脊髓电刺激不同波形(脉冲)在慢性疼痛治疗中的应用

自从脊髓电刺激（SCS）应用于临床以来，已经在多种疾病的治疗中证实其疗效，尤其是顽固性的慢性疼痛。随着SCS技术的发展，衍生出不同的SCS波形用于治疗不同疾病，并均在相应的基础研究或临床治疗中取得了良好的疗效。

目前已有的SCS波形包括：传统强直SCS或低频SCS（Traditional SCS）、高频SCS（HFS）、爆发SCS（B-SCS）、闭环SCS（CL-SCS）、DTM SCS（DTM ）、高脉宽或高密度SCS（H-PW/H-DS）、PSP SCS（PSP）。

01 波形的基础知识

在 SCS 中，波形或脉冲代表来自 SCS 系统的短暂电流输出。当输出电流时，脉冲开启的时间定义为脉冲持续时间。脉冲持续时间通常以微秒 (μs) 为单位测量，每个脉冲都有一个以毫安 (mA) 为单位测量的相关幅度。

脉冲宽度一般在 100–500 µs 范围内，幅度范围从 2 到 8 mA，频率取决于所使用的具体 SCS 波形。

一个脉冲开始与下一个脉冲开始之间的时间称为脉冲周期，频率定义为脉冲周期的倒数。如下图1描述了随时间变化的幅度，并显示了基本波形的脉冲宽度、频率和幅度。

02 不同波形SCS的应用

1.1传统SCS

传统的 SCS，也称为强直或低频刺激，采用连续的低频 (< 100 Hz) 波，可造成适当幅度的感觉异常。幅度和脉冲宽度调整可以精确控制神经的纤维数量，从而定义治疗窗口。

40  Hz至 60 Hz 之间的脉冲频率通常用于诱发疼痛区域的感觉异常。传统 SCS如图 2 所示。

1.2高频SCS（HFS）

HFS的范围通常为 1 至 10 kHz，最新的研究将其范围缩小至 5-10 kHz 。HFS 采用短时、低幅度脉冲来预防脊髓后柱产生持续的动作电位，并最大限度地减少患者的感觉异常。图 3 描绘了 HFS的波形。

1.3爆发SCS

爆发SCS 是一种使用高频刺激的创新方法，最初由 DeRidder 提出。它涉及一个爆发阶段，提供5个 40 Hz 脉冲爆发，每个爆发持续 1 ms，并以 1 ms 脉冲间隔分隔，爆发内频率为 500 Hz。该方法通过改变皮质神经元活动和背角通路来提供镇痛而不诱导感觉异常（图4）。

1.4闭环SCS

闭环脊髓电刺激 (CL-SCS) 是一种通过持续监测背柱神经纤维并调整诱发复合动作电位的幅度以维持最佳治疗范围来自主调节刺激的系统。

1.5DTM SCS

Vallejo 等人开发的差分靶向多重 (DTM) SCS 专注于调节神经胶质细胞。DTM-SCS 利用具有不同频率、幅度和脉冲宽度的多路复用电信号。它涉及协调一个基本信号与四个主要信号，每个信号具有不同的刺激频率和脉冲宽度，共同作用以实现主观疼痛缓解的预期治疗效果，如图 5 所示。

1.6高脉宽或高密度SCS

H-PW/H-DS SCS通过增加频率或脉冲持续时间，增强刺激能量，在单位时间内向脊柱组织提供更高的电荷。这会在脊柱组织中产生更多的热能，提高电敏感性并优化配置，有可能作为顽固性疼痛的替代策略提供卓越的疼痛缓解效果。

1.7PSP SCS

PSP SCS 是一种采用金字塔方法的 SCS 技术，利用三种时间模式：“脉冲模式”、“序列”和“剂量”。脉冲模式层具有均匀、重复的刺激周期，而训练层则在应重复脉冲模式时进行调节。剂量层控制脉冲模式和训练层的开启和关闭周期。定制每一层可以实现不同的作用机制，以减轻个体患者的个性化疼痛。

展望与小结

总之，不同的SCS波形及其在慢性疼痛治疗中的应用，使得不同的患者群体受益于不同的波形，这可能是由于不同患者不同的疼痛状况和个体差异。

值得注意的是，其中一些波形的确切作用机制仍在研究中。未来的研究应进一步致力于阐明这些波形的作用机制，并继续比较不同的波形，以了解它们在解决各种疼痛状况方面的相对功效。

参考文献：

Chitneni A, Jain E, Sahni S, Mavrocordatos P, Abd-Elsayed A. Spinal Cord Stimulation Waveforms for the Treatment of Chronic Pain.Curr Pain Headache Rep. Published online April 12, 2024.