Sécurité de la stimulation cérébrale non invasive avec implants
Des recherches examinent les risques de la stimulation non invasive chez les patients avec des implants cérébraux.
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Table des matières
Les troubles cérébraux comme les AVC, l'épilepsie, la maladie de Parkinson et la maladie d'Alzheimer, avec des problèmes de santé mentale comme la schizophrénie et la dépression, posent de gros défis à la société. Souvent, ces conditions n'ont pas de traitements efficaces. Ces dernières années, pas mal de recherches se sont concentrées sur des moyens d'améliorer les traitements pour améliorer la vie des personnes touchées.
Stimulation Cérébrale Non-Invasive
Un domaine prometteur de recherche, c'est la stimulation cérébrale non-invasive (NIBS). Cette technique a montré son potentiel pour traiter diverses conditions où les médicaments traditionnels pourraient ne pas fonctionner. L'avantage clé de la NIBS, c'est qu'elle a généralement moins d'effets secondaires et ne nécessite pas de chirurgie. Quand elle est soigneusement ajustée pour chaque patient, la NIBS peut offrir une option de traitement sécurisée.
Types de Stimulation Cérébrale Non-Invasive
Il y a deux principales techniques de NIBS :
Stimulation Électrique Transcrânienne (tES) : Cette méthode utilise de petits courants électriques appliqués au cuir chevelu. Ça inclut des techniques comme la stimulation transcrânienne à courant direct (tDCS) et la stimulation transcrânienne à courant alternatif (tACS). Ces techniques peuvent changer l'activité des neurones dans le cerveau.
Stimulation Magnétique Transcrânienne (TMS) : Cette technique utilise des champs magnétiques pour induire des courants dans le cerveau. Elle est utilisée depuis 1985 et s'est révélée efficace pour plusieurs troubles neurologiques, y compris la dépression, la maladie de Parkinson, et d'autres.
Problèmes de Sécurité avec la Stimulation Cérébrale Non-Invasive
À mesure que la NIBS devient plus populaire dans la recherche et le traitement, il est important de considérer la sécurité de ces méthodes, surtout pour les patients avec des implants comme les dispositifs de Stimulation Cérébrale Profonde (DBS). Utiliser la NIBS sur des patients avec des implants soulève des préoccupations concernant la sécurité. Les recommandations conseillent généralement la prudence et suggèrent souvent d'éviter la NIBS dans ces cas en raison des risques de complications.
Recherches sur la Sécurité
Peu d'études se sont penchées sur la sécurité de la combinaison de tES avec DBS ou d'autres implants. Certaines études initiales ont suggéré que le tDCS pouvait être utilisé sans danger chez les patients avec DBS pour traiter des conditions spécifiques, mais ces études avaient très peu de participants et ne fournissaient pas de données complètes. Il faut plus de recherches approfondies pour établir des directives de sécurité claires.
Résultats Actuels
La recherche sur la TMS montre des résultats mitigés concernant sa sécurité avec les implants DBS. Certaines études n'ont trouvé aucun risque significatif, tandis que d'autres ont signalé des problèmes potentiels. D'autres investigations sont nécessaires pour mieux comprendre la sécurité de la TMS et de la NIBS avec des implants.
Mécanismes de la NIBS
Champs Électriques et Courant Induit
Les techniques de NIBS modifient les champs électriques dans le cerveau, ce qui peut influencer le fonctionnement des neurones. Ça peut aider à modifier l'activité cérébrale d'une manière souhaitée. L'efficacité de la NIBS dépend des champs électriques créés et de la façon dont ils interagissent avec le tissu neural.
Facteurs Affectant la NIBS
Plusieurs facteurs jouent un rôle dans l'efficacité et la sécurité de ces techniques de stimulation :
Conception et Placement des Électrodes : La forme et la position des électrodes peuvent avoir un impact significatif sur la distribution des champs électriques dans le cerveau.
Paramètres de Stimulation : Les réglages utilisés pendant la stimulation, comme la force et la durée du courant, peuvent également influencer les effets et la sécurité.
Problèmes Potentiels avec les Implants
Quand on utilise la NIBS sur des patients avec des implants, plusieurs problèmes peuvent survenir :
Renforcement des Champs Localisés : La présence d'implants métalliques peut créer des champs électriques plus forts autour d'eux, ce qui pourrait entraîner une stimulation indésirable dans le cerveau.
Couplage capacitif : Ça se produit quand les champs électriques affectent les conducteurs (fils) qui se connectent à l'implant. Ça peut involontairement introduire des courants ayant des effets similaires à ceux recherchés avec la NIBS.
Chauffage : Les courants électriques produits peuvent aussi entraîner une augmentation des températures dans le tissu cérébral, ce qui pourrait être une préoccupation de sécurité.
Axes de l'Étude
Cette recherche se concentre sur la compréhension de la sécurité de l'application de tES chez les patients avec des implants actifs (comme DBS) et passifs (comme des stents). Elle examine les risques possibles et comment ces techniques pourraient être adaptées pour assurer la sécurité des patients.
Objectifs de l'Étude
- Identifier et explorer les préoccupations liées à l'application de tES en présence d'implants.
- Établir des recommandations pour des conditions d'exposition sécurisées pendant le tES.
- Identifier les domaines nécessitant plus de recherches.
Évaluation des Facteurs de Sécurité
Différentes préoccupations ont été évaluées concernant l'application de tES chez les patients avec des implants :
Renforcements de Champ
La recherche examine comment les renforcements de champ se produisent près des structures métalliques. Ça implique d'évaluer comment la conception et la géométrie des implants contribuent à ces effets.
Mesures d'Impédance
Comprendre les propriétés électriques des implants et leur comportement en réponse à la stimulation est crucial. Les mesures aident à déterminer comment les implants interagissent avec les champs électriques produits durant le tES.
Effets Capacitaires
L'influence du couplage capacitif sur les fils connectés aux implants est aussi évaluée pour s'assurer que ces effets ne créent pas de conditions dangereuses.
Résultats et Conclusions
Renforcements de Champ Observés
Des renforcements de champ ont été observés autour des implants métalliques, indiquant que la présence de tels implants peut entraîner des champs électriques locaux augmentés qui peuvent causer une stimulation indésirable du cerveau.
Analyse d'Impédance
Les mesures ont montré différents niveaux d'impédance entre les contacts d'implant. Ces montants indiquent comment les courants circulent à travers les implants et le tissu environnant, ce qui pourrait affecter la sécurité.
Effets de Couplage Capacitif
L'étude a identifié des facteurs de couplage capacitif qui pourraient introduire des courants indésirables dans le cerveau, soulignant la nécessité de prudence lors de l'application de tES chez des patients avec des implants.
Conclusion
L'étude apporte des informations précieuses concernant la sécurité de tES chez les patients avec des implants actifs et passifs. Elle met en lumière les facteurs clés qui influencent l'application des techniques de stimulation cérébrale non-invasive et souligne la nécessité de recherches continues pour établir des directives de sécurité fiables. Alors que les techniques de NIBS évoluent, comprendre ces facteurs aidera à garantir le traitement sûr des patients avec des besoins médicaux complexes.
Recommandations
- Surveillance Soignée : Les patients avec implants doivent être soigneusement surveillés si la NIBS est utilisée.
- Approches Personnalisées : Les traitements devraient être adaptés aux besoins et aux conditions individuelles.
- Futurs Recherches : Plus d'études sont nécessaires pour améliorer la compréhension actuelle et renforcer la sécurité de ces techniques.
En mettant l'accent sur la sécurité et l'efficacité, on peut aider à ouvrir la voie à de meilleurs traitements pour les troubles cérébraux tout en minimisant les risques.
Titre: Safety of Non-invasive Brain Stimulation in Patients with Implants: A Computational Study
Résumé: ObjectiveNon-invasive brain stimulation (NIBS) methodologies, such as transcranial electric (tES) and magnetic stimulation are increasingly employed for therapeutic, diagnostic, or research purposes. The concurrent presence of active or passive implants can pose safety risks, affect the NIBS delivery, or generate confounding signals. A systematic investigation is required to understand the interaction mechanisms, quantify exposure, assess safety, and establish guidance for NIBS applications. ApproachWe used measurements, simplified generic, and detailed anatomical modeling to: (i) systematically analyze exposure conditions with passive and active implants, considering local field enhancement, exposure dosimetry, tissue heating and neuromodulation, capacitive lead current injection, low-impedance pathways between electrode contacts, and insulation damage; (ii) identify safety metrics and efficient prediction strategies; (iii) quantify these metrics in relevant exposure cases and (iv) identify worst case conditions. Various aspects including implant design, positioning, scar tissue formation, anisotropy, and frequency were investigated. ResultsAt typical tES frequencies, local enhancement of dosimetric exposure quantities can reach up to one order of magnitude for DBS and SEEG implants (more for elongated passive implants), potentially resulting in unwanted neuromodulation that can confound results but is still 2-3 orders of magnitude lower than active DBS. Under worst-case conditions, capacitive current injection in the lead of active implants can produce local exposures of similar magnitude as the passive field enhancement, while capacitive pathways between contacts are negligible. Above 10 kHz, applied current magnitudes increase, necessitating consideration of tissue heating. Furthermore, capacitive effects become more prominent, leading to current injection that can reach DBS-like levels. Adverse effects from abandoned/damaged leads in direct electrode vicinity cannot be excluded. SignificanceSafety related concerns of tES application in the presence of implants are systematically identified and explored, resulting in specific and quantitative guidance and establishing a basis for safety standards. Furthermore, several methods for reducing risks are suggested.
Auteurs: Fariba Karimi, A. M. Cassara', M. Capstick, N. Kuster, E. Neufeld
Dernière mise à jour: 2024-04-25 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.19.590046
Source PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.19.590046.full.pdf
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
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