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脊髓损伤(SCI)的机理
脊髓损伤通常由外伤(如车祸、跌落)或疾病(如肿瘤、炎症)引起,导致脊髓结构或功能受损,进而影响运动、感觉和自主神经功能。损伤后,神经传导通路中断,导致损伤平面以下功能丧失或减弱。SCI的病理机制包括:
原发性损伤:机械性损伤导致细胞死亡、轴突断裂。
继发性损伤:炎症反应、氧化应激、凋亡等进一步扩大损伤范围。
神经可塑性受限:损伤后中枢神经系统自我修复能力有限,功能恢复困难。
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使用TI-tSCS进行SCI康复
机理:
时间干扰(Temporal Interference, TI) 是通过两对电极施加不同频率(如1000 Hz和1040 Hz)的交流电,在深部组织(如脊髓)中产生低频包络(如40 Hz),从而激活神经元。
该技术利用电场叠加原理,在不侵入体内的情况下实现对深部神经结构的精准刺激。
优势:
非侵入性:无需手术,降低感染和并发症风险。
深部刺激:能穿透皮肤和软组织,精准作用于脊髓目标节段。
可调节性:频率、幅度、电极位置等参数可调,适合个性化治疗。
潜在居家应用:设备便携,有望实现家庭康复。
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TI-tSCS康复系统
刺激位点选择(图2):
根据脊髓功能分区,选择C5(颈段)、T7(胸段)、L3(腰段) 作为目标区域,因其分别控制上肢、躯干和下肢功能,对SCI患者功能恢复至关重要。

图2 脊髓刺激靶点及对应电极蒙太奇位置示意图
Montage的定义与目的(图3):
Montage指的是即由d₁和d₂这两个参数唯一确定的一种电极对空间配置方案。其目的是系统性地探索不同电极间距对目标脊髓区域电场强度和聚焦性的影响,从而找到最优刺激参数。
图3 TI-tSCS刺激电场模拟流程图
d₁(水平距离)
定义:电极对与脊柱中线之间的水平距离(横向距离)。
说明:两对电极分别对称放置在脊柱左右两侧,d₁ 表示每对电极中每个电极与背部皮肤表面最近点(原点)之间的水平距离。
取值:在研究中,d₁ 的取值包括:10 mm、21 mm、32 mm、43 mm、54 mm。
d₂(垂直距离)
定义:电极对在垂直方向(沿脊柱方向) 上相对于目标脊髓节段上方的参考点(原点)的距离。
说明:d₂ 控制电极在上下方向的放置位置,影响电场在脊髓目标段(如 C5、T7、L3)的聚焦性和强度。
取值:在研究中,d₂ 的取值包括:10 mm、25 mm、40 mm、55 mm、70 mm。
总结关系:
每个电极布局(montage)由一对 (d₁, d₂) 值确定。
共有 5 × 5 = 25 种不同的电极布局组合。
通过比较不同 (d₁, d₂) 组合下的电场强度(EF intensity)和聚焦性(focality),研究者找出对特定脊髓节段(如 C5、T7、L3)最优的电极放置方案。
意义:
d₂ 对电场强度影响更大:较小的 d₂ 导致电场强度较低,较大的 d₂(如 ≥40 mm)能显著提高目标区域的电场覆盖和强度。
d₁ 影响电场分布和聚焦性:较小的 d₁ 和 d₂ 组合能提供更好的聚焦性,即电场更集中在目标区域。
个体差异显著:不同人体模型(如 Duke 男性和 Ella 女性)对同一 (d₁, d₂) 的响应不同,说明个性化电极布局的重要性。
最优Montage配置(图4):
研究测试了25种Montage(d1: 10–54 mm,d2: 10–70 mm),通过仿真比较电场强度与聚焦性。
结果总结:
C5:最优Montage为 (d1,d2)=(21–43mm,55–70mm)
T7:最优为 (10mm,40mm)
L3:最优为 (10mm,70mm)
聚焦性(Focality) 最高时,Montage通常靠近目标区域(d1 和d2 较小),如T7段聚焦性可达430%(Duke模型)。

图4 Ella模型C5节段在不同蒙太奇下的TI电场分布示例
内容总结:图4以女性Ella模型的C5节段为例,展示了使用不同d₁和d₂蒙太奇时,在脊髓内部 induced 的电场分布云图。可以直观地看到,当d₂太小时,电场强度弱;当d₂ ≥ 40mm时,目标区域的电场覆盖和强度显著增加。
分析:图4提供了定性的视觉证据,支持了后续定量分析的结论。它让读者能直接“看到”电极距离如何影响电场的穿透深度和集中程度,强调了d₂(电极对的垂直距离)对于在深部脊髓中形成有效电场至关重要。
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临床研究方法与结果(仿真研究)
研究方法:
使用 Sim4Life 软件进行有限元电场仿真。
采用两名志愿者(Duke 男性和 Ella 女性)的高分辨率人体模型。
评估 25 种 montage 配置(d1: 10–54 mm,d2: 10–70 mm)。
| d₂ = 10 mm | d₂ = 25 mm | d₂ = 40 mm | d₂ = 55 mm | d₂ = 70 mm | |
| d₁ = 10 mm | Montage 1 | Montage 2 | Montage 3 | Montage 4 | Montage 5 |
| d₁ = 21 mm | Montage 6 | Montage 7 | Montage 8 | Montage 9 | Montage 10 |
| d₁ = 32 mm | Montage 11 | Montage 12 | Montage 13 | Montage 14 | Montage 15 |
| d₁ = 43 mm | Montage 16 | Montage 17 | Montage 18 | Montage 19 | Montage 20 |
| d₁ = 54 mm | Montage 21 | Montage 22 | Montage 23 | Montage 24 | Montage 25 |
评估指标:
目标区域平均电场强度(V/m)
聚焦性(Focality):目标区域电场与整个节段电场的比值(%)
研究结果:
电场强度(图5):
最佳 montage 因节段和性别而异:
Duke(男):C5: (32/43, 70), T7: (10, 40), L3: (10, 70)
Ella(女):C5: (21, 55), T7: (10, 40), L3: (10, 70)
Ella 模型的电场强度普遍高于 Duke,提示个体解剖差异影响显著。
图5 不同蒙太奇下各靶点的TI诱导电场强度
关键发现1(强度):确认了d₂过小会导致电场强度不足。并给出了最优蒙太奇:
C5: Duke-(32/43,70), Ella-(21,55)
T7: (10,40) (两个模型相同)
L3: (10,70) (两个模型相同)
关键发现2(个体差异): 直接对比两模型,Ella模型的电场强度普遍高于Duke模型(C5高54.5%,T7高29.7%,L3高31.3%),强有力地证明了个体解剖差异对刺激效果的巨大影响,凸显了个性化参数设定的必要性。
聚焦性(图6):
最佳聚焦性通常出现在d1 和d2 较小时(如 10 mm)。
T7 节段聚焦性最高(>400%),因其脊髓节段较长,电场更易集中。
d2 增大通常导致聚焦性下降,但d1 增大时聚焦性变化复杂(U型或倒U型)。

图6 不同蒙太奇下各靶点的TI诱导电场聚焦性
关键发现1(聚焦性): 聚焦性最好的蒙太奇通常是d₁和d₂都较小的配置(如 (10,10)),因为电场更集中于电极之间。T7节段的聚焦性最高(>400%),是因为胸椎脊髓节段较长,分母(整个胸髓的平均场强)相对较小,使得比值增大。
关键发现2(参数规律):
固定d₁,聚焦性随d₂增大而降低(电场更分散)。
固定d₂,聚焦性随d₁的变化趋势复杂(如U形、倒U形),取决于具体的靶点节段和模型。
工程权衡:图6与图4结合揭示了一个重要权衡(Trade-off):高强度和高聚焦性往往难以两全。高强度需要更大的d₂,而高聚焦性需要更小的d₂。临床应用中需根据治疗目标(需广泛激活还是精准刺激)来优化参数
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总结
TI-tSCS 是一种非侵入性、深部、聚焦的脊髓刺激新技术,适用于SCI康复。
通过计算建模可优化电极布置(montage)和刺激参数,实现个性化治疗。
个体解剖差异显著影响电场分布,强调个性化参数设计的必要性。
目前仍处于仿真研究阶段,需进一步开展临床试验验证其安全性与有效性。
未来可结合实时成像与反馈系统,实现动态调整刺激参数,提升康复效果。
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回映产品
产品1:手持式经皮脊髓神经电刺激(tSCS)
本设备采用经皮脊髓电刺激(transcutaneous Spinal Cord Stimulation, tSCS)技术,是一种基于生物电调控原理的非侵入性神经调控系统。其核心技术特征为:通过高频载波信号的低频脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation, PAM),在保证刺激深度的同时显著降低皮肤阻抗带来的不适感。刺激电流经体表电极耦合至目标脊髓节段,可选择性激活脊髓后柱神经通路及中间神经元网络。
从临床应用维度,本系统具有多节段调控能力:颈段tSCS通过调节颈膨大(C5-T1)神经环路,可有效改善中枢性上肢运动功能障碍;腰骶段tSCS作用于腰膨大(L1-S2)神经中枢,能促进下肢运动功能重建(包括直立位平衡及步态训练),同时通过门控机制实现疼痛调控。现有循证医学证据支持其在慢性脊髓损伤康复、神经源性膀胱管理及急性痛症干预等领域的辅助治疗价值。
回映经皮脊髓电刺激tSCS设备示意图
产品2:48通道8脑区同步高精度经颅电刺激设备
回映电子科技院线级多脑区高精度经颅电刺激设备(MXN-48)是一款可8脑区/8人同步干预的高精度经颅电刺激实验平台。其已突破了Soterix对该技术的垄断(Soterix产品Soterix MXN-33 高精度经颅电刺激系统其之前是市面上唯一款可对不同脑区进行同步精确干预的设备)回映高精度经颅电刺激产品M×N-48其具有48个独立输出通道,每个通道的波形,强度等参数都可以独立设置,可以实现对8个不同脑区的同步干预,不同脑区的相位同步性<0.1°,大大增强了tES的神经调控效果。回映高精度经颅电刺激设备提供了两种不同的操作模式以供研究者选择——基础模式和自由模式。基础模式使用更加方便,设定简单;自由模式则允许导入自定义电流波形,功能更加强大。
回映自研 48通道8脑区同步高精度经颅电刺激设备
适用范围:康复医学:运动功能障碍、语言障碍、认知障碍、吞咽障碍、意识障碍、上肢肌张力障碍、卒中后抑郁、卒中后疼痛等精神病学:抑郁症、焦虑症、强迫症、物质成瘾、创伤后应激障碍﹑精神分裂症等儿童康复:脑瘫、运动功能障碍、注意缺陷多动障碍、孤独症、阅读障碍、语言发育迟缓等神经病学:睡眠障碍、耳鸣、慢性疼痛、帕金森病、纤维肌痛、慢性疼痛(脊髓损伤下肢)、阿尔茨海默病、单侧忽略﹑偏头痛、神经性疼痛等脑科学研究:记忆、学习、言语等
产品3:手持式高精度经颅电刺激HD-tES设备
回映便携式高精度经颅电刺激仪(HD-tES)创新地采用type-C转生物电极的设计使得产品能够非常便捷地被使用。回映便携式高精度经颅电刺激仪(HD-tES)通过多电极配置(1个中心电极和4个返回电极)实现高精度电流聚焦,精准刺激目标脑区。其核心优势在于通过缩小电极尺寸(直径12mm的环形电极)和增加电极数量,显著提升刺激的聚焦性和精准性。
回映HD-tES支持多模式刺激,覆盖多场景需求:HD-tDCS模式:调节皮层兴奋性,适用于中风康复、抑郁症干预等。HD-tACS模式:精准锁定脑电频段(如β-γ频段改善强迫症,4Hz增强工作记忆)适配认知障碍治疗等。HD-tRNS模式:HD-tRNS 对显式和隐式计时任务的影响不同,用于研究大脑的计时机制和时间处理能力等。
回映便携式HD-TES设备示意图
回映自研type-C转生物电极示意图
适用范围:神经系统疾病治疗,意识障碍和认知功能调节,康复治疗,运动和认知功能恢复。产品4:便携式经颅强交流电刺激仪(Hi-tACS)
该设备采用非侵入性的10-30mA刺激电流直接刺激大脑区域,进而刺激大脑深部的神经核团、改变神经递质水平,影响脑电节律、改善脑区间的联络,从而增强脑功能,治愈疾病。
回映便携式经颅强交流电刺激仪设备示意图