒”为单位，可以精确调整 不同产品所能到达的脉宽不一致 雅培：0-500us 美敦力：0-1000us
增加脉宽增加去极化范围
植入永久性SCS系统
刺激覆盖超过80 疼痛区域，且不引 起明显不适
神经调控关键点：
体验治疗阶段的程序设定 对于有永久植入倾向的患者，此部分是催化剂 对于短时程SCS/外周电刺激，此部分即是全部
有正负极，才会有电流/电脉冲的产生，应用电流/电脉冲 可以激活神经 神经激活依赖于电脉冲的振幅 振幅决定于: 强度 (电压/电流) 持续时间 (脉宽) 如果有足够的振幅: 去极化将发生 动作电位将传播 某些神经的动作电位将产生异常感觉
Deer TR, Mekhail N, Provenzano D, et al. The appropriate use of neurostimulation of the spinal cord and peripheral nervous system for the treatment of chronic pain and ischemic diseases: the Neuromodulation Appropriateness Consensus Committee. Neuromodulation : journal of the International Neuromodulation Society 2014:17: 515-550; discussion 550.
脊髓电刺激镇痛术
脊髓电刺激镇痛术脊髓刺激术（spinal cord stimulation scs）是指将脊髓刺激器的电极安放于椎管的硬膜外腔后部，通过电流刺激脊髓后柱的传导束和后角感觉神经元，从而治疗疼痛或其它疾病。
远古时人类就知道电可以治疗疼痛。
1967年3月Shealy（1）首先通过椎板切开方法将电极置于脊髓背侧柱表面的蛛网膜下腔来刺激脊髓。
至1975年，Dooley提出了经皮穿刺将电极置人脊髓背侧硬膜外腔的新方法。
但在以后数年间，由于对适应症缺乏更深入的了解、仪器性能的不稳定，迟迟未被推广。
近年来，随着基础医学及临床资料的不断积累，对SCS的治疗机制又有了重新认识。
虽然在病例选择、疗效评估方面尚存疑问，但神经源性疼痛综合症（neuropathic pain syndrome）和缺血性疼痛（ischaemic pain）已成为首选适应症。
近期临床实践还表明：神经源性头面部疼痛和中枢性去传入痛（如脑卒中后中枢痛）等两种顽固性疼痛综合症对SCS治疗的反应较好。
不同国家，其应用范围差别也较大，据资料统计（2），每年有超过10，000例患者安放脊髓刺激器，其中一半是在美国，一些是在欧洲。
有些疼痛，当其它方法治疗无效时，SCS却有效，但也有无效病例。
一、 SCS的组成及作用机制（一）组成：脊髓刺激器的整套神经刺激系统包括：刺激电极、延长导线和电脉冲发生器。
刺激电极植入硬膜外腔后，由电脉冲发生器发生电流，经延长导线到达电极，刺激脊髓神经达到治疗效果。
电极有单极、双极及多极阵列等多种，多电极可增加电场的刺激范围和部位，从而提高了操作的成果和疗效。
（3）电脉冲发生器的参数设定、开启、关闭均由体外监测控制器调控。
刺激范围可为0.1－1.0ms，1－120Hz，0－10V，最大输出电压为10V。
电极插入后的定位，以受刺激节段支配的肌肉发生颤搐为标准。
如果电极尖端恰在正中，双侧均有颤搐。
操作时应借助X线透视或CT扫描。
充分确认镇痛效果后，把发生器埋入上腹部皮下并与插入导线相连。
脊髓电刺激和背根神经节脉冲射频术治疗带状疱疹后神经痛的优劣差异
脊髓电刺激和背根神经节脉冲射频术治疗带状疱疹后神经痛的优劣差异带状疱疹是由水痘带状疱疹病毒引起的病毒性感染疾病，通常表现为皮肤表面的疱疹和神经痛。
神经痛是带状疱疹后神经痛的主要症状之一，通常会持续数月甚至数年之久，严重影响患者的生活质量。
除了常规的药物治疗外，脊髓电刺激和背根神经节脉冲射频术被广泛应用于带状疱疹后神经痛的治疗，但它们之间的优劣差异究竟是什么呢？本文将从治疗原理、治疗效果、并发症等方面对这两种治疗方法进行比较，以便患者在求治时做出更加明智的选择。
从治疗原理来看，脊髓电刺激是通过植入导管和电极在脊髓上产生电场，以干扰传送至脑部的疼痛信号，从而达到减轻神经痛的目的。
而背根神经节脉冲射频术是通过在脊神经根节附近送入高频脉冲电流产生的热效应，破坏传送疼痛信号的神经纤维，从而达到缓解神经痛的作用。
可以看出，两种方法的治疗原理有所不同，脊髓电刺激主要是通过干扰疼痛信号的传输，而背根神经节脉冲射频术则是通过破坏神经纤维来缓解疼痛，因此在治疗效果上可能存在一定差异。
我们来比较这两种治疗方法的治疗效果。
据临床研究资料显示，脊髓电刺激在治疗带状疱疹后神经痛方面具有较好的效果，能够显著减轻疼痛的程度，提高患者的生活质量。
而背根神经节脉冲射频术在治疗效果上也是有一定优势的，特别适用于那些顽固性神经痛的患者。
从治疗效果上来看，两种治疗方法都能够有效缓解带状疱疹后神经痛，但在具体应用时需根据患者的病情和身体状况来选择合适的治疗方法。
两种治疗方法在并发症和安全性上也有所不同。
脊髓电刺激在手术过程中可能出现导管移位、感染等并发症，同时也存在带电极或脉冲发生器附近的疼痛和感觉异常等风险。
而背根神经节脉冲射频术虽然在操作过程中也可能出现出血、感染等并发症，但相对而言风险较小，且术后痛苦不太明显。
在治疗安全性上，背根神经节脉冲射频术可能相对更加安全可靠。
脊髓电刺激和背根神经节脉冲射频术治疗带状疱疹后神经痛各有其优劣之处。
脊髓和背根经节电刺激在疼痛领域的临床现状及展望
脊髓和背根经节电刺激在疼痛领域的临床现状及展望神经病理性疼痛是由躯体感觉神经系统的损伤及疾病引起的一系列疼痛的总称，以痛觉过敏、痛觉超敏、自发性疼痛和感觉异常等为主要表现。
NP因其持续时间长，使机体长时间处于应激状态，给躯体与精神带来双重伤害，给病人带来极大的痛苦与负担。
目前针对NP的治疗手段的疗效均有限。
脊髓电刺激是一种有效缓解神经病理性痛的侵入性镇痛技术，它能够明显改善病人的疼痛，并能减少镇痛药物的服用量，增加活动能力，超过20%的病人因此重返工作岗位。
近年随着基础研究的深入和相关仪器设备的完善，一些新的电刺激疗法，例如高频SCS，Burst-SCS，及背根神经节电刺激等应用于临床，明显提高了其镇痛效果。
本文在回顾传统SCS对疼痛治疗疗效基础上，重点分析了新的电刺激疗法治疗NP的现状，为临床上优化NP治疗方案提供重要依据，这也是本文的主要目的和创新之处。
1.SCS的原理及背景SCS治疗原理是基于目前公认的闸门控制理论，将刺激电极植入脊柱椎管内硬膜外腔相应节段，通过电刺激激活脊髓后柱粗大Aβ纤维，此时会产生异常感觉，如麻木感，针刺感，挤压感等，然后再激活脊髓背角胶质区抑制性中间神经元，从而逆行抑制脊髓节段细小纤维痛觉信息接收，并缓解和阻断疼痛感觉经脊髓丘脑束传入高级中枢，激活高级中枢下行抑制通路，从而缓解疼痛。
然而，后来人们发现“闸门控制理论”并不能完整地解释SCS的镇痛原理，有待进一步深入研究SCS的镇痛机制。
20世纪由于对SCS的作用机制研究较少及其仪器性能不稳定等多方面原因，最终SCS镇痛效果的不理想。
近年随着SCS镇痛机制深入研究和相关仪器设备的不断完善，SCS的相关研究再次受到重视，且SCS 应用于康复工程已成为一个研究热点。
2.SCS的适应证及临床疗效SCS主要适用于脊柱术后疼痛综合征，复杂性区域性疼痛综合征，和外周肢体缺血性疾病，幻肢痛，脊髓损伤后疼痛，顽固性心绞痛，带状疱疹后神经痛和痛性糖尿病性周围神经病等，其中FBSS和CRPS是SCS的主要适应证。
腰部手术后剧烈疼痛的治疗方法 脊髓电刺激手术——第四军医大学唐都医院功能神经外科
硬膜外穿刺
俯卧位,选取适当的穿刺部位 做好标记 选择合适的位置穿刺
置入电极
将刺激电极准确地 植入到疼痛相应的 脊髓阶段，寻找患 者主诉整个疼痛区 都出现异常感觉的 电极位置
双电极植入
插入第二根穿刺针 将电极tip的位置放到 对侧相应的位置
术中测试
电极通过临时导线与 临时刺激器相连 参数选择 调整使刺激覆盖疼痛 区域并且患者对刺激 感觉满意
风险 • 低于一般椎管外科手术风险
手段。
SCS成为当今临床疼痛治疗领域里的一项重
要镇痛技术。在全球范围,目前每年有5万以
上脊髓电刺激治疗的病例，总有效率约80
％。
脊髓电刺激系统（SCS）
Percutaneous Leads
• 3487A Pisces Quad • 3888 Pisces Quad Plus • 3887 Pisces Quad Compact • 3898 Octad • 3628 Verify Screening Lead
3080/3886 SNS Lead
• 3080 - fixed anchor • 3886 - separate anchors • 4 electrodes -3mm long, 3mm spacing • Distance from last electrode to fixed anchor - 7mm • 28cm total length
测试刺激
测试期间的要点
1.将电压调至 0.0 V: 在更改电极触点之前 在连接临时筛选器之前 在打开临时筛选器之前 一点一点增加电压 2.双电极: 首先, 测试 & 调整每一个电极的设置 然后, 调节刺激参数
脊髓电刺激的原理
脊髓电刺激的原理嘿，你知道脊髓电刺激是啥不？这玩意儿可神奇啦！就好像给身体里安装了一个小小的魔法开关。
咱的脊髓啊，那可是身体里超级重要的一部分，它就像一条繁忙的信息高速公路，负责传递各种信号。
而脊髓电刺激呢，就是在这条高速公路上加点特别的“能量”。
想象一下，你的身体有时候会因为各种疼痛或者疾病而不舒服，这时候脊髓电刺激就闪亮登场了。
它通过在身体里植入一个小小的装置，这个装置会发出微弱的电流。
这电流可不是乱发的哦，它就像一个精准的小卫士，专门去刺激那些需要帮助的神经。
为啥要用电流来刺激呢？这就好比在黑暗的房间里点上一盏灯。
当身体出现问题的时候，就像是房间变得昏暗无光。
而脊髓电刺激带来的电流，就如同那盏灯，瞬间照亮了黑暗的角落。
它能让那些原本不太活跃的神经重新振作起来，恢复正常的功能。
你可能会问，这电流会不会很危险啊？完全不用担心！医生们可是经过了严格的计算和测试，确保这个电流的强度恰到好处。
它就像一个温柔的小助手，不会给身体带来任何伤害。
而且，这个装置还可以根据每个人的具体情况进行调整，简直太贴心了！脊髓电刺激的应用范围可广了呢！对于那些长期忍受慢性疼痛的人来说，它简直就是救星。
比如有的人因为神经受损而疼痛难忍，吃了好多药也不管用。
这时候，脊髓电刺激就可以发挥大作用了。
它能有效地缓解疼痛，让人们重新找回生活的乐趣。
还有啊，对于一些瘫痪的患者来说，脊髓电刺激也可能带来新的希望。
虽然不能一下子就让他们完全恢复，但它可以刺激神经，帮助他们恢复一些肌肉的功能。
这就像在干涸的土地上洒下了一滴水，虽然不能立刻变成绿洲，但却带来了生机和希望。
你想想，要是没有脊髓电刺激，那些被疼痛折磨的人该有多痛苦啊！而有了它，就好像有了一个隐形的守护天使，时刻在身边保护着我们。
它让我们看到了医学的神奇和力量，也让我们对未来充满了信心。
脊髓电刺激是一项非常了不起的技术。
它就像一把神奇的钥匙，打开了身体康复的大门。
它为那些遭受痛苦的人带来了希望和光明，让他们能够重新拥抱美好的生活。
脊髓神经电刺激疗法基础
IV
3.2.1 脊髓背角
感觉传入区域，根据不同纤维投 射的位置不同而进行功能分区
➢ 板层Ⅰ、Ⅱ含有大量中间神经元 和阿片受体，是调控重要区域
➢ Ⅲ、Ⅳ层接受非伤害性刺激 ➢ Ⅴ既接受躯体也接受内脏伤害性
刺激，与牵涉痛发生有关 ➢ Ⅵ层接受机械性刺激 ➢ Ⅶ层为交感神经胞体位置 ➢ Ⅷ、Ⅸ为运动神经元
④ 疼痛感知：在丘脑等部位的第三级神经 元将信号投射到大脑皮层形成痛觉
三、痛觉形成的神经系统解剖结构及功能
1. 三级神经元
➢ 初级感觉神经元 ➢ 次级感觉神经元 ➢ 第三级感觉神经元
2. 脊髓：
➢ 背角 ➢ 脊髓传导束
3. 三叉神经传导束 4. 中枢下行调控系统
3.1 三级神经元：
➢ 初级感觉神经元（First-order neuron） 胞体：背根神经节/半月神经节 外周突（轴突）：痛觉传入纤维：Aδ纤维，C纤维 外周突末端：感受器
初级感觉神经元firstorderneuron次级神经元secondorderneuron神经纤维分类纤维类型相当于传入纤维的类型a有髓鞘本体感觉躯体运动132270120iaib133070ii30iiib有髓鞘自主神经节前纤维15c无髓鞘痛觉温度觉触压觉04120620iv交感节后纤维03130723321脊髓背角感觉传入区域根据不同纤维投射的位置不同而进行功能分区板层含有大量中间神经元和阿片受体是调控重要区域既接受躯体也接受内脏伤害性刺激与牵涉痛发生有关为运动神经元脊髓板层结构示意图躯体感觉传导通路躯体感觉传导通路横断面322脊髓传导束322脊髓传导束传递
Burst可被视为选择性高频电刺激模式 在脊髓背角有频率依赖性阿片释放神经元，该频率为
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成功>>远远大于失败 心绞痛 ， PVD－痉挛、梗阻
成功大于>失败
CRPSⅠ、CRPS Ⅱ、周围神经损伤、糖尿病性周围神经 病、臂丛神经损伤、 FBSS－腿疼、马尾损伤（马尾神
经综合症）、疼痛的神经病理性膀胱、残肢痛、关节病 变综合症、肌痉挛、癌痛
不稳定的成功
幻肢痛、 部分脊髓损伤enic将脊髓损伤后疼痛分为伤害性疼痛、神经源性疼 痛和中枢痛，其中以中枢性触物痛觉过敏感痛常见和最严 重。 有些学者对严重或治疗无效的触觉过敏（dysesthetic） 患者采用SCS获得到了较好的效果疗效。但部分损伤者的 镇痛效果优于完全损伤者。 脊髓空洞症（SM）引发的疼痛多为中枢痛，采用SCS 治疗可有一定疗效。其机制是电刺激抑制轴突传导痛觉的 轴突，或激活轴突某种抑制疼痛的轴突。 此外对多发性硬化（MS），及继发于MS的三叉神经痛 经高位颈部SCS、痉挛性膀胱均有成功病历的报告。
截肢后由于外周神经损伤常引起残肢痛或幻肢痛 目前SCS治疗截肢痛比较常用。 Nielsen等报告6例幻肢痛病人患者中有5例（两例上肢， 三例下肢）的镇痛效果为“一般至非常好”，但幻觉仍存在。 1997年Claeys等人报告7例下肢截肢的病人患者有5例 取得好的效果，但随着时间的延长，效果则减弱。 减轻幻肢痛的同时也可缓解残肢痛的恶化。外伤、手术、 异物、放射性因素引起的臂丛神经损伤，属神经源性疼痛， SCS对这些病例疼痛的治疗效果均良好。但有时由于颈部 脊柱的活动度大，颈部电极疗效会降低。 SCS对外周神经损伤引起的疼痛有良好效果，如糖尿病 性外周神经痛，但必须是脊髓后柱的解剖结构及功能完好 的前提下。
• 弥散性癌性疼痛 • 背部手术失败综合征 • 轴性躯干性疼痛 • 骨质疏松症 • 蛛网膜炎 • 内脏性疼痛 • 头部、颈部疼痛
对于单侧或双侧疼痛模式最有效 神经源性疼痛
对于弥散性、多灶性疼痛效果欠佳
美国Medtronic公司 包括：刺激电极(Lead)
延长导线（Extension） 电脉冲发生器（Pulse generator）
• 背部手术失败综合征 (FBS) • 复杂性局灶性疼痛综合征 • 蛛网膜炎 • 神经根病 • 外周缺血性疼痛 • 神经痛
神经刺激治疗或鞘内药 物输注治疗
• 背部手术失败综合征
• 复杂性局灶性疼痛综合征
(CRPS) • 蛛网膜炎 • 痛性神经病 • 脊髓损伤 • 带状疱疹后疼痛 • 幻肢痛
鞘内药物输注治疗
1967年3月Shealy（21）首先通过锥椎板切开方法 将电极置于脊髓背侧柱表面的蛛网膜下腔来刺激脊 髓。至1975年，Dooley提出了经皮穿刺将电极置 人入脊髓背侧硬膜外腔的新方法。
所谓脊髓神经电刺激： 蛛网膜下腔刺激 硬膜下刺激 硬膜外电刺激
临床上多用硬膜外电刺激
顽固性疼痛治疗适应症
神经刺激治疗
脊柱手术后疼痛症候群FBSS 目前最常用的适应症。 这些疼痛包括背疼、单腿或双腿疼，病人患者大多 有神经损伤。1975年Pineda指出，SCS对腿疼的 反应优于背痛，认为腿痛更似神经源性疼痛，1996 年，背痛也可以达到很好的效果
一些学者认为随着时间的推移SCS的作用也逐渐下 降，Burchiel进行了大量的观察发现：56％的病 人患者“至少减少了50％的疼痛”，一年后只有35 ％的病人患者描述疼痛减轻为“好”或“优秀”。 LeDoux报告SCS治疗腰痛1个月后有效率（疼痛 减轻50%以上）在90%以上，1年后降低为76%。
失败大于>成功
失败大于>成功
失败远远大于>>成功
脑卒中后中枢痛、 完全性脊髓损伤、面部麻木性痛、 严重的伤害性疼痛（除外缺血性疼痛）
不确切
腹部、盆腔等脏痛、完全性神经根丛抽出术
注：PVD-周围血管性疾病，CPRS-复杂性局部痛综合症，FBSS-脊 柱手术后疼痛症候群，PHN-带状疱疹后遗神经痛，CPRS-复杂性局 部痛综合症。
脊髓刺激术 spinal cord stimulation
讲者：刘妍 2014-8
疼痛治疗流程
诊断 设立治疗目标
口服药物 物理康复治疗
心理治疗
矫形手术
治疗性神经阻滞
口服阿片类药物
顽固性疼痛治疗
神经刺激治疗 鞘内药物输注治疗
脊髓刺激术（spinal cord stimulation，SCS）
将脊髓刺激器的电极安放于椎管的硬膜外腔后部， 通过电流刺激脊髓后柱的传导束和后角感觉神经元， 从而达到治疗疼痛或其它疾病目的的一种治疗方法
延长导线（Extension） 电脉冲发生器（Pulse generator）
电刺激治疗神经源性疼痛的作用机制：
电场刺激脊髓后部的上行结构：脊神经背根，脊髓后角神经元，脊 髓丘脑束等。脊髓后柱功能的存在是实施行SCS治疗的必要条件 γ－氨基丁酸神经元高度参与SCS的镇痛机制，传入性伤害性刺激 可以通过γ－GABA来缓解。SCS可以刺激脊髓后角释放此神经递质。 SCS通过增加脊髓后角GABA的释放可以明显抑制触觉过敏 促使体内自身内源性镇痛物质的释放。当低频率电刺激时，可使 CNS脑脊液中的脑啡肽、内啡肽增多；高频率刺激时使脊髓内强啡 肽含量增多，释放增加，从而发挥内源性镇痛效应。 闸门学说（Gate Control Theory of Pain）：即脊髓存在有 控制疼痛信号进入大脑的入口，低电流刺激脊髓后活化疼痛抑制神 经纤维，因而关闭了疼痛信息的传递，进而缓解和阻断疼痛感觉。
电极有单极、双极及多极阵列等多种 多电极的出现可增加了电场的刺激范围和部位，从而提高了操 作的成果和疗效。
3487A 四触点经皮电极 3888 四触点经皮电极(长间距) 3887 四触点经皮电极(短间距) 3898 八触点经皮电极 3628 筛选测试电极
美国Medtronic公司 包括：刺激电极(Lead)
复杂性局部痛综合征（CRPS） CRPS是一组包括反射性交感神经萎缩症、创伤性交 感神经萎缩症、灼痛症、痛性萎缩症、得克萎缩症、
创伤后骨质疏松症和创伤后血管舒缩障碍综合症等临
床综合症的总称
临床表现特征为疼痛、感觉异常和血管运动功能障碍。 IASP（The International Association for the Study of Pain）将其分为CRPSⅠ型和Ⅱ型 由一系列外伤包括烧伤、骨折、注射或一段时间固定 不动引起的综合症为 Ⅰ型 由外周神经损伤引起的慢性严重疼痛，并且有自发的、 迟发的、营养改变相关的感觉异常综合症为Ⅱ型 前者有神经损伤的可能，但不能明确是什么神经损伤， 后者有明确的神经损伤。