非侵入性超声调控疼痛回路的研究报告
作者及发表信息
本研究由 Thomas S. Riis（美国犹他大学生物医学工程系）、Daniel A. Feldman（犹他大学放射学系）、Adam J. Losser（犹他大学生物医学工程系）、Akiko Okifuji（犹他大学麻醉学系疼痛医学部）及通讯作者 Jan Kubanek（犹他大学生物医学工程系）共同完成，发表于 Pain 期刊 2024 年第 165 卷第 2829–2839 页。
学术背景
研究领域与背景
慢性疼痛（chronic pain）影响着全球 20%–30% 的人口，且多数患者对传统药物治疗反应不佳，甚至伴随抑郁、自杀风险升高。既往研究表明，大脑边缘系统的 前扣带回皮层（anterior cingulate cortex, ACC） 是疼痛情感成分（aversive component）的关键枢纽，手术干预（如扣带回切开术或深部脑刺激）可缓解症状，但侵入性操作限制了其广泛应用。
研究目标
本研究旨在开发一种 非侵入性靶向调控 ACC 的技术，利用 低强度经颅聚焦超声（low-intensity transcranial-focused ultrasound, FUS），评估其对慢性疼痛患者的快速、持久缓解效果。
研究方法与流程
1. 试验设计
研究采用 随机交叉对照试验（randomized crossover trial），纳入 23 名慢性疼痛患者，分为 主动超声刺激组 和 假刺激组（sham stimulation）。每组患者接受 40 分钟干预，并随访 7 天。
2. 参与者
- 纳入标准：18–65 岁，疼痛持续 ≥3 个月，中度至重度疼痛（NRS 评分 ≥3）。
- 排除标准：严重脑损伤、近期接受过脑刺激治疗（如经颅磁刺激）或 MRI 禁忌症。
- 样本特征：60% 为女性，平均年龄 46.6 岁，疼痛病因多样（纤维肌痛、神经病变等）。
3. 干预方法
超声设备与靶向
- 设备：采用 相位阵列换能器（phased array transducers），通过 MRI 引导定位 ACC 的 8 个子区域（如 subgenual ACC 和 pregenual ACC）。
- 参数：超声强度 1 MPa（机械指数 1.2），脉冲持续时间 30 毫秒，间歇 0.7 秒。
- 创新技术：通过 相对透颅校正（relative through-transmit skull correction） 补偿颅骨对超声的衰减，确保靶向精度。
假刺激对照
假刺激组仅提供听觉掩蔽（auditory masking），模拟超声操作声音，但无实际超声输出。
4. 评估指标
- 主要终点：24 小时平均疼痛强度（BPI 量表）的变化。
- 次要终点：PROMIS 疼痛强度、抑郁及焦虑评分，以及即时疼痛缓解（NRS 评分）。
- 安全性：记录不良事件及副作用。
5. 数据分析
- 统计方法：重复测量方差分析（ANOVA）比较组间差异，Wilcoxon 符号秩检验评估临床显著性。
- 功能 MRI（fMRI）验证：在部分患者中通过 fMRI 检测 ACC 靶区神经活动变化。
主要结果
1. 疼痛缓解效果
- 即时效果：主动超声组疼痛评分降低 60.0%（假刺激组 14.4%），75% 患者达到临床显著缓解（≥33% 疼痛减轻）。
- 持久性：治疗后第 1 天和第 7 天，疼痛分别减轻 43.0% 和 33.0%（假刺激组仅 12.3% 和 6.6%）。
- PROMIS 评分：主动组疼痛强度显著降低（平均减少 5.68 分，p=0.0014）。
2. 靶区验证（fMRI）
- ACC 子区调控：超声可选择性抑制 subgenual ACC 或激活 anterior midcingulate cortex（AMCC），验证了靶向特异性。
- 神经环路效应：AMCC 调控伴随背内侧前额叶皮层（dorsal medial prefrontal cortex）活动变化。
3. 安全性
无严重不良事件报告，副作用（如头痛、头晕）均为轻度且 24 小时内缓解。
结论与意义
科学价值
- 非侵入性突破：首次证明 FUS 可精准调控深部脑区（ACC），为慢性疼痛治疗提供新范式。
- 机制阐释：揭示了超声对神经可塑性（neuroplasticity）及胶质细胞（glia）的调控作用。
应用前景
- 替代手术：避免深部脑刺激（DBS）或扣带回切开术的侵入性风险。
- 药物替代潜力：减少阿片类药物依赖及系统性副作用。
研究亮点
- 技术创新：开发了首个可测量并补偿颅骨衰减的超声相位阵列设备。
- 临床转化：单次干预即可实现长达 7 天的疼痛缓解。
- 多模态验证：结合 fMRI 证实了靶区特异性调控。
其他价值
研究为超声神经调控（ultrasonic neuromodulation）在抑郁症、帕金森病等领域的应用提供了技术参考。