导读：慢性疼痛影响着全世界超30%的人，是全球导致残疾的主要原因之一。慢性疼痛情况复杂且难治，药物治疗往往“束手无策”，以脊髓电刺激为代表的神经调控技术由此备受关注。
脊髓电刺激（SCS）作为国际上公认的治疗慢性疼痛（尤其疑难神经病理性疼痛）的有效手段，在过去几十年中取得了长足发展，临床领域中的应用也日益广泛。文献数据显示，美国每年约植入50,000个脊髓刺激器。而在技术方面，“闭环”“高频”等正成为SCS发展的关键词。
脊髓电刺激最常用于神经病理性疼痛（NP）治疗。NP是慢性疼痛的一种亚型，包括三叉神经痛、带状疱疹后神经痛等慢痛，在一般人群中的患病率为3.3%～17.9%，发病率为8.2/1000人年数。我国医院的一项横断面研究显示，16%的患者具有神经病理性疼痛。
慢性疼痛患者群体中，NP患者通常有更高的痛感与更低的生活质量。最近发表的一项英国NP流行病学调查显示（图1），NP患者的疼痛强度中位数为5分，非NP患者的不到3分（视觉模拟量表评估），造成这种结果的原因之一可能是NP治疗更困难。研究表明，NP通常对阿片类药物没有反应，45%的患者至少需要两种药物才能充分镇痛。药物治疗还面临着副作用大、容易成瘾等问题。
图1 NP与非NP患者最疼痛部位的疼痛强度（箱线图）与疼痛频率（点位图）
NP患者对有效镇痛的迫切需求与治疗现状，推动临床向多模式、多手段的治疗方向发展。其中，脊髓电刺激具有精准、可调节、有效镇痛的优势，在难治性NP的管理中占据着重要地位。
脊髓电刺激的起源归功于Melzack等在1965年提出的“闸门控制理论”，其认为脊髓存在控制疼痛信号传达到大脑的通路。通过在脊髓上放置刺激电极，可以激活疼痛抑制纤维并阻断传递通道，使大脑无法接收到疼痛信号，从而达到镇痛目的。
随着1967年Shealy博士首次将SCS应用于临床，SCS的适应证不断扩大，临床研究也逐渐增多。Kemler等人的一项研究显示，复杂性局部疼痛综合征患者在意向治疗6个月时，接受SCS治疗的患者视觉模拟量表平均减少3.6分，而接受物理治疗的患者增加了0.2分。在另外两项随机对照试验中（痛性糖尿病周围神经病变），60%的SCS组患者在治疗6个月时达到了充分镇痛，而药物治疗组只有5%~7%。
脊髓电刺激已成为难治性NP的有效替代疗法，并带来更好的成本效益。慢性疼痛由于过度消耗医疗资源，每年给美国社会造成的损失高达6350亿美元。而在加拿大的一项研究中，使用SCS治疗慢性疼痛，每获得一个质量调整生命年（QALY）的成本为9,293–11,216加元，更具成本效益的概率为75%~95%，与慢痛常规医疗管理相比，其提供了最优的经济路径。
早期的脊髓电刺激使用低频率（40至60Hz）、高强度（高于患者感觉阀值）的电脉冲信号，易导致患者感觉异常、感染等问题。近年来，SCS技术向设备小型化、手术标准化等方向发展，尤其是高频10kHz (HF10)、诱发复合动作电位（ECAPs）等创新波形的部署，优化了波形传输和疼痛调节治疗窗口，使脊髓电刺激更具精确性和有效性。
高频SCS疗法提供高频率（10 kHz）、低幅度的电刺激脉冲，不会让患者出现感觉异常，在治疗背痛、腿痛等方面优于传统的SCS。在2015年发表的一项多中心随机对照试验中，高频SCS使腰椎术后综合征患者的背部疼痛强度降低了67%，优于传统SCS组的44%，而且这种下降趋势持续了24个月。
诱发复合动作电位（ECAPs）是SCS的最新研究进展。既往的SCS以开环的方式植入，一般不根据患者日常活动中电极位置的变化进行刺激参数调整，导致刺激过多或不足。而ECAP为SCS提供了闭环的思路，可根据患者各种姿势和身体功能变化，自动、实时进行脊髓激活的客观测量和参数调整，使患者在日常活动中保持恰当刺激，稳定治疗效果。
2020年，柳叶刀发布的一项研究显示，与开环脊髓电刺激相比，使用ECAP的闭环刺激可在长达12个月内提供更显著更具临床意义的疼痛缓解。预示基于ECAP的闭环SCS将是治疗慢性疼痛的新方向。
现有SCS研究多集中在电极位置对于 ECAP 的影响，2021年，我国《生物医学工程学杂志》发表一项创新研究（图2），中科院电工研究所张广浩等人建立了SCS同步记录ECAP的仿真模型，根据仿真结果分析刺激强度、ECAP 波形与脊髓背侧柱（DC）纤维兴奋程度之间的关系。
该研究的仿真结果表明，ECAP中不同的波谷对应着不同直径的感觉纤维，由波谷位置和幅值可以判断 DC 纤维兴奋程度。不超过10% DC纤维兴奋时的ECAP波谷对应着大直径感觉纤维，20%及以上DC纤维兴奋时出现慢传导的波谷，对应着小直径感觉纤维，且DC纤维兴奋程度越高，波谷幅值越大，但大直径纤维对应的波谷幅值保持不变。
这项研究结果为闭环SCS未来的临床应用提供了重要依据。目前，慢性疼痛创新器械和智能综合解决方案提供商——新云医疗，与中科院电工研究所共建脊髓刺激器工程实验室，以临床需求为导向，研制了国内首款闭环有源植入式SCS系统，通过使用ECAP技术，提供精确、持续优化的治疗效果，并采用独创的抗耐受技术，有效克服人体对刺激的耐受。在我国神经刺激设备95%以上依赖进口的现状下，通过合作构建关键技术、工程制造和临床应用三大技术体系，未来有望逐步打破国外企业的技术垄断。
脊髓电刺激技术发展快速，无创化、普及化将是重要趋势，相信该技术的应用未来会成为神经病理性疼痛治疗不可或缺的部分，患者所遭受的疼痛与残疾也将进一步得到缓解。
参考资料：
1.张广浩,张丞,吴昌哲等.脊髓电刺激诱发复合动作电位仿真研究[J].生物医学工程学杂志,2021,38(02):232-240.
2.Epidemiology of neuropathic pain: an analysis of prevalence and associated factors in UK Biobank.
3.Advances in Pain Medicine: a Review of New Technologies.
Long-term safety and efficacy of closed-loop spinal cord stimulation to treat chronic 4.back and leg pain (Evoke): a double-blind, randomised, controlled trial.
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