基於 MRI 影像進行經顱直流電刺激治療腦中風 (tDCS) 有限元模擬
概述
經顱直流電刺激 (tDCS) 是一種向大腦傳遞微弱直流電的神經調節技術，可用於治療腦損傷、中風和其他神經疾病。 Soterix Medical 和紐約城市學院 (CCNY) 的研究人員使用 Simpleware 軟體開發針對神經系統疾病的 tDCS 解決方案，然後透過神經調節技術實施。 對於 tDCS，了解電流流向的位置以及如何最佳化電極放置以設計治療方案並回顧性分析臨床結果非常重要。
亮點
- 使用 Synopsys Simpleware 軟體分割和網格化頭部和大腦的 MRI 數據
- CAE 軟體中的模擬揭示了 tDCS 的效果
- 探索 Soterix Medical HD-tDCS 對中風治療的益處
介紹
Soterix 醫療團隊使用獨特的高清 tDCS (HD-tDCS) 方法，提供與標準 tDCS 相同的電流，但使用更小的或多個電極以及最佳化演算法和流量模型來定位和最佳化治療。 Simpleware 軟體已成為此過程的一部分近 15 年，從 CCNY 的早期研究到 Soterix Medical 正在進行的臨床試驗和設備最佳化，其長期目標是改善和降低患者的風險。
影像處理和網格生成
Soterix Medical 工作流程通常從健康人體頭部的磁振造影 (MRI) 掃描開始，然後使用 MATLAB 和 SPM 自動分割皮膚、骨骼、腦脊髓液 (CSF) 和灰質，產生的檔案將會匯入 Simpleware ScanIP 對原始分割進行校正。
圖：Simpleware ScanIP 中人體頭部的分割校正與 3D 編輯
研究人員面臨的常見挑戰之一是使用 3D 編輯從影像資料中刪除不需要的特徵，這種清理工作非常耗時，可以透過使用 Simpleware 軟體遮罩統計工具按體積對連接區域進行排序並刪除任何不必要的數據來解決， Simpleware ScanIP 中也使用腳本來加速分割先前匯入檔案的處理。
分割後，使用 Simpleware FE 模組對影像資料進行網格劃分，以建立高品質的模擬模型。
模擬
Soterix Medical 使用 CAE 軟體模擬電流，同時考慮刺激電極和其他材料特性，以確保真實地表示 tDCS，模擬還必須考慮顱骨厚度、縫合線的存在、眼腔、複雜的大腦表面形態以及包圍和灌注底層皮層的腦脊髓液通道等因素，使用這些技術，Soterix Medical 可以探索 tDCS 如何影響個別患者。
圖：確定用於特定應用的最佳電極配置。 在對所採用的不同演算法進行比較後，焦點提高了 80%，目標強度提高了 98%。
影響
Soterix Medical 正在使用 Simpleware 軟體來幫助臨床醫生建立建模服務，使用 MRI 和 fMRI 掃描來確定光學電極放置和規劃程序。 最近，Soterix Medical 參與了一項專注於中風治療的臨床試驗，該試驗探討了定向腦電刺激如何幫助患有慢性損傷的患者，例如語言障礙 (失語症 aphasia)，特別是喪失回憶日常物品名稱的能力 (命名不能 anomia)。
在此背景下，Soterix Medical 使用最佳化前後的電極放置來研究腦損傷和皮質活化的變化。 透過這種方法，我們發現治療輔助增加大腦左後區和左前區區域的正確命名和調節之間存在正相關關係。
圖：比較傳統 tDCS 和 Soterix Medical 的高清 tDCS 的電流模型
根據早期結果，與單獨的貧血治療相比，使用 HD-tDCS 進行的貧血治療取得了有意義的改善結果。 該研究還研究了治療前和治療後功能性磁振造影（治療後立即和六個月後）的結果，以將結果與使用傳統海綿 (CS) tDCS 的平行研究進行比較。未來 Soterix Medical 的目標是實現個人化建模流程的自動化，並將其作為臨床醫生的目標服務。
參考資料
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