经颅磁场刺激（TMS）综述

孙洪江1范淑环2

孙洪江1范淑环2

（1吉林省中医药科学院130000；2一汽总医院130000）

21世纪是脑科学世纪，认识脑，保护脑，创造脑是现代科学中的重大课题，本项目涉及到人类健康第一杀手的脑血管疾病的治疗与康复。经颅磁场刺激是神经科学中科研，诊断，治疗的新技术，能够无创无痛直接刺激大脑皮质，调节大脑皮质的兴奋性，可塑性，促使大脑皮质和刺激回路的神经元发生生理生化和细胞结构的修复性改变，达到大脑神经功能康复的目的。

TMS技术的刺激参数包括：刺激部位，刺激强度，刺激时间，间歇时间，刺激频率，刺激模式，6个主要参数的排列组合能模拟大脑神经网络的信息编码模式，要达到刺激效果，必须对神经解剖生理，神经调节机理，神经损伤修复原理有深刻理解，必须熟练掌握肌电图诱发电位技术，经颅磁刺激技术，康复治疗技术，康复评定技术。

神经功能成像技术的应用在飞速发展。脑科学研究领域出现了四大技术。1是正电子发射断层扫描PET技术，由计算机建立与能量代谢有关的大脑功能图像。2是功能性磁共振成像技术fMRI，射频信号与血红蛋白的含氧量有关，因此能对不同脑区的活动给出非常灵敏的测量。3是脑磁图MEG，利用低温超导的高灵敏度传感器检测磁场来给大脑功能区定位。具有很高的时间分辨率和空间分辨率。4是经颅磁场刺激TMS技术，利用电磁感应原理，颅外的磁场通过颅骨在颅内感应出电流，无损无痛的刺激大脑局部神经，通过观察刺激的效果来给刺激区功能定位。最重要的是TMS不仅是大脑功能检测定位的诊断设备而且是调节大脑功能的治疗设备。脑神经刺激是一门专业技术，包括术中大脑电刺激、迷走神经刺激、大脑深部刺激、小脑电刺激、经颅电刺激和电休克等，这些都要进行麻醉或手术。唯一只有TMS能在觉醒状态、无损无痛的刺激大脑局部、‘直接引发或干扰神经功能。大脑是一个神经网络，各个脑功能区区既有分工又有协作，TMS可以直接研究神经网络功能活动的因果关系。TMS主要工作机理为，1由刺激引发清晰的生理反应如肌肉收缩：2把刺激作为虚拟损伤，干扰大脑正在进行的活动：3双向调节神经的兴奋性，引起神经内分泌、神经免疫机制的变化发挥长效治疗作用。TMS在脑神经功能方面的研究和临床多学科的应用是一个新的热点，TMS将为人类实现对大脑生理活动的人为调控、对大脑疾病的诊断及治疗提供新的手段。

TMS发展史和原理

1780年，意大利生物学家Galvani发现刺激青蛙的脊髓神经可引起大腿肌肉收缩，创立了生物电的概念。

1831年，英国的化学家Faraday阐明了电磁感应现象，通电导体周围存在磁场，变化的磁场又可以使l临近的导体产生感应电流。

1874年，美国的Bartholow在脑手术中直接用电刺激大脑运动区引起对侧肢体抽动。

1896年，法国的生物学家Arsonval自制的线圈可以套在头上，然后接上llOV的电压，通过30安培的电流，发生了光幻觉现象。现在可以解释为磁场刺激兴奋了视网膜

1938年，Cerletti首先采用了电休克疗法(ECT)，60多年过去了，ECT还是治疗抑郁症的重要手段。然而电休克疗法太痛，需要麻醉，可能损伤大脑记忆。

1965年Bickford用40毫秒的脉冲电流通过线圈证明磁场刺激可以兴奋面神经

1980年Merton用高电压经颅刺激大脑皮质，引出运动诱发电位。电刺激经过颅骨和头皮的高电阻会产生疼痛和灼伤.限制了临床应用。

1982年，Polson制作磁场刺激器可以可以兴奋外周神经，首次记录到肌肉收缩的诱发电位。

1986年，英国Sheffield大学的Barker成功的研制出第一台经颅磁场刺激器可以在颅外直接刺激运动皮质引发身体对侧手的运动”1。从此翻开了经颅磁刺激的历史篇章。

1987年，英国MAGNETIC生产了第一台磁场刺激器，并获得了生产许可证。早期的磁场刺激器为单脉冲式.由手动开关控制刺激输出，是一种非连续、非节律性的刺激。磁场刺激线圈为圆形，主要用于运动诱发电位和中枢运动神经传导时间的电生理研究和临床应用。

1988年，美国Cadwell实验室首次试验成功重复经颅磁场刺激器(rTME)。使磁场刺激的作用更深更强更持久。

1992年美国Cadwell公司向市场推出重复经颅磁刺激器(TMS)，实现了连续性、持续性的刺激，现在最高频率可达到lOOHz。

TMS的原理是在一组高压大容量的电容上充电，用电子开关向磁场刺激线圈放电，在0.2毫秒内流过数千安培的脉冲电流，瞬时功率达到几十兆瓦，线圈产生的脉冲磁场峰值可达l--2T，(特斯拉，相当于1.5TMRI的恒定磁场，地球磁场的4万倍)强大的瞬变磁场可毫无损耗的穿过颅骨，根据电磁感应原理，在线圈下颅内大脑皮质会产生反向感应电流。刺激局部大脑神经细胞去极化引起，兴奋和抑制，产生的一系列生理生化反应。

目前TMS共有三种主要的刺激模式：单脉冲TMS(sTMS)、双脉冲TMS(pTMS)，以及重复性TMS(rTMS)。sTME由手动控制脉冲输出，也可以触发多个刺激，刺激间隔较长，节律较差，只需要一个刺激器。多用于常规电生理检查。TMS可以在同一个刺激部位连续给予两个不同强度的刺激，或者在两个不同的部位同时或分别给予刺激，需要两个刺激器联合使用(又称作doublecoilTMS，dTMS)多用于研究神经的兴奋性、易化和抑制作用。TME以lltz为标准，分为高频和低频TMS。需要特殊的设备在同一个刺激部位给出慢节律低频(低于1Hz)TMS或快节律高频(高于1Hz)TMS。慢刺激模式引起皮层的抑制，快刺激模式则引起兴奋。广泛应用于科研和治疗。为了提高磁场刺激的聚焦精度和深度，出现了8字形、蝴蝶形线圈、H一线圈、多导线圈和全头形线圈。最常用的是圆形和8字形线圈，圆形线圈穿透较深、刺激面积大，刺激效应不局限。8字形的线圈空间聚焦性较好。刺激运动皮层的空间分辨率可以达到0.5-i厘米，它的穿透性较弱，只能达到脑内3厘米的深度”。计算机技术、三维立体成像定位技术、正电子发射断层扫描(PET)功能性磁共振(fMRI)和多导脑电图与TMS互相结合和融合，TM5刺激大脑的过程和结果在这些设备上显示，可以发现很多TMS作用原理和效果。使TMS成为唯一无痛无损刺激大脑，具有确定大脑活动和行为之间因果关系的大脑功能定位的一种方法。TMS操作方便，安全无损，重复性好，同时具有诊断和治疗价值，TMS众多的独特的优越性提高了TMS的应用深度和广度[1]。

中风的发病率高，虽然存活率有所提高，但绝大多数病人有不同程度的难治性肌痉挛。严重影响患者的日常生活。如何有效治疗中风后肌痉挛，对改善病人的预后和生活质量，减少护理，提高康复水平具有极为重要的意义。

过去研究肌痉挛的机理表明：上运动神经元损害导致拮抗肌运动神经元交替性抑制减弱，γ运动神经元失去锥体外系的抑制而过度兴奋，脊髓牵张反射亢进而引起肌张力异常增高发生肌痉挛[2]。

过去治疗肌痉挛的方法一般是针灸按摩、夹板支架、电刺激拮抗肌、肉毒素注射、手术切除背根神经等对症治疗，疗效较差，有些还有明显副作用[3]。

肌痉挛的中枢损伤机理和脊髓反射机理那一种最重要？中枢和脊髓功能的调制那种对治疗肌痉挛最有效？目前没有明确答案[4]。

经颅磁刺激（TMS）是近年来出现的无创性刺激大脑皮质的新技术，通过不同的强度、频率、频度、刺激部位、刺激模式使刺激部位的中枢神经产生长时程增强(LTP)或长时程抑制(LTD)效应，对神经功能产生双向调节的可塑性变化。因此我们推测经颅磁刺激技术刺激皮质和外周脊神经对皮质运动功能恢复重建、促进脊髓反射的调节功能可塑性改变对肌痉挛可能有较好的治疗作用[5]。

由于中风主要是大脑皮质受损而导致脊髓反射功能失调，因此我们推测促进大脑皮质运动功能恢复是治本。促进脊髓反射平衡和交互抑制是治标，也可以标本同治[6]。

经颅磁刺激对中枢和外周功能性磁刺激的新方法为研究肌痉挛的机理和治疗开辟了新的途径，经颅磁刺激是近年来国内外神经科学研究的重要方法和热点，但对中风后肌痉挛的原理和治疗的研究极为少见，国内未见报道。我们想从中枢和脊髓两个部位进一步研究肌痉挛的具体机制[7-8]。特别是经颅磁刺激技术在中风后遗症、肌痉挛的治疗方法上有所创新。为攻克肌痉挛提供客观的科学的实验和理论依据，开创一种新的安全有效的治疗方法。该课题将造福广大中风患者，提高他们的生活质量，减少家庭和社会负担有广阔的社会效益和经济效益。

TMS用于中风评定和治疗中风是中、老年人常见的急性脑血管病，其特点是发病率高、死亡率高、致残率高、并发症多等特点。据统计，我国约有600万人患中风。对中风的早期诊断、及时治疗至关重要。

TMS技术是通过一个与头皮成切线以头顶为中心的铜线圈释放一个强大的电流脉冲,此线圈下最大磁场在脑中产生一个电流。由于磁场经过头皮及头颅骨基本上没有衰减,能对脑产生足够的刺激。磁刺激皮层运动区可以直接兴奋大脑皮质运动中枢,也可以兴奋皮质脊髓束,经颅磁刺激产生的运动诱发电位可以反应整个运动神经传导通路的结构和功能完整性,磁刺激皮层运动区可兴奋从大脑皮质到骨骼肌的整个运动系统。TMS的强化作用对运动传导通路有促通作用,能促进突触生成、侧枝再生及皮层功能重组,从而达到对运动功能的康复目的。在我国脑血管病是常见病、多发病,也是致残的重要原因。TMS技术是一种全新的、无痛、无创、操作快捷、方便的神经电磁生理学技术。

在我们先前的研究中,通过比较TMS治疗前后的Fug-lMeyer运动功能评分、肌力已证实TMS作为一种治疗手段,可有效地帮助脑卒中患者恢复运动功能，本研究在此基础上进一步探索了TMS在临床的应用。

统计结果表明经康复治疗及TMS治疗后患侧上肢肌力、肌张力两组治疗后均有明显改善，差异具有显著性意义。其中对患侧肱二头肌肌张力改善明显，疗效优于对照组，可能对后期上肢机能的改善更为有利。治疗组ADL评分改善明显，于治疗后第一周即有显著改善，差异具有显著性意义。

本研究中无一例患者出现脑出血、癫痫发作或病情加重现象。以往的TMS技术仅用于神经科疾病的诊断、病情判断及预后评估，国内外尚未见TMS技术应用于脑卒中运动功能康复的报道。我们通过大量的临床疗效观察证实,在遵循应用经颅磁刺激康复治疗各安全参数及严格选择适应证的原则下,TMS康复运动功能疗效肯定,而且安全,无明显副作用。TMS治疗可提高患者的生活质量,为其家庭和社会减轻了负担,且此康复手段易于掌握及推广应用。在实践中总结了一套比较完整的临床应用规律和经验,为有高致残率的脑梗死的康复开辟了新的前景。

TMS治疗能降低患肢的肌张力，提高患者的肌力、运动功能、日常生活活动能力,可作为脑梗死患者运动功能康复的治疗手段。运动皮层磁刺激法无痛无创,操作简便,很少引起不适感,不会造成交叉感染,没有明显的副作用,使用安全,疗效明显,值得临床推广应用。哈佛大学博士Pascual展望未来说：TMS使抑郁症不翼而飞，改善帕金森病的慌张步态、可帮助精分症、强迫症、狂噪症控制他们的行为。磁刺激可暂时兴奋或干扰大脑的功能，象变压器在颅内引出电流参与大脑活动。象遥控器选台一样方便研究不同的大脑功能区。选择不同的点、给予适当的强度和频率刺激不同的功能区引出不同的效果。将来你可以想象花十几美元走进TMS俱乐部，享受磁刺激快感中枢的乐趣、考试前、求职前、讲演前接受磁刺激的帮助、增强记忆和表达能力。在运动会前、钢琴大赛前用磁场营养大脑、战胜紧张和疲劳让你超水平发挥。大脑还有很多未开垦的处女地，磁刺激可充分挖掘你的潜能。磁场能改变大脑。磁场刺激是新世纪神经科学的曙光。

经颅磁刺激（TMS）是一种无创的、非侵人体的外源性刺激，可通过测定兴奋后静止期（SP）、运动诱发电位（MEP）、中枢传到时间（CCT）值来测定中风患者的功能恢复情况，且可对中风患者的康复起辅助治疗作用,[10]。孙毅⑾等观察经颅磁刺激引起的运动抑制效应-肌肉静息的改变并探讨用其评价中枢性瘫痪的可能性，结果表明轻度偏瘫的脑卒中患者常伴有SP延长，因而SP可作为研究和评价中风患者运动功能损伤的一项神经电生理指标。池登科[12]等探讨重复经颅磁刺激在脑卒中后运动功能康复中的应用，结果显示rTMS康复运动功能疗效肯定，提高脑卒中病人的生活质量。钮竹[13]等研究经颅磁刺激对运动传导通路的易化作用及其在脑卒中运动功能康复中的作用，结果发现脑卒中急性期进行经颅磁刺激治疗，可明显缩短CMCT，有利于运动功能的恢复。胡树罡[14]等探讨弱经颅磁刺激治疗面肌痉挛的治疗效果，结果表明弱经颅磁刺激治疗面肌痉挛有较好的疗效。刘宁僵[15]等观察低频经颅磁刺激对头颈部肌张力障碍患者的治疗效果，结果认为低频rTMS有助于缓解颈部肌张力障碍患者的症状。金鑫[16]等探讨经颅磁刺激在促进脑梗塞运动功能障碍康复中的作用，结果显示TMS康复运动功能疗效肯定，且其康复疗效受年龄影响，尽早TMS治疗有益于患者的康复。

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