mst(科學儀器)

MST 是20 世紀80 年代中期發展起來的一種影響和改變大腦功能的生物刺激技術。並且隨著技術的發展,它在臨床醫學方面的套用也越來越得到人們的重視。MST 是利用時變磁場作用於大腦皮層產生感應電流改變皮層神經細胞的動作電位,從而影響腦內代謝和神經電活動的生物刺激技術。這種技術很大程度上針對電刺激的缺陷而發展起來,是一項具有發展潛力的神經電生理技術[1 ] 。r MST 是在MST 基礎上發展起來的新的神經電生理技術,該研究引起了神經精神科學工作者的極大興趣[2 ] ,現就r MST 的基本原理、臨床套用及安全性進行綜述。

基本介紹

• 中文名：經顱磁刺激儀
• 外文名：MST
• 實質：生物刺激技術
• 刺激模式：單脈衝MST( sMST)

簡介

MST 是20 世紀80 年代中期發展起來的一種影響和改變大腦功能的生物刺激技術。並且隨著技術的發展,它在臨床醫學方面的套用也越來越得到人們的重視。MST 是利用時變磁場作用於大腦皮層產生感應電流改變皮層神經細胞的動作電位,從而影響腦內代謝和神經電活動的生物刺激技術。這種技術很大程度上針對電刺激的缺陷而發展起來,是一項具有發展潛力的神經電生理技術[1 ] 。r MST 是在MST 基礎上發展起來的新的神經電生理技術,該研究引起了神經精神科學工作者的極大興趣[2 ] ,現就r MST 的基本原理、臨床套用及安全性進行綜述。

根據麥克斯韋方程組中的法拉弟電磁感應定律,時變磁場可以感生出電場。磁刺激儀通過電容器快速放電到線圈時,可產生一個時程極短的強大脈衝磁場,磁場可以無衰減地通過皮膚和顱骨在大腦皮質誘發出與線圈電流同方向的感應電流。人體各種組織的電導率差異較大,其中神經組織的電導率較大,而肌肉、骨骼的則較小。因此在肌肉、骨骼中幾乎不產生電流,但神經組織中電流密度則很大。當電流超過神經組織的興奮閾值的時候,就能引起刺激的作用[ 1 ] 。MST 是一種無電極刺激形式,磁刺激儀由儲能電容(電源) 、固態開關和線圈組成。磁刺激時,電容對線圈放電產生電流脈衝,線圈電流即可產生瞬變磁場並作用於腦組織,磁場脈衝在腦組織內誘發出的感應電流使神經細胞的興奮性改變,起到興奮或抑制神經元活動的作用[3 ] 。

MST經顱磁刺激儀

主要刺激模式

單脈衝MST( sMST) ,雙脈衝MST (p MST) 及重複性MST( r MST) [4 ] 。sMST 只需1 個刺激器,在局部給予1個或間隔較長的多個刺激,以引起皮層內微弱的電位變化;p MST 是在同一部位激發2 個不同強度的刺激,或者利用2 個刺激器在不同部位給予雙螺旋刺激(double —coil MSTdMST) ,常利用2 個不同刺激來研究皮層內抑制( ICI) 和易化現象,即第1 個刺激引起神經元活化後,致該神經元對下1 個刺激的反應閾降低;r MST 則需要特殊設備在同一部位給予重複刺激,根據頻率不同,可分為1 Hz 及以下的低頻r MST 和高於1Hz 的高頻r MST。MST 刺激的強度以運動閾值(motor t hreshold ,MT) 的百分數表示。MT 是指連續10 次刺激運動皮層,至少5 次引起目標肌肉收縮的最小輸出強度[5 ] 。

改變大腦局部皮層興奮度是r MST 的獨有的效應,也是r MST之所以受到如此重視的重要原因。Pascual Leone 等套用r MST 於運動皮質,發現快速r MST有易化神經元興奮作用,瞬間提高運動皮質興奮性;而Chen 等發現低速r MST 有抑制興奮作用。很多實驗都證明了這個結論。而目前已經知道,相當一部分神經和精神疾病,如抑鬱症、癲癇等都可歸咎於特定大腦皮質區神經細胞興奮閥值的改變,所以,通過改變皮質興奮性是成功治療這些神經和精神疾病的關鍵[1 ] 。

r MST 在神經元不應期也進行刺激,興奮更多水平走向的連線神經元,產生興奮性突觸後電位總和,使皮層之間的興奮抑制聯繫失去平衡。並且,r MST 的不同頻率刺激可能對皮層代謝及腦血流有不同影響,如高頻刺激可能導致局部代謝水平增高,而低頻刺激則可能導致降低。此外,r MST 對腦內神經遞質及其傳遞、不同腦區內多種受體及調節神經元興奮性的基因表達有明顯影響,這些可能是r MST 調節腦功能狀態的機制之一[6 ] 。

目前很多國家都聚集了一批腦神經、臨床醫學、生物醫學工程等多領域的研究人員對MST 的作用機制、臨床套用、儀器設計等方面進行深入研究。長期來看,磁刺激技術的發展最終還是依賴於磁刺激理論的完善和磁刺激儀性能的提高。目前對磁刺激的生理作用機制的認識還非常模糊,這嚴重影響了磁刺激技術向定量化、精確化的發展;另一方面,如果磁刺激儀的聚焦性能、刺激強度、功耗等不能得到很好解決的話,也會反過來影響對磁刺激作用機制的認識,束縛磁刺激技術的發展。

2 r MST 臨床套用

2. 1 　精神分裂症　Hoffman 等將12 例精神分裂症伴明顯幻聽患者隨機分為r MST 刺激組和假刺激組。r MST 刺激頻率為1 Hz 閾下刺激(80運動閾值) 、刺激部位為左顳頂葉,結果發現r MST 刺激組患者幻聽可緩解數周,而假刺激組患者症狀無改善。有人對精神分裂症伴抑鬱患者行低頻(1 Hz) r MST治療,其刺激部位為右前額葉,共10 d ;結果顯示抑鬱症狀明顯改善,但精神分裂症的主要症狀無緩解[6 ] 。

2. 2 　抑鬱症　Bickford 等在1987 年首先提出MST可能影響人的情感[3 ] 。已有許多證據表明抑鬱症與右利患者的左前額葉皮層功能障礙有關。主要有,抑鬱症患者左額葉皮質糖代謝水平與漢密爾頓抑鬱( HAMD) 評分呈負相關;功能影像學檢查顯示,抑鬱症患者左前額葉皮層局部血流灌注降低,且與病變程度相關;左額葉前區包括左背側額前區皮質和皮質下區域的損害與中風后抑鬱症明顯相關;在抑鬱症的電休克治療中發現,左側電休克較右側有效。這些研究對r MST 治療抑鬱症選擇左前額葉為最佳刺激部位提供了客觀依據[7 ] 。

2. 3 　強迫症　Greenberg 等1997年研究,在不同的時間裡,對12 例OCD 病人分別給予右側前額葉、左側前額葉和枕葉(對照) 單次r MST(20 Hz,80 %MT ,2 s/ min ,20 min) 持續治療。結果接受右側前額葉刺激時,病人的強迫意向明顯減少,效果可持續8 h ,且所有病人的情緒也得到改善。但接受左側前額葉刺激時,強迫意向症狀改善不明顯且短暫。但右側前額葉刺激對其他強迫觀念及強迫行為無效。提示OCD治療的大腦偏側性。Sachdev 等發現,單次刺激治療不能明顯改善OCD 病人的強迫症狀;且左右側刺激無顯著性差異,並據此提出採用雙線圈( dT2MS) 分別或同時刺激雙側前額葉皮層,效果可能優於單側刺激。但Alonso 等隨後進行的雙盲對照研究,沒能驗證這一結果。以上三個臨床試驗研究均為小樣本,入選病例無統一標準(是否與抑鬱症共病、是否服藥、是否為難治病例、強迫症狀是否差異) , MST 刺激參數不同等因素是造成試驗結果差異的原因。MST 對OCD 治療效果需要進一步的設計科學、多中心、大樣本的雙盲、對照研究來評價。MST 用於OCD 的研究和治療已展示出潛在的套用價值[ 5 ] 。

2.4 　癲癇　臨床上,目前的抗癲癇藥物並不能完全控制癲癇發作,特別對於難治性癲癇。同時,藥物有較多的不良反應。手術治療也只適合一小部分病人。而低頻r MST 能降低大腦皮質興奮性,可能是誘導單突觸長時程抑制發生作用。因此,r MST 治療癲癇是一種新的嘗試[ 17 ] 。已有許多研究發現低頻、低輸出強度的MST 降低運動皮質的興奮性,並沒有誘發癲癇發作,高頻、高輸出強度的刺激及同一部位連續多次刺激有誘發或加重癲癇發作的危險性[19 ] 。經顱磁刺激可以用來闡明抗癲癇藥物的作用機制(離子通道阻滯劑還是神經遞質調製劑) ,定量各個患者的生理效應,在藥物研究中顯示出潛力。MST通常不直接興奮皮質脊髓神經元,而是通過突觸傳遞間接使皮質錐體細胞興奮。巴比妥類、丙戊酸類則主要通過腦內的γ一氨基丁酸能突觸抑制發揮作用;而苯妥英鈉、卡馬西平除具有膜穩定作用外,也通過突觸抑制發揮作用。有報導閾強度的變化隨丙戊酸類的劑量而改變,或與丙戊酸類的血漿濃度水平呈正相關,提示觀察癲癇患者MST 閾強度的變化如同血藥濃度檢測和腦電圖描記一樣,可作為指導癲癇合理用藥的一種手段[20 ] 。

r MST 在癲癇中的套用主要是指定位語言中樞及抑制癇樣放電。有人對難治性顳葉癲癇患者的左半球行高頻、持續時間為10 s 的r MST ,發現對患者的語言有明顯抑制。r MST 可降低運動皮層的興奮性,用於治療癇樣發作性疾病。Tergau 等用r MST治療9 例頻發、難治性癲癇,結果發現其發作頻率明顯減少,並維持數周。此外,低r MST 還可使皮層肌陣攣臨床發作及癇樣放電明顯減少[6 ] 。MST 在一定條件下具有誘發癲癇發作的潛能,故MST 臨床套用的安全性一直備受國內外學者廣泛關注。已有許多研究發現低頻、低輸出強度的MST 並未誘發癲癇發作,僅少數患者反映有短暫的輕微的頭痛、頭暈症狀,因此低頻、低輸出強度MST 用於癲癇的研究是安全的[21 ] 。

2. 5 　運動障礙疾病

2. 5. 1 　帕金森氏病( PD) 　r MST 在PD 治療中的套用最早可以追溯到1994 年,當時Pascual L 等報導,採用局部線圈刺激支配手的運動區域的方法,在6 例PD 患者中套用r MST 顯著減輕了?>運動時間和反作用。其後有眾多神經科專家採用各自的方式將r MST 套用於PD 的治療,獲得不同的結果[22 ] 。天津醫科大學總醫院神經外科於1999 年10 月～2000 年4 月採用低頻r MST 對8 例帕金森氏病患者施行治療,結論r MST 有助於緩解帕金森氏病患者的症狀[ 23 ] 。蘇州大學附屬第二醫院神經內科探討低頻r MST 對PD 的治療作用,將45 例PD 患者隨機分為治療組30 例,似刺激組15 例。結論低頻r MST 可以改善PD患者的臨床症狀,提高患者生活質量[24 ] 。天津醫科大學總醫院神經內科對18 例確診PD 患者研究,結論低頻r MST 對不同腦區產生的效應不同:刺激第一軀體運動區(M1) 可使皮質靜止期(CSP) 延長;而刺激運動前區( PMC) 可使運動誘發電(MEP) 波幅減低[25 ] 。初步研究證實, r MST 可以改善PD 的運動障礙症狀。Siebner 等對r MST 治療作用機制進行了探討,發現rMST 能夠延長PD 病人的靜息期,這提示r MST 可能通過提高皮層運動系統的興奮性而改善運動障礙症狀[26 ] 。蘇州大學附屬第二醫院神經內科,用1 Hz r MST 技術治療30 例PD患者共10 d ,另選擇15 例PD 患者為假刺激組,15 名健康者為對照組。結論PD 患者大腦皮質興奮性升高,低頻r MST可部分抑制這種改變,但MST 對評定早期PD 患者大腦皮質興奮性尚不敏感[27 ] 。

綜合當前的磁刺激治療試驗,r MST 治療PD 患者的療效和機制可能與調節皮層的興奮性有關,如改善丘腦、基底節區的血液循環,影響腦內兒茶酚胺的代謝,促進同側內源性多巴胺釋放,使同側尾狀核周圍多巴胺增多,並可以抑制大腦內神經系統多巴胺的分解,同時還可調節患側紋狀體蒼白球直接環路和間接環路的興奮性,改善運動障礙等臨床症狀。另有作者認為MST 可以改善PD 患者的運動反應時間,抑制運動皮層區不自主的神經元異常放電引起的震顫[28 ] 。

總之,低頻r MST 不僅可以暫時改善PD 患者的臨床症狀,而且停止刺激後相當長的一段時間內仍在起作用,這為PD 患者提供了一種新的非藥物治療方法[24 ] 。

2. 5. 2 　局部肌張力障礙　Siebner 等對書寫痙攣患者運動皮層予以1 Hz 、低強度r MST ,發現20min 後部分患者皮層興奮性降低,書寫壓力減輕。也有人報導低頻rMST 可減少抽動症的發作頻率,其機制可能與低頻r MST 抑制大腦皮層運動區過度興奮有關[ 6 ] 。

2. 6 　其他

2. 6. 1

慢性疼痛綜合徵　Rollnik 等用20 Hz r T2MS 治療慢性疼痛綜合徵患者,可使其臨床狀況改善

2. 6. 2

腦損傷後抑鬱症　四川南克川北醫學院附屬醫院探討r MST對輕型顱腦外傷後抑鬱(MTBID)患者的治療效果,結論r MST 對MTBID 患者有治療作用[29] 。四川省瀘州市瀘州醫學院附屬醫院康復醫學科,套用低頻r MST對腦損傷後抑鬱症患者進行治療,結論低頻r MST 可以減輕腦損傷抑鬱症患者抑鬱症狀,提高生活質量[30 ] 。

2. 6. 3

失眠症 Rollnik 等用20 Hz r T2MS 治療慢性疼痛綜合徵患者,可使其臨床狀況改善

2. 6. 4

焦慮症 Rollnik 等用20 Hz r T2MS 治療慢性疼痛綜合徵患者,可使其臨床狀況改善

2. 6. 5

精神障礙Rollnik 等用20Hz r T2MS 治療慢性疼痛綜合徵患者,可使其臨床狀況改善

2. 6. 5

植物神經功能紊亂Rollnik 等用20 Hz r T2MS 治療慢性疼痛綜合徵患者,可使其臨床狀況改善

3 r MST 的安全性

迄今為止,全球有10 多個研究中心已套用r T2MS 進行治療性研究。r MST 治療抑鬱症尚未見明顯的併發症,僅有少數學者報導r MST 治療後患者訴頭痛,有人認為這是一種緊張性頭痛,休息或用乙醯氨基酚後2 h 即可緩解。有學者報導r MST 對正常人及癲癇患者均可誘發癲癇發作,但其刺激頻率多在10～25 Hz ,刺激強度均在閾強度以上。由此可見r MST 是否能誘發癲癇發作,主要與刺激的強度、頻率、刺激部位等因素有關。r MST 可引起刺激點附近的腦電圖記錄電極處的皮膚灼傷;部分患者在安全性純音反應聽力測試中可有暫時性變化[6 ] 。