Selective transcutaneous spinal cord stimulation using a multi-electrode array

Abstract

Síspenna eða ósjálfráður vöðvasamdráttur (spasmi) er algengur fylgikvilli mænuskaða og heilablóðfalls og getur dregið verulega úr lífsgæðum vegna hamlandi áhrifa á daglegar athafnir, sársauka og þreytu. Meðferðir sem draga úr síspennu eru takmarkaðar og geta haft neikvæðar aukaverkanir. Sýnt hefur verið fram á að raförvun mænu með yfirborðsrafskautum (tSCS) dregur úr síspennu í neðri útlimum eftir mænuskaða.Í þessu verkefni var hannaður og smíðaður sextán rása fylkjaraförvir, sem gerir notenda kleyft að stjórna straumi í hverju rafskauti fyrir sig, og þar með stjórna straumsviði raförvunar. Dæmi um notkun þessa raförva er að auðvelda leit við raförvun tauga aftari taugaróta mænu í tSCS meðferð.Notendaviðmót var smíðað til þess að stjórna breytum og staðsetningu raförvunar þráðlaust í gegnum Blátannar tengingu.Notendaviðmót og fylkjarafskaut kynnt hér, gera mögulega svæðisbundið valvísa raförvun og straumsviðsstjórnun svo markvisst sé hægt að ná til áveðinna vöðva eða tauga um leið og örvun aðliggjandi vefja er haldið í lágmarki. Fylkjaraförvirinn kynntur hér sýndi í fyrsta skipti, að okkar vitneskju, að tvíhliða ósamhverf raförvun aftari taugaróta mænu er möguleg með yfirborðsrafskautum.

In human electrophysiological and clinical research, the potential of electrical stimulation of the lumbosacral spinal cord is apparent. The depolarization of segmentally arranged posterior root afferent fibers, and thus the stimulation site, determines the stimulation effects on lower limb muscles. Transcutaneous spinal cord stimulation (tSCS) has shown promise in augmenting motor control and alleviating spasticity in spinal cord-injured individuals. A novel, sixteen-channel neurostimulation system was developed, specifically designed for selective electrical stimulation using a multi-electrode array intended for current-field modulation. This can be of use, for example, in transcutaneous spinal cord stimulation using an array of electrodes placed over the spine covering the T10–L1 vertebrae. The stimulator generates arbitrary biphasic waveforms with a 5-bit resolution with high temporal precision. A graphical user interface (GUI) was developed to control stimulation parameters via Bluetooth connection.The GUI and multi-electrode array introduced here allows for site-specific stimulation and selection of individual array elements and provides an easy-to-use method for switching between stimulation sites and monitoring stimulation conditions in electrophysiological research, eliminating the need for removal and relocation of electrodes. A novel feature is the current-field modulation ability of the stimulator.For the first time, to our knowledge, with this stimulator, bilateral selective stimulation of the posterior root fibers with surface electrodes was demonstrated.