روش92- تحريك عمقي مغز براي درمان پاركينسون
يكي از انواع بيماري هايي كه درمان آن هميشه با مشكل روبه رو بوده است بيماري‌هايي است كه حاصل از اختلالات عصبي است كه مهمترين اين بيماري ها پاركينسون است ولي با وجود مشكلات فراوان پيشرفت هاي قابل توجهي در درمان آن صورت گرفته است. روش هاي درماني متفاوتي براي آن پيشنهاد شده كه از مهمترين و بهترين اين روش ها استفاده از ميدان هاي مغناطيسي است كه در اين روش نحوه ايجاد ميدان‌هاي قوي مغناطيسي براي جلوگيري از اختلالات مغزي از اهميت وافري برخوردار است . نكته اساسي اين است كه بيشتر اختلالات مغزي از نواحي عمقي مغز به وجود مي آيند و براي بهبود آن نياز به ميدان هاي قوي داريم. در اين مقاله به بررسي اين روش ها پرداخته و راهكارهايي براي بهبود اين روش ها ارائه مي شود.
تحريك عمقي مغز روش درمان بيماري هايي نظير پاركينسون پيشرفته، لرزه ، رعشه و ديگر حركات غيرارادي است كه تا دهه 76 ميلادي به وسيله بقيه روش هاي درماني معالجه نشده بود. براي درمان آشفتگي هاي عصبي از مهارت هاي بيشتر و درمان هاي پيچيده تري بايد استفاده كرد. اين مهارت ها براي تحريك نقاط مختلف بدن است و نياز به جراحي در اتاق جراحي مناسب دارد .
انجمن بيماري هاي ناشي از حركات غير اراداي در ابتدا دو اولويت را براي حمايت از اين روش در نظر گرفتند [1:]
مديريت بيماراني كه نياز به تحريك عمقي مغز دارند.
براساس محدوديت آموزش DBS ، به سختي مي توان همه را در اين روش شامل و دخيل كرد.
تحريك عمقي مغز براي درمان پاركينسون
براي بيماران پاركينسون استفاده از دارو معمولا بي نتيجه است. براي اين بيماران معمولا از جـــــراحـــــي اعــصـــــاب بـــــراي بـــــرگـــــردانــــدن فعاليت‌هاي اين بيماران استفاده مي شود .
پرتاثيرترين جراحي اعصاب استفاده از تحـريـك الكتـريكـي است. در اين روش با يك پيـس ميكـر كـه يـك تحـريك ثابت و هميشگي تــولـيــد مــي كـنــد تـحــريـكــات الكتـريكـي انجـام مي‌شود. اين روش نتايج خيره كننده اي نشان داده است. مكانيسم ارسال تحريك الكتريكي به مناطق عمقي مغز كه به بازگشت حركات طبيعي منجر مي شود واضح و روشن نيست و تا زماني كه جريان تحريك ادامه دارد ، با وجود مداخله تحركات اختلالي مغز، فعاليت مغز و در نتيجه بدن درست خواهد بود. مساله اساسي اين است كـه نقاط پايه عصبي در بيماري پاركينسون به چند قسمت كاملا مجزا تقسيم شده است [2.]
روش مغناطيسي تحريك
اساس اين روش براساس قطبي شدن رشتـه‌هـاي عصبـي اسـت. روشـي غيـر هجومي است و بر پايه ايجاد تحريك توسط پالس هاي مغناطيسي است. در اين روش با ايجاد پالس به وسيله يك سيم پيچ الكترومغناطيسي كه بالاي فرق سر قرار گرفته ، مي توان رشته هاي عصبي زيـر پوست را تحريك كرد. اين سيم پيچ هاي الكترومغناطيسي توسط جريان هاي بالا تغذيه مي شوند. تحريك عصبي به وسيله TMS اولين بـار در سـال 1985 امـتحان شد . توانايي خاص روش TMS بيرون كشيدن پاسخ عصبي محدود شده در قشر مغز است و سيم پيچ استفاده شده در روش TMS تحريك را به ناحيه كورتكس مغز القا مي كند كه اين القا براي سطوح نزديك به سيم پيچ بيشتر است در صورتي كه در روش درمان الكتريكي مي توان نواحي عميق تري از مغز را تحت تحريك قرار داد يعني براي تحريك نقاط عــمــيـــق داخـــل مـغــز نـيــاز بــه تـحــريــك شــديــد مـغـنـاطـيـسـي داريـم كـه مـعـمولا اين تحريك به وسيله تحريك كننده هاي معمولي و استاندارد كه غير قابل دسترسي است. براي اين كار از سيم پيچ هاي دايره اي به شكل هشت لاتين استفاده مي شود. براي تحريك مناطق عميق مانند 3 يا 4 سانتي متر داخل مغز مانند پايه ناحيه حركتي بايد از سيم پيچ هاي به شكل مخروط استفاده كرد كه بزرگتر از شكل8 و با زاويه 95 درجه است [3.]
شدت تحريك به عمق ناحيه تحت تاثير تحريك بستگي دارد كه البته اين تحريك ، نـاحيـه بيروني و عصب مربوط به صورت را تحريك مي كند كه مي تواند منجر به دردهايي در ناحيه صورت شود و در نتيجه باعث انقباض عضلات گردن و صورت شود و اين مشكل در بيماران صرعي منجر به حركات غير ارادي نقاط ديگر بدن نيز مي شود.
اصول كلي TMS
مدار تحريك كننده TMS بر اساس يك منبع ولتاژ بالا براي شارژ تعداد زيادي خازن است كه اين خازن ها توسط يك سوئيچ الكتريكي در سيم پيچ TMS به طور يكنواخت شارژ مي شود و در نهايت موجب تغيير پالس ميدان مغناطيسي مي شود . براساس يك مدار ساده از TMS ولتاژ پايين AC توسط ترانس به ولتاژ بالا تبديل مي شود كه منجر به شارژ شدن خازن شده و توسط يك ترانزيستور كه مهم ترين بخش كار است 50 تا 150 ميكرو ثانيه تغير حالت مي دهد ( در جريان هاي بسيار بالا ) اين زمان ( دوره ) بستگي به ظرفيت خازن ( بين 10 تا 250 ميكروفاراد ) و سيم پيچ سلف (10 تا 30 ميكرو هانري) دارد.
ماكزيمم مقدار ولتاژ 1500 ولت و ماكزيمم جريان 5000 آمپر است. TMS معمولا جريان با دو فاز توليد مي كند و در دوره دشارژ خازن ها مدار TMS شبيه يك مدار RLC عمل مي كند و جريان آن مطابق رابطه زير به دست مي آيد:
كه در رابطه فوق 
و 
به صورت زير به دست مي آيند:
امپدانس سلف معادل، بيشتر مربوط به سيم پيچ است ولي امپدانس كابل ها هم در نظر گـرفـتـه مـي شـود. بـيـشـتـر پارامترهاي زيستي مربوط به اعصاب قابل تحريك توسط مـيدان‌هاي الكتريكي هستند كه اين خاصيت توسط تغيير جريان در زمان به وجود مـي‌آيـد . مـيدان مغناطيسي از مشتق جريان نسبت به زمان به دست مي آيد و ميدان الكتريكي در تمام نقاط فضا عمود بر ميدان مغناطيسي است كه دامنه آن براساس جريان سيم پيچ I از رابطه (1) به دست مي آيد:
(1) 
با توجه به روابط ميدان الكتريكي و مغناطيسي ، ميدان الكتريكي مطابق رابطه (2) به دست مي آيد:
(2)
و با توجه دو رابطه فوق داريم:
از آنجا كه بافت مغز خاصيت هدايتي دارد و هوا و جمجمه تقريبا عايق هستند بردار پتانسيل، انبوهي از بار الكتريكي را به سطح مغز القا خواهد كرد كه اين بارها منبع ديگري براي توليد ميدان الكتريكي است:
Q مقدار اسكالر پتانسيل توليد شده توسط سطح بار الكتريكي است و كل ميدان الكتريكي در سطح مغز E برابر با جمع دو ميدان فوق خواهد بود .
تاثير ميدان الكتريكي EQ اساسا برخلاف ميدان القا شده EA است و Q منجر به كاهش ميدان كلي E خواهد شد و ميزان سطح بار الكتريكي توليد شده در نتيجه EQ وابسته به پيكربندي و جهت سيم پيچي است .
در شكل هاي 1 و2 اثبات مي شود كه پالس هاي ميدان الكتريكي توسط يك سيم پيچ هشت شكل توليد مي شود .
سيم پيچي براي تحريكات عمقي
از آنجا كه بيشتر فعاليت هاي عصبي به ميدان الكتريكي وابسته است و پارامتر قابل تغيير و كنترل نيز شدت ميدان الكتريكي است بنابراين براساس ساختمان فيزيولوژيك مغز بهترين حالت تحريك زماني رخ مي دهد كه سيم پيچ ها به صورتي قرار گيرند كه مسير فيبرهاي عصبي در مغز قرار دارند. براي تحريك عميق منطقه اي از مغز با استفاده از تخمين موقعيت سيم پيچ ، براي توليد ميدان مورد نياز جهت فعال كردن آكسون ها يا ساختارهاي عصبي ضروري است .
به طور كلي رسيدن به اين نوع تحريك براساس دو هدف قابل پياده سازي است :
مكان مورد تحريك واقع شده و اندازه مكان كه مورد تحريك قرار مي دهيم .
دستور العمل مقدم يا دستور العمل هايي كه براساس آن ها تحريك انجام مي شود
سيم پيچ استفاده شده در TMS بايد خصوصيات زير را دارا باشد:
مكمل بر سر انسان : قسمت هايي از سيم پيچ كه نزديك سر هستند بايد به صورت بهينه مكملي براساس جمجمه انسان در جهش هاي صورت تحريك باشند به طور ساده تر سيم پيچ بايد قابل انعطاف باشد تا بتواند به شكل جمجه شكل قرار گيرد .
جهت صحيح المنت هاي سيم پيچ : نحوه پيچاندن سيم پيچ ها براي توليد ميدان مورد نظر در سطح مغز بايد براساس دستور العمل هايي كه باعث فعال شدن عصب ها است، باشد و براين اساس دستور العمل بهتر مي تواند در عرض يا طول محورهاي تحريك باشند يا اينكه در طول و عرض آن باشند .
مجموع پالس هاي الكتريكي : چون تحريك ايجاده شده به وسيله سيم پيچ در نقاط مختلف مغز قرار دارد براي به دست آوردن ميدان مطلوب در همه جمجه توسط جمع ميدان ها در نقاط مختلف به دست مي آيد.
وجود محل كنترل در فاصله دور از محل تحريك
شيلد كردن: به دليل وجود جريان هاي بالا در سيم ها بهتر است سيم ها همگي حفاظ گذاري شوند.
شبيه سازي تحريك عمقي منطقه اي از مغز براي درمان حركات غير ارادي
نقطه غير قابل فهم در شبيه سازي، حضور بارهايي است كه توسط سيم پيچ هدايت شده و به صورت جريان اشعه اي باعث تغيير ميدان كلي مي شوند. اين حضور منجر به كاهش چند درصدي ميدان در عمق بافت مي شود كه با مقدار كاهش يافته در سطح رابطه دارد. البته هر دو ميدان اصلي و درصدي كه از بارها ناشي مي شود به ميزان فاصله سيم پيچ از سطح بستگي دارد. در شكل زير تفاوت نوع قرار گرفتن سيم پيچ را مي بينيم:
مفاهيم اساسي طراحي سيم پيچ در شكل جديد براساس مجموع ميدان الكتريكي است. اين ميدان توسط ميدان الكتريكي نقاط مختلف سطح سر به دست مي آيد. به دليل اينكه ميدان در عمق مغز درصدي از ميدان توليد شده توسط سيم پيچ در سطح مغز است تلاش براين است كه كمترين طول در كنار هم قرار گيرند. در مقايسه اين روش بستن سيم پيچ ، با روش استاندارد و روش مخروطي شكل ( شكل 8) اين روش كمترين تماس را با سر دارد ، همانطور كه در شكل مشاهده مي شود در اين روش، نقطه تماس سيم پيچ با سر وجــود دارد كــه از هــر ســر سـلـسلـه مسيـرهـاي برگشت به شكل z ادامه مي يابد و فاصله اي بيش تر از 5 سانتي متر با سر خواهد داشت. مزيت ديگر اين روش انعطاف پذير بودن شكل سيم پـيـچ است كه باعث مي شود همه المنت هاي مورد نظر به سطح سر بچسبند. در نمودارهاي زير ميدان هدايت شده و ميدان كل بين سه نوع سيم پيچ مقايسه شده اند كه بر اساس آن سيم پيچ نوع H بهترين ميدان را نسبت به فاصله ايجاد مي كند ولي از بين دو نوع سيم پيچ كه به صورت عمود و مماس بر سر قرار گيرند نمي توان حالت بهينه اي و كاملا بهتري را مشخص كرد [4.]
براي به حداقل رساندن مشكلاتي نظير درد و تاثيرات ناشي از تحريك و آثار مضر بر روي ماهيچه هاي صورت بايد سيم پيچ هاي ديگري طراحي شود كه از طرفي مزاياي سيم پيچ هاي نوع H را داشته باشد و از طرف ديگر مشكلات فـوق را برطرف كند كه مي تواند به شكل زير باشد:
در ايــن سيـم پيـچ بـا تـوجـه بـه مشكـلات سيم پيچ هاي قبلي، ميدان ايجاد شده به مغز سر وارد مي شود و درد ايجاد شده در نواحي صورت را كاهش مي دهد و سعي شده شكل كلي سيم پيچ H نيز حفظ شود ولي با اين وجود تاثيرات مخرب اين ميدان ها بر پوست و ماهيچه هاي صورت غير قابل انكار است. از طرف ديگر، نياز به يك جريان بالا براي ايجاد ميدان هاي قوي سبب مي شود اين روش، روشي كلينيكي باقي بماند و با وجود غيرتهاجمي بودن آن، امكان بروز خطراتي وجود دارد. نكته ي ديگر اين است كه براي بهبود كامل اين نوع بيماري ها لازم است زمان دقيق اختلالات مغزي را بدانيم تا از تاثير مخرب ميدان ها بكاهيم.
نتيجه گيري
در اين مقاله به بررسي روشي براي درمان بيماري هايي نظير پاركينسون پرداختيم و متوجه شديم كه اگر بتوانيم ميداني با قدرت بالا و دائمي ايجاد كنيم ، مي توانيم اين نوع بيماري ها را تا حد قابل قبولي كنترل كنيم.
منابع
[1]G. Deuschl 1 and J. Volkmann1 and P. Krack2, "Deep Brain Stimulation for Movement Disorders" , Wiley, March 25 , 2002
[2]Andres M Lozano, Jonathan Dostrovsky, Robert Chen, and Peter Ashby, "Deep Brain Stimulation for Parkinson's disease: disrupting the disruption" The Lancet Neorology, Vol 1, August 2002
[3]Y. Terao 1 and Y. Ugawa 2, "Basic of Mechanism of TMS" , Journal of Clinical Neurophysiology, 2002
[4]A. Zangen 1 and Y. Roth 2 and B.Voller 3 and M.Hallet, "Transcranial magnetic stimulation of deep brain regions" Clinical Neurophysiology , November ,5, 2004
منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۱۲۱