电刺激器的安全性

第六节　电刺激器的安全性

一、骨生长电刺激器/脊柱融合电刺激器

1974年，Dwyer等首次应用植入性持续直流电刺激治疗脊柱前、后融合及脊柱骨折不愈合。从此电刺激器受到了广泛的重视，它既能加速脊柱融合，又能改善融合的质量。1987年，骨生长电刺激器获FDA批准，作为一种辅助措施用来提高脊柱融合的成功率。与长骨相比，电刺激在脊柱融合方面应用的文献则比较少，直流电、PEMFs和电偶这3种电刺激方法应用最广。植入式直流电脊柱融合电刺激器由锂碘电池、电流发生器和含铂的阳极组成，其采用导入直流电的方式促进骨生长，脊柱手术时，将电极直接植入脊柱植骨区，电池部分也可植入皮下，电池寿命通常可维持6～9个月。

研究证实，植入脊柱融合电刺激器的患者可安全地接受高场MR检查，且脊柱融合电刺激器在高场MRI环境中并未发生移动、发热、漏电或肌肉神经刺激等现象。迄今，已有多例体内植入脊柱融合电刺激器的患者安全地接受了MR检查，但目前尚无证据表明强磁场对脊柱融合电刺激器正常功能无影响。应用不同的脉冲序列和成像参数，将对脊柱融合电刺激器有不同的影响。

某些体内植入脊柱融合电刺激器的患者接受高场MR检查过程中，可有植入部位轻度发热的感觉。Chou等应用GE Signa 1.5T磁共振系统对脊柱融合电刺激器在人体模型内的发热状况进行离体试验研究，其使用荧光光纤感受器分别测量负电极、导线和刺激器周围的温度变化，当SAR值为1.0W/kg且扫描时长为25min时，研究发现：①脊柱融合电刺激器的中央温度升高约2℃，升高幅度最大。但由于正常人体血液流动可散发局部组织内积聚的热量，且此研究不能模拟正常人体血液流动，因而离体试验研究测量的结果可能会高于正常人体内测得的结果。②负电极温度升高约1℃，若去除导线和刺激器，则负电极的温度可上升约1.5℃。作者认为，脊柱融合电刺激器组件温度升高的程度均在人体可耐受的范围之内，且脊柱融合电刺激器周围肌肉和皮下组织的温度本身就低于37℃，因而不会造成对人体组织的伤害。

罕见情况下，当脊柱融合电刺激器的导线断裂后，导线及其周围瘢痕组织的温度将在数毫秒内升高11～14℃，从而造成组织损伤。但事实上，导线断裂导致的发热范围半径仅为2～3cm，并不会造成严重损伤。而且导线断裂是相当少见的情况，在应用脊柱融合电刺激器的10年中，70 000例患者中仅有10例发生导线断裂。多项研究表明，只要导线的完整性不受损，植入脊柱融合电刺激器的患者接受MR检查时，射频磁场导致的导线发热并不会对患者造成伤害。因此，在MR检查前，必须首先检查导线是否完好无损。

尽管体内植入脊柱融合电刺激器的患者可安全地接受MR检查，但仍需注意以下几点。

1.脊柱融合电刺激器的负电极应放置于距离神经根至少1cm远的部位，以减少MR检查中发生神经刺激症状。

2.MR检查前，体内植入脊柱融合电刺激器的患者应首先行X射线检查，以确保导线未发生断裂。如果X射线检查不能明确显示导线状况，则应充分认识到导线在磁共振环境中发热的潜在危险性。

3.体内植入脊柱融合电刺激器的患者仅可接受1.5T或低于1.5T静磁场强度的MR检查，且仅能应用常规扫描技术如SE序列、FSE序列或GRE序列扫描，应避免使用平面回波序列、SAR值高于1.0W/kg的序列、梯度磁场强切换大于20T/s及其他非常规MRI序列。

4.MR检查过程中，医务人员应密切观察患者，并询问有无发热、灼烧或神经肌肉刺激症状等不适感觉。

5.脊柱外科手术时，刺激器应放置于距离融合部位尽可能远的地方，以减少图像伪影。

6.若脊柱融合电刺激器邻近MRI的感兴趣区，则应采取措施以尽量减少感兴趣区内MRI图像伪影，如应用FSE序列。

二、RF BION微电刺激器

通过外科手术将神经刺激物和电极植入患者体内，可用于对患病部位提供功能性电流刺激，但这些设备的外科并发症较多且价格昂贵。正因为如此，研究人员一直致力研发可提供功能性电刺激的微型植入设备。1998年，Heetderks等首次报道了一种数毫米大小的神经假体植入装置。数年后，这种所谓的“微电刺激器”经过不断发展，现已具备微型化、无线传输和数字化控制的特点，微电刺激器通过感应连接器从外部线圈产生的脉冲磁场接收能量和指令信号，为肌肉和神经提供电脉冲。目前，微电刺激器的相关应用包括对尿失禁、肩关节半脱位、足下垂和睡眠呼吸暂停等疾病的治疗，且研究人员正在进行一系列的临床试验评估微电刺激器的治疗效果。

（一）RF BION微电刺激器介绍

RF BION微电刺激器由Alfred E.Mann科学研究基金会和先进仿生学公司研发，是一种可植入人体为周围神经系统提供功能性电刺激的无线装置。这种植入装置具有体积小、重量轻的特点，其大小约为16.6mm×2.4mm，重量仅为0.265g。由于微型刺激仪的尺寸微小，它可以通过12或14标准规格套管针植入，或者通过微创外科手术放置于神经或肌肉组织内，并通过钛帽上的缝合将其准确地固定在植入部位。

RF BION微电刺激器外观上为陶瓷制的管状物，其两端由钛帽封闭，钛帽内包含有钛、金、铜、铁酸盐、铂、铱、硅、锆和钽等金属物质。钛帽上焊接有刺激阳极电极，铱盘则焊接于阴极电极上，铂铱孔眼位于阳极一侧。微电刺激器内含有刺激线路和接收RF脉冲的天线，患者体外佩戴的外部线圈产生的2Hz的脉冲磁场通过RF无线功率传输的方式传送，为其提供电源供应并传输资料。

（二）RF BION微电刺激器MRI的安全性

对植入RF BION微电刺激器的患者进行多种MR检查时，如常规成像、血管成像、功能成像和磁共振波谱等，其安全性与磁共振设备的类型及微电刺激器的安全标准密切相关。通常认为，当静磁场为1.5T，梯度磁场小于20T/s，成像时间为15min，全身平均SAR值小于2.0W/kg时，微电刺激器接受MR检查是安全的。但在其他磁共振设备和MRI条件下，微电刺激器的安全性尚未见报道。必须遵照以下信息才能对植入RF BION微电刺激器的患者安全地进行MR检查。

1.静磁场　1.5T场强MRI可使微电刺激器发生平移和旋转运动，但磁场对其作用较为轻微，微电刺激器在1.5T场强MRI中的偏转角为58°，受到的磁力为0.42G，即万有引力的1.6倍，最大扭矩约为重力扭矩的3.9倍。因而相对于一端固定的微电刺激器来说，1.5T场强MRI磁场对其产生的扭矩仅仅相当于0.98G的重力作用于微电刺激器的另一端。但微电刺激器植入人体组织后，周围包绕组织对其作用是微电刺激器在MRI磁场中不发生移位的重要因素。由于微电刺激器的重量极轻且无较尖的一端，活体组织试验研究显示，微电刺激器植入2～3周后，周围纤维组织的固定力足以阻止其在1.5TMRI磁场中发生移位。

2.随时间变化的磁场　理论研究和实验观察表明，1.5T磁共振环境中，包括梯度磁场和射频磁场在内的随时间变化的磁场，可能会对植入的微电刺激器产生潜在作用。

3.射频脉冲磁场　理论研究和实验观察表明，植入微电刺激器的患者接受15min SAR值为2.0W/kg的MR检查过程中，微电刺激器的温度无明显升高，因而不会有与磁场相关的发热所造成的危险。

4.梯度磁场　磁共振梯度脉冲磁场在人体内感应电流可能会超过5V/m，并在微电刺激器长轴方向产生约95mV电压。重要的是，微电刺激器的感应电流比人体骨组织的感应电流还要小，因而微电刺激器在1.5T/64MZ磁共振设备条件下不会受到梯度电流产生的物理作用。植入微电刺激器的患者可安全地接受1.5T磁共振的梯度磁场变化，并应用常规磁共振线圈如表面RF线圈进行常规脉冲序列MR检查。但值得注意的是，目前尚无使用非常规脉冲系列和非常规线圈进行微电刺激器安全性的测试，MRI工作人员应尽量避免应用这些非常规脉冲系列和线圈对植入微电刺激器的患者进行MR检查。

5.磁共振环境中微电刺激器的功能　有作者将9个微电刺激器放置于磁共振设备的不同部位，进行体外模型试验，目的是评价MR检查对微电刺激器功能的影响。结果发现，在1.5T/64MZ磁共振环境中，使用RF体线圈发射和接收信号，当应用15种不同的磁共振序列进行检查时，微电刺激器均可正常工作。这15种不同的磁共振序列如下：①SE序列T1WI；②FSE序列T1WI；③SE序列T2WI；④FSE序列T2WI；⑤二维梯度回波脉冲序列；⑥三维梯度回波脉冲序列；⑦二维快速梯度回波脉冲序列；⑧三维快速梯度回波脉冲序列；⑨二维快速毁损梯度回波脉冲序列；⑩三维快速毁损梯度回波脉冲序列；SAR值高达1.1W/kg的SE序列T1WI；SAR值高达1.1W/kg的FSE序列T1WI；SAR值高达1.1W/kg的SE序列T2 WI；SAR值高达1.1W/kg的FSE序列T2WI；SAR值高达1.1W/kg的三维磁化转换梯度回波脉冲序列。进行上述序列MR检查时，微电刺激器的功能不会受损。

但值得注意的是，其他MRI序列检查对微电刺激器功能的影响还不得而知。微电刺激器MRI时，还应注意以下几点：①植入微电刺激器的患者禁止接受高于1.5T场强的MR检查；②MR检查过程中，MRI工作人员应随时观察患者的状态；③MRI工作人员有必要告知患者，在检查过程中出现异常感觉时，请立即通知医务人员，必要时终止检查。

（三）MR检查结束后的注意事项

MR检查结束后，医务人员应检查微电刺激器是否能正常工作，将电刺激兴奋度的大小恢复至检查前水平。

如需了解微电刺激器的更多信息及磁共振安全性的条例，可访问Alfred E.Mann科学研究基金会http：//www.aemf.org和先进仿生学公司http：//www.advancedbionics.com网站。对于诸如此类的植入性神经刺激设备，MRI工作人员有必要随时与生产厂商联系，以获取最新的安全性信息，保证患者MR检查的安全性。

三、神经刺激装置

接受植入神经刺激装置治疗神经功能紊乱和其他神经疾病的患者日益增多，对这些患者进行MR检查时，强磁场将对该系统产生一定的影响，引发许多问题，如引起患者不适、疼痛和组织损伤。因此，制定关于神经刺激装置的脉冲发生器、导联、电极设备的操作条件及MR使用条件的安全准则非常重要。对于神经刺激装置，建议在行MR检查前与生产厂家联系，以确保获得最新的安全信息及治疗步骤，从而保证患者安全地进行MR检查。

（一）神经控制假体

癫痫是一种常见的、反复发作的慢性神经疾病。全世界有超过6 000万的癫痫患者，占总人口的1.5‰～15‰。自1970年以来，有多种抗癫痫药物不断问世，但仍有约1/3的难治性癫痫患者的发作不能得到满意控制，另外还有部分患者难以承受药物的毒副作用。随着神经病理生理学和生物医学工程技术的发展，20世纪80年代中期开始出现的迷走神经刺激器（vagus nerve stimulation，VNS），为这一问题的解决提供了一个新途径。

经过15年的研究和临床试验，1997年7月16日美国食品和药品管理委员会批准基于迷走神经刺激器的神经控制假体（NCP）系统作为抗癫痫药物治疗的一种辅助治疗，用于减少成人和青少年顽固性癫痫的发作频率。这是一个可以向迷走神经发出电脉冲的小电机，可以刺激大脑中控制癫痫病发作的部位。NCP只有一块小怀表那么大，可通过手术植入胸腔，一根导线埋入皮肤，与位于颈部下方、与左迷走神经连接的电极相连。手术后，NCP每5min发出一次无痛感、持续30s的电击。有些癫痫病患者在发作前会产生一些症状，这时可将一块磁铁短暂放于植入体所在的胸腔附近，使NCP发出额外的电击，防止癫痫发作。

VNS可释放电刺激，这些电刺激作用于颈迷走神经向大脑的传递过程中，迷走神经是人体重要器官和大脑之间信息传递的途径之一。选择迷走神经进行电刺激的主要原因有以下几点：①迷走神经几乎没有传递各种痛觉的纤维；②超过80%的电信号适用于迷走神经；③颈部神经向大脑传递。④刺激导联可通过不损伤大脑的手术方法与迷走神经相连通。

VNS的副作用：最初的声嘶及颈部电极位置感觉迟钝，经一段时间后患者可适应。尚未发现即时或累积的心脏副反应。为避免不必要的副反应发生，VNS多选择左侧迷走神经作为刺激点，因左侧迷走神经与房室结功能有关，右侧迷走神经与窦房结功能有关。

NCP系统包括一脉冲发生器、一双极导线、一个微机软件调控下的棒状物（程序棒）和一槽状工具。脉冲发生器质量65mg，直径55mm。植入患者左上胸，靠一个锂电池驱动，双极刺激电极将发生器直接与左侧迷走神经相连，因而可将发生器产生的电信号传递至迷走神经。电极一端以2个针头植入发生器内，另一端是2个分离的螺旋形的硅酮卷，与迷走神经相接触。微机软件控制下的棒状物通过无线信号与发生器相联系。在这种连接下，临床医师可控制刺激参数，包括输出电流、信号频率、信号波宽、信号刺激时间、间隔时间。

100型NCP脉冲发生器是可植入的多程序脉冲发生器，它可以经NCP导联（300型系列）向迷走神经传递电流恒定、容量相符、电荷平衡的刺激。100型NCP脉冲发生器牢牢固定在封闭的钛盒内，引线电容盒用来滤过脉冲发生电路的电磁干扰。发生器的主要元件是微处理器、电压调控器、7.68kHz的晶体振动器、接受和传递信息的线路，提供能量的亚硫酰氯化锂盒。亚硫酰氯化锂盒是一种低阻高能的物质，符合周围神经刺激需要快速脉冲的条件，类似的物质已经使用于心脏起搏器、可植入的脊髓刺激器及灌注泵。可植入的导联从发生器向迷走神经传输电信号，导联连有2个螺旋形电极板，通过螺旋凹槽放置在神经周围，再由2个5mm的连接器连于发生器。

将导联绕成2个内径2～3mm的螺旋线圈，使其可以锚定在不同尺寸的神经。螺旋形设计柔软易弯曲，植入后可以立即随神经直径增粗和缩小。这种设计使2mm以内螺旋电极更适合迷走神经。300型NCP双极导联由硅胶包绕，可以绝缘，末端分叉，导线丝是四孔MP35N，电极由铂组成。

100型NCP脉冲发生器有许多程序设置，可以达到治疗个体化目的。这些设置包括脉冲宽度、输出电流、信号频率、信号出现时间、信号终止时间、磁场激活时间、激活磁场脉冲宽度和输出电流。控制器提供了一个既可以开启又可以关闭刺激的磁体装置。

100型NCP脉冲发生器有远距离测定的能力，可以提供它的操作信息，如参数信息、电阻、磁体使用记录，还有许多增强可靠性和安全性的设备，如电磁干扰滤过电容器、一组限制温度升高的电阻、二极管防震器、防止电流直接作用人体的电流阻断装置以及防止不断刺激、保护微处理器免于电压干扰的软件监视器。

体内植入NCP的患者不能在体线圈下进行MR检查，这是由于在扫描过程中双极导线产热可引起损伤。只要严格遵循以下说明，就可以对携带NCP的患者进行MR检查。

1.如果进行MR检查仅是用作头部线圈传输和接收，MRI产生的磁场和脉冲可以改变脉冲发生器的设置（导致参数重调）或者激活其他装置。刺激可引起本书中提到的有害事件，目前仅在场强1.5T的MRI仪器上进行过检查。

2.当使用不同类型的MRI时注意提防不同场强可能引发的有害事件。

3.植入有NCP的患者不能使用体部线圈传输脉冲进行扫描。那些仅作为接收脉冲并由体线圈传输脉冲的局部线圈，以及仅接收脉冲的头部线圈、局部线圈（如膝关节线圈），它们均不能用于带有NCP的患者。

（二）脑深部刺激

脑深部刺激（deep brain stimulation，DBS）是一种治疗神经系统运动障碍性疾病的方法，其通过大脑的深部特定核团埋置微电极，脑外刺激器控制、调整刺激的电压、脉宽及频率等参数的方法来进行治疗。DBS将刺激电极埋植于脑深部选定的神经核团，然后通过植入胸前的颅外刺激器发生电脉冲刺激，使相关结构产生一系列生化和物理效应，达到治疗目的。DBS在20世纪50年代用于治疗顽固性疼痛，20世纪70年代后用于治疗癫痫。随着DBS技术日渐成熟，其在治疗难治性运动障碍疾病中的安全性和有效性得到公认，目前主要用于治疗帕金森病、慢性疼痛、扭转痉挛、强迫症、抑郁和肌张力障碍等。DBS系统由3个部分组成：①脑深部刺激电极，为一绝缘的细导线，在尖端有4个电极触点；②神经刺激器，包括电池和微电路；③延伸导线，为一绝缘导线，连接植入的电极和神经刺激器。

DBS患者进行MR检查非常有必要，MRI可以帮助诊断颅内出血、脑梗死和其他脑部疾病及治疗评价，MRI还有利于定位、修改、辅助DBS植入手术。因此，适用于植入神经刺激装置DBS患者接受MR检查的条件正在研究和制定中，不严格遵守该条件可能引起患者暂时甚至永久损伤，包括短暂记忆障碍、瘫痪、昏迷甚至死亡。

植入神经刺激装置的患者做MR检查存在的危险因素与以下几个方面有关：加热、磁场作用力、局部诱发电流、植入物功能紊乱。MR扫描机工作时的射频脉冲和梯度磁场切换脉冲可在人体内诱导电流生成。在这种情况下，具有生物电活动或导电部件的生物医学植入物及其附属装置也将被诱导并产生局部较强电流，进而有可能导致植入物过量加热。因此体内有导电体或者长导线（如起搏器、心电图机的长缆线、电极、导联）的植入体或体外有监测装置的患者进行MR检查时要特别注意。同样，MRI使DBS的电极产热，从而引起神经刺激装置的安全问题。

DBS植入神经刺激装置的产热与植入装置的类型、MRI程序等因素相关，这些因素包括神经刺激装置的电力特点、MR场强、植入的脉冲发生器（IPG）、与导联相关的脉冲能量、使用脉冲线圈的类型、解剖位点和RF能量的传输。

Baker等报道，SAR值的计算随着MR仪的型号（如老式的，新型的）和软件版本而变化。即使MR型号相同，对不同的患者安全标准也不同，而且用没有植入物的受检者来计算SAR值是不合理的，因为植入物可以显著影响SAR值。临床工作中，MRI引起的温度变化是复杂多样的，为避免体内植入物和设备导致的热损伤，全面对植入DBS的患者进行MRI安全性筛查十分重要。对植入DBS的患者进行MR检查是必要的，所以正在对这种温度变化的规律进行研究。

Rezai等在1.5TMR中，对植入式双极神经刺激装置进行体外模型实验，测量在不同位置所产生的热量。实验中IPG或DBS导联的触点决定MR扫描的位置。研究结果表明，全身不同部位SAR值不同，使用输出/接收体线圈产生热量最多，其温度范围为2.5～25.3℃，最高温度在IPG的放置位置处，使用输出/接收头线圈产热的温度变化范围为2.3～7.1℃，在导联处温度最高。这些结果表明，在某些特定条件下双侧神经刺激装置植入物可产热，引起相对较小的升温范围。Rezai等的研究结果受到所检测的神经刺激装置的限制。然而，某一指定的MR系统及扫描程序，全身或局部SAR峰值的计算仍然存在着一定缺陷，另外对神经刺激装置的检测也存在缺陷，同样Rezai等的结果受到特殊MR系统的限制。

推荐使用的安全标准并不能适用于不同的MR系统，老型机器使用特殊软件版本时SAR值可能发生改变，体内植入DBS的患者应进行特殊的MRI相关温度实验，才可使用输出/接收体线圈。目前，制造商正在制定MRI安全准则和适用范围，以保证MR的安全使用，不引起患者的损伤和意外事故。

Rezai等指出，添加的安全条例包括双极神经刺激装置元件的位置、设备的设置（振幅设置0mV和关闭输出）及适用于1.5TMR的操作。该研究推荐在1.5TMR中使用输出/接收体线圈和头线圈，但DBS的制造商（Medtronic.Int.Minnepolis.MN）却认为使用输出/接收头线圈是不安全的。

当今，高场强MR使用输出体线圈和仅作为接收的头线圈进行脑扫描，因此对于使用这些特殊混合脉冲线圈所产生的温度变化特征的研究正在进行。

Finelli等也对植入DBS双极神经刺激装置患者进行常规MR脑扫描所产生的热量进行测量，根据这些体外研究，在1.5TMR中对植入DBS双极神经刺激装置患者使用输出/接收头线圈，可进行脑扫描（如快速自旋回波、自旋回波、梯度回波、磁化快速梯度回波、二维回波、弥散、灌注、MR功能成像），这是因为MR仅引起DBS电极轻微升温。Finelli等强调MR参数选择应尽可能低于SAR值水平，然而对于DBS是否可以在其他场强MR（低于或高于1.5T）和其他输出脉冲线圈中安全使用还不确定。此外，特殊的SAR值计算方法及MRI产热的影响因素也应考虑在内。

尽管已经对MR检查的安全性进行了比较深入地研究，但仍有意外事件发生，Spiegel等报道1例73岁植入DBS双极神经刺激装置的患者，在1.0TMR（Expert.Siemens，Erlangen，Germany）中，使用输出/接收头线圈进行扫描后，出现肌张力障碍、左腿抽搐。此例检查在使用输出/接收头线圈、MR场强1.0T、表面电极、不连接脉冲发生器的条件下进行，这样就违背了MR制造商的安全须知和建议。推测可能是由于植入电极在磁场内产生感应电流而产热并引起相邻组织损伤。美国FDA报道，制造商制定的《专业健康保健》指出，由于在磁场中植入物可产热和产生局部感应电流，因此对体内有植入物的患者不能应用体线圈进行MR检查。上述意外事故说明，带有DBS设备的患者必须在特殊、易于控制的条件下进行MR检查，而这些条件运用于其他定位设计的神经刺激装置、其他MR系统及扫描方案都存在潜在危险。

关于MR扫描在商品标签中有详细说明，这些建议是在实验和对特殊植入体进行临床观察基础上获得的，包括7426型Soletra和7424型ItreⅡ神经刺激器，7482型、7495扩展型、3387型、3389型神经刺激器。

对于植入DBS神经刺激装置的患者，有以下几点安全警告、提示和建议。

1.基于目前的实验，一些MRI程序可安全用于植入ACTIVA系统，MRI系统的安全使用包括在1.5T中进行。其他MRI机器是否能够安全使用目前尚在研究中。

2.仅使用一个输入/接收型脉冲头部线圈可以减少导联/神经刺激装置在MRI脉冲场中的接触，不要使用体脉冲线圈。

3.在特定SAR值下选择MRI扫描参数，在头部不超过0.4W/kg。

制造商推荐“在头部不超过0.4W/kg的SAR值下选择扫描参数”，需要限定特殊的MR系统平台与之适应。因此，对于DBS神经刺激装置不能使用通常推荐的SAR值。不同的植入物和扫描条件应有不同的安全准则。对于一个移植物来说，如果设备在1.5TMR中安全扫描，那么在低磁场中是否也同样安全。然而，由于磁性作用和其他因素产生MR场强和射频波长（如1.5T、64MHz）具有特异性，而导电材料和（或）电学元件制成的植入物可以额外产热，这就存在潜在的风险和安全隐患。因此，在低静磁场下推断使用神经刺激装置是否安全是不恰当的。

总之，对于特殊神经刺激装置，安全性监测应该涉及植入脉冲发生器（IPG）、电极、导联、设备条件的选择、定位、MR仪等条件（如场强、软件版本、输出射频线圈类型、RF水平、脉冲频率等）和SAR值计算方式等。某一MR系统和软件的安全SAR水平不适用于其他MR系统和软件，对植入有神经刺激装置的患者提前进行MR系统安全测试扫描十分重要。目前，这是预防带有电子激活植入物患者损伤的最好方法。

四、功能性神经肌肉电刺激装置

由于意外摔伤、车祸、战争等原因造成的脊髓损伤会给患者带来巨大的生理和心理痛苦。据统计，仅在美国，就有20多万名脊髓损伤患者。我国是人口大国，北京地区脊髓损伤年发病率为6.8/100万，加上唐山大地震造成的脊髓损伤患者，我国的脊髓损伤患者的数量也是很可观的。脊髓损伤的存活率较高，但由于目前在完全性脊髓损伤的治疗方面尚没有重大突破，存活后患者医疗问题、生活问题、社会问题较多，对患者和全社会造成沉重的经济负担。

功能性神经肌肉电刺激（functional neuromuscular stimulation，FNS）概念和手段的出现，开创了神经肌肉功能恢复与重建的新思路，其能模拟中枢神经对肌体的控制，人工产生电脉冲作用于肌体，使肌体产生生理性反应，从而达到功能恢复与重建的目的。功能性神经肌肉刺激技术及测控仪器属于仪器仪表、信号处理、控制理论、生物医学和人体工程学等多学科交叉的科技成果，主要适用于由神经或肌肉疾病造成的相关功能衰退或丧失的功能重建和恢复、肢体运动的机制分析与电生理分析诊断、运动医学研究、生物反馈控制应用等。按神经肌肉刺激作用方式的不同，FNS助行技术主要分为表面电极刺激、植入式电极刺激和针电极刺激3种。美国Case Western Reserve大学医学院的一项对照研究显示，应用植入式肌肉内电极（intramuscular electrodes）进行功能性神经肌肉刺激可通过协调慢性脑卒中患者的步态而改善其步行能力。

（一）FNS组件

1.植入组件　包括可植入的接收－刺激器、肌外膜和肌内膜电极以及连接器。

2.外部组件　包括外部控制器（传感线圈）、位置感受器、电池充电器以及远程控制开关。

3.程序化系统　由电脑及其相配套的各种应用软件、各种模块以及一系列电缆装置构成。

4.与外科有关的补充组件　包括电极定位配套元件（外科刺激器、肌外膜探针、阳极板以及小夹板导联）。

5.肌肉内电极等配套设备　如肌肉探针和套管等。

（二）FNS的适应证

FNS装置的使用，有助于提高和改善患者的抓取、握持及释放物体等与日常生活密切相关的能力。使用FNS装置前，应该对其使用的风险与利弊进行安全评估。其适应人群如下：①由C₅或C₆水平脊髓损伤引起的四肢瘫痪患者；②上肢存在足够的运动范围；③前臂和手部肌肉系统以及骨骼系统发育正常，具有完整的下运动神经元；④骨骼系统尚未发育完全的儿童（男性通常小于16岁，女性小于15岁）；⑤曾患有严重的全身慢性感染或其他可能增加手术风险的疾病；⑥难以控制的自主反射异常；⑦癫痫发作和平衡紊乱；⑧怀孕。

（三）FNS使用的注意事项

为了正确使用FNS装置，请注意以下事项。

1.不能在植入电极的上肢处使用单极电外科仪器，这些仪器会造成植入的接收－刺激器损坏。双极电外科仪器在抗凝中可安全使用。

2.稳定放电（ESD）在体内手术中可损坏手部植入的接收－刺激器。

3.植入FNS装置时应使用神经肌肉阻滞因子。因为，这些因子在修复神经时对电刺激无反应，有利于体内放置该系统。

4.表面刺激：由于其可能对神经系统造成损伤，因此应该小心谨慎地在植入上肢附近进行一定强度的表面电刺激。具体操作步骤请与FNS制造商联系。

5.X射线、乳腺机、超声：据报道，X射线成像（例如CT或乳腺机）以及超声等检查不会对植入的接收－刺激器或肌外膜电极造成影响，但植入的电极可能会使其他解剖结构难以识别，更甚者，超声等仪器尚有可能损坏FNS装置。

6.抗生素预防：为了预防感染，体内植入FNS时应该适当使用抗生素。

7.透热法：由于透热法治疗可能会损坏FNS装置，因而带有FNS装置的患者不能接受透热法治疗。

8.辐射治疗：离子辐射治疗时，FNS装置上的电子组件可能会损坏，且FNS装置损坏的早期可能无任何异常表现，但如果患者感觉到肌肉收缩功能方面有任何改变，应该立即向医生报告，如有疼痛或不舒服感觉，应停止使用FNS装置。

9.侵入性检查：为了避免诸如抽血或静脉内输液等操作对植入电极造成损坏，应该避免在接收－刺激器区域或肌外膜电极附近等部位穿刺。

10.应该建议患者避免进行有安全隐患的活动，比如，植入FNS装置的患者驾车时，遇到紧急情况急刹车，或抓取滚烫的物体等都会对患者造成意想不到的伤害。

11.当植入FNS装置后，应该建议患者避免在植入FNS装置的一侧上臂测量血压。

12.植入FNS装置后，应该建议患者经常检查局部皮肤情况（手背、手掌及前臂背侧皮肤），以及植入FNS装置、导联和电极部位有无发红、肿胀或塌陷。如果皮肤塌陷很明显，应考虑局部感染或其他危险情况，患者应该立即与临床医生联系。

13.患者应经常保持FNS装置的外部组件、电缆以及系统的其他组件干燥。

14.建议患者及医务人员经常检视电缆和连接器是否磨损或损坏，必要时更换这些组件。

（四）FNS装置MR检查的安全性

研究表明，在1.5TMRI扫描仪上对FNS装置进行测试，当SAR值为1.1W/kg时，FNS装置局部温度升高尚不足2.7℃，因而带有FNS装置的患者使用一个防护板就可以安全接受MR检查。如果没有防护板，则患者仅能接受1.5T场强以下的MR检查。

MR检查时，FNS装置所产生的伪影大小受各种因素影响，包括采用的脉冲序列、频率编码方向以及视野大小。当使用非标准扫描模式来减少图像伪影或改善图像质量时，SAR值不应超过平均值1.1W/kg，梯度磁场不能大于20T/s，且只能使用体线圈或头线圈，而不能使用发射线圈。MRI扫描前，应对每个电极逐个进行功能测试以确保每个导联均完好无损，且MRI扫描前必须去除FNS装置的外部组件。在MR检查过程中，应不间断地观察患者，并通过对讲机与患者随时保持联系，遇到诸如温度升高、灼烧或神经肌肉受到刺激等特殊情况要立即停止MR检查。

对于一个神经刺激装置，应该建议MRI工作人员与各装置的制造商联系，确保获得最新安全方面的信息并认真遵循，目的是保证患者在接受MR检查时的安全性。

五、胃电刺激器

Enterra疗法即电刺激（GES）疗法，是由插入胃窦肌肉壁的电极对胃部施以一定强度高频率/低能量的电刺激，以达到治疗目的的手段，适用于治疗慢性、顽固性恶心和呕吐，用一般促动力药、止吐剂以及止痛和营养支持等药物难以奏效的胃轻瘫，也就是平常所说的胃不全麻痹症。胃轻瘫本质上是一种胃功能失调性疾病，表现为食物通过胃的速度比正常时为慢，可分为特发性胃轻瘫以及糖尿病、胃迷走神经切断术所致继发性胃轻瘫。由于食物在胃中停留过久，有些患者就表现出一定的临床症状，较常见的为恶心、呕吐，症状轻重因人而异，使用一般药物却难以长久奏效。这些患者存在进食困难，有的甚至需要导管进食，以保证足够的营养需求。Enterra疗法应用温和的电脉冲来刺激胃神经以增强胃动力，从而有助于控制和治疗胃轻瘫患者的呕吐等胃肠症状。

Enterra疗法成功应用于胃轻瘫的治疗已有数年之久，已进行了广泛性的临床试验，结果发现，该种疗法能减轻患者的恶心和呕吐症状，与此对照，药物治疗却效果不佳。除了恶心和呕吐症状改善外，患者其他一些胃肠道方面的不适，如患者治疗前进食固态食物时存在的一些消化不良、消化缓慢等，也得到了相应的改善，而且发生低血糖的次数也有所减少，生活质量显著提高。Enterra治疗系统由下列部分组成：一个神经刺激器，一个可置入的肌内导联，一个外部程序化系统。其中神经刺激器ITREL3为电池驱动的可置入装置；Medtronic Model4301导联为单极导联，主要用于和可置入ITREL3神经刺激器相连接；程序化系统作为ITREL3系统的驱动程序，由7432型医用程序和7457型Memorymod软件接触器组成，主要规格分为35cm长和50cm长2种。每个患者使用2个导联。

在MR检查中，由于受到磁场的影响，可能导致神经刺激器及相关导联的移动或产热。由于神经刺激器和相关的导联在磁场中偶尔可产生诱导电压，因此患者在接受MR检查时可能有“颠簸”或“休克”样不舒服的感觉。所以，带有Enterra装置的患者不应该接受MR检查，去除该装置后再进入磁场环境中。

对于外源性神经刺激装置，建议MR检查保健职业人员与专门生产该装置的制造商联系，获得最新安全信息并仔细遵照执行，确保患者在接受MR检查时的安全。

六、Interstim骶神经刺激装置

慢性排尿功能障碍临床十分常见，主要包括急迫性尿失禁、尿频尿急症、慢性尿潴留和慢性盆腔疼痛综合征。目前临床上药物及其他保守疗法治疗效果欠佳，而外科手术治疗则创伤较大，患者难以接受，因此此类排尿障碍成为当前泌尿外科实践的难题之一。20世纪90年代以来，排尿反射的神经调节概念越来越被人们重视，功能性神经电刺激治疗慢性排尿功能障碍得到应用。近年来出现并不断应用于临床的骶神经刺激（sacral nerve stimulation，SNS）和骶神经调节（sacral neuromodulation）为治疗排尿功能障碍提供了一种新途径，骶神经刺激装置通过植入神经刺激器，对骶神经持续发送电脉冲，从而协助控制膀胱肌肉活动。

SNS的机制为定时、定量发放电脉冲，由第3骶神经传导到其支配的膀胱壁上，调节、平衡膀胱逼尿肌功能，从而抑制膀胱壁过强收缩，或促进逼尿肌收缩功能不全的膀胱收缩，使异常的膀胱排尿功能得以纠正，由患者主观控制排尿。骶神经刺激器由植入体内的组件（神经刺激器、电极及连接神经刺激器与电极的延伸导线等）和体外调控组件（程控仪）组成，适用于顽固性急迫性尿失禁、特发性尿潴留、经保守治疗失败或不能继续保守治疗的尿急尿频、某些神经源性膀胱尿道功能障碍及慢传输型或正常传输型功能性便秘。

（一）骶神经刺激的发展历史

SNS的构想源自于心脏自律调节和疼痛控制，其通过电流来刺激或抑制肌肉的运动或感觉。20世纪80年代初，随着心脏起搏器和疼痛治疗的进步，美国加州大学泌尿外科在实验室研究基础上，应用骶神经电极植入治疗脊髓损伤所致的尿潴留，取得初步疗效；20世纪80年代末期，Tanagho及Schmidt经研究发现骶神经根刺激能够抑制不协调的排尿神经反应，为SNS技术的成熟奠定了基础。美国美敦力公司基于心脏起搏器生产的多项技术优势，率先研发了Interstim骶神经刺激装置，将“排尿起搏器”埋藏于人体内，常年发生电刺激，用于治疗排尿障碍。

（二）骶神经刺激装置的作用机制

S₂～S₄神经根发出的自主神经和躯体神经主要支配膀胱、尿道及盆底器官的活动，作用于此的电刺激达到兴奋或抑制这些神经根的功能而治疗下尿路功能障碍。Interstim骶神经刺激装置通过刺激电极发送适度的电脉冲刺激电流连续施加于特定的骶神经，以此夺获神经细胞本身的电生理特性，干扰异常的骶神经反射弧，进而影响与调节膀胱、尿道括约肌及盆底等骶神经支配的效应器官的行为，起到“神经调节”作用。

（三）Interstim骶神经刺激装置的构成

1.植入体内的组件　包括神经刺激器、电极、连接神经刺激器与电极的延伸导线。神经刺激器植入上臀部皮下浅层，电极放置于骶神经孔，延伸导线连接神经刺激器和电极。

2.体外调控组件　借由特殊装置，依据病情来调整神经刺激器的开启和快慢及幅度。患者手握控制磁铁来控制神经刺激器的开关。医师依据病情进展通过医用程控仪调整程序。

（四）骶神经刺激装置的适应证

自从骶神经刺激装置广泛应用于临床以来，不断有新的适应证出现。最初FDA批准的是3个适应证，即急迫性尿失禁、尿频、非梗阻性尿潴留。后来应用于间质性膀胱炎等盆底疼痛综合征，以及少数脊髓损伤后的神经源性膀胱患者。

（五）骶神经刺激器的禁忌证和副反应

骶神经刺激器的禁忌证主要包括对刺激试验无适当反应，不能进行神经刺激器手术，不能接受电热治疗如短波治疗、微波治疗或超声波治疗的患者。电热治疗的能量能通过植入的刺激器传导而损伤局部组织，甚至导致死亡，同时也可能破坏刺激器的零部件。对有神经系统疾病（如多发性硬化）、怀孕、分娩或年龄小于16岁的患者，目前尚无安全性的测试，因此应慎用骶神经刺激器。骶神经刺激器受电磁场影响，可与心脏起搏器、心律转复除颤器、电凝术、体外除颤、超声仪、放射治疗、MR防盗设备及检查设备等发生交互影响，可干扰神经刺激器的正常运行。因此，在行MR检查前，应告知医生患者体内已植入骶神经刺激器，以作相应处理。

骶神经刺激器的副反应包括植入部位疼痛、刺激器移位、感染、皮肤激惹、一过性休克、排便或排尿困难、麻木、神经损伤、刺激器部位血肿、月经周期紊乱及不适感等。

（六）Interstim骶神经刺激装置的安全性提示

1.大多数家用电器不会影响Interstim骶神经刺激装置的运行。

2.为避免可能产生的短暂刺激增强感（或振荡感），Interstim骶神经刺激装置系统打开时请勿驾车或使用电动工具。

3.机场金属探测检查系统及商店防盗系统可能也会无意间打开或关闭Interstim骶神经刺激装置，当患者接近时可能会感到短暂轻微的刺激感（或振荡感）。

4.Interstim骶神经刺激装置植入患者在进行其他的治疗或检查前，如MR检查、放射治疗、碎石术、心脏除颤、外科手术等，请务必告知相关科室的医务人员。

5.Interstim骶神经刺激装置植入部位不可接受透热疗法。这是由于电热治疗的能量能够通过植入的刺激器传导而损伤局部组织，甚至导致死亡，同时也可破坏刺激器的零部件。

6.Interstim骶神经刺激装置的电池寿命取决于个人所需刺激的强弱与频率，当电池能量将耗尽时，Interstim骶神经刺激装置对症状的控制会减退，这时需要更换电池。

7.更多疑问，可参考《Interstim骶神经刺激器用户手册》或登录美敦力公司网站：http：//www.medtronic.com.cn/。

七、排尿神经假体

神经假体（neuroprosthesis）是一类帮助神经损伤后恢复功能的电子装置，用人工电刺激的方法来代替大脑发出的神经冲动，起到控制肌肉活动的目的。1976年英国的Brindley将骶神经前根电刺激（sacral anterior root stimulation，SARS）技术应用于脊髓损伤患者。其电刺激装置称为排尿神经假体（vocare neuroprosthesis），1998年获得了美国FDA认证，目前全世界已有20 000多例的临床经验。为了扩大膀胱容量获得贮尿功能、根除反射性尿失禁和减轻括约肌的不协调收缩，配合进行骶神经后根切断去传入（de－afferatation by sacral posterior root rhizotomy），效果更好。排尿神经假体植入通常配合完全性骶神经后根切断去传入手术，可治疗脊髓损伤后排尿功能障碍。目前，在国外，该技术仍在改进中；在国内，该技术可能还不是很成熟，不能保证绝对有效，仍处于产品试制阶段，且进口排尿神经假体价格昂贵，约为1万美元，我国患者罕有应用。

“VOCARE膀胱系统”是由射频脉冲驱动的神经假体或称神经刺激器，其通过电刺激骶神经根的方式治疗脊髓损伤后排尿功能障碍。“VOCARE膀胱系统”由体内植入装置和体外控制装置两部分组成。体内部分本身不带电源，体外部分通过电磁感应为体内部分提供参数指令和电能。体内植入装置包括电极头、导线和皮下无线电接收器，所有体内装置均封闭于硅胶中。皮下无线电接收器由3个相互独立的感应线圈构成，对应排尿、排便和勃起3个功能。体外控制装置包括控制盒、发送器和测试盘，以及外部电缆、电池充电器和电源控制器。控制盒的内部为复杂集成电路芯片，用于控制电刺激发送参数；发送器由3个独立的线圈组成，共同封闭在有机玻璃之中，使用时将其靠近体内皮下接收器，以射频脉冲的方式为体内组件提供参数指令和电能；测试盘用来检测体外组件能否正常工作。

排尿神经假体植入的适应证有：①反射性尿失禁的女性，因为女性缺乏合适的体外集尿装置，且女性骶神经后根切断后对性功能影响很小；②脊髓损伤后反射性阴茎勃起缺失的男性；③反复发生尿路感染的患者；④膀胱或直肠激发自主神经反射不良（autonomic dysrreflexia）的患者；⑤下部截瘫患者，这类患者手部功能不受影响，可自己操作体外无线电控制器。禁忌证有：膀胱反射低下、活动期或反复外压性溃疡、败血症活动期、植入心脏起搏器。

排尿神经假体的安全性提示如下。

1.关于X射线和医用诊断超声检查　迄今，国内外尚无文献报道X射线成像和医用诊断超声对植入的接收激发器或外部电极的影响，但植入体内的元件可以使其他解剖结构图像模糊。

2.关于MRI检查　有作者应用1.5T场强MRI对排尿神经假体的安全性进行离体试验研究，结果发现，当SAR值为1.1W/kg，检查时长30min，且最大空间梯度为450B/cm或更低时，放置于静止胶体溶液内的排尿神经假体温度升高5.5℃，磁场作用力不超过12g，扭矩不超过0.47N/cm，低于重力场对其的作用力。体内植入排尿神经假体的患者可接受最大空间梯度等于或小于450B/cm的1.5T场强MR检查，但植入物所致的伪影可导致邻近解剖结构模糊。伪影的大小取决于多种因素，如相位编码方向及FOV的大小，且使用不同的成像脉冲序列时，伪影的大小也不同，如GRE序列图像上的伪影明显大于SE序列及FSE序列。如果为了减少伪影和（或）提高图像清晰度而选用非常规序列成像，则SAR值应低于1.1W/kg且梯度磁场切换率小于20T/s。体内植入有排尿神经假体的患者接受MR检查时，应考虑选用体线圈或头线圈，而应避免使用射频发射线圈。MR检查前，应仔细检查排尿神经假体电极是否能正常工作，如果导线的绝缘层破损，则应禁止进入磁共振室，否则破损的导线可能在磁共振环境中产热而对患者造成伤害。此外，MR检查前，MRI工作人员还应嘱体内植入排尿神经假体的患者清空膀胱及肠道，并去除排尿神经假体的体外组件。MR检查过程中，应随时观察患者的一般状况，如果患者出现任何不适的感觉，应立即中止MR检查。

3.关于超声治疗、电疗或微波治疗　不应在植入刺激器和外部电极的区域进行超声治疗、电疗或微波治疗，否则可能会损坏排尿神经假体。

4.关于手术电凝刀或电烙器　手术过程中，排尿神经假体植入电极的1cm范围禁止使用电凝刀或电烙器，禁止使用电凝刀或电烙器接触排尿神经假体的植入组件。

5.关于抗生素预防感染　体内植入排尿神经假体的患者接受任何侵入性治疗前，均应常规应用抗生素预防感染。

6.关于药物作用　抗胆碱药物或其他类似药物可降低膀胱括约肌的收缩强度，因而在移植排尿神经假体手术前，至少停用抗胆碱药物3d以上，才能确切评估膀胱平滑肌对电刺激的反应。且手术期间应停用长效神经肌肉接头阻滞类药物。

7.关于术后尿失禁　“VOCARE膀胱系统”在骶神经根安放电极的目的是给膀胱收缩制造一个人工控制中枢，获得电刺激控制下的排尿。但安放电极本身并不能去除已有的膀胱脊髓反射，在膀胱充盈达到一定程度时仍将发生不可控制的反射性尿失禁。为了减少反射性尿失禁的发生，必须打断所有的膀胱脊髓反射弧，即进行完全性骶神经后根切断去传入，才能获得良好的贮尿功能。

8.关于肠蠕动　完全性骶神经后根切断去传入手术及植入排尿神经假体均可对肠蠕动造成影响。

9.关于神经传导阻滞　完全性骶神经后根切断去传入术手术可导致患者丧失勃起和射精功能。

10.关于脊柱不稳　当患者患有重度骨质疏松时，完全性骶神经后根切断去传入术手术中去除椎体后弓板后，可导致脊柱不稳。

11.关于妊娠　迄今尚无妊娠期间使用排尿神经假体安全性的文献报道。

12.关于术后注意事项　患者应经常检查植入排尿神经假体的部位是否有红肿、隆起或破损。如果局部皮肤出现破损，应该立即与临床医师联系，积极治疗感染。

13.关于电磁干扰　迄今尚无电磁干扰导致排尿神经假体异常的文献报道，未发现防盗监测器、民航金属监测器或其他电设施对排尿神经假体的明显影响。但如患者乘坐电动轮椅时使用排尿神经假体，则应首先关闭轮椅电源，才能打开排尿神经假体的开关。

14.关于日常维护　无论何时何地，均应保持排尿神经假体外部组件干燥。建议患者及陪护者经常检查外部电缆和接口是否存在磨损，如有必要，应随时更换。长时间不使用排尿神经假体时，建议关闭外部控制器的电源，以避免外部控制器发热或损坏。