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第43卷第7期 刘习杰，谭云华. ROAST软件定量分析tDCS治疗过程中电极位置误差影响［J］.
2023年7月 南京医科大学学报（自然科学版），2023，43（07）：995-1003 ·997 ·

数值求解，仅需输入单行命令即可选择患者的模型 204 265 204 225 225 265
数据和所需治疗的电极位置，以及临床治疗的电流 Center of pad Center of pad
Center of pad
剂量，实现颅内电场的数值计算。
ROAST3.0 为最新版本，可从 www.parralab.org
网站下载安装文件。ROAST 提供两种体素空间坐
标，允许将电极放置在头皮任意指定位置；这一功 Voxel：204，225，265
能为本文研究电极位置偏移，量化分析治疗靶区电 204 253 204 217 217 253
场强度提供很大的便捷。 Point P in GM Point P in GM
Point P in GM
1.2 tDCS电极放置
tDCS 是通过头皮上 1 对或多对电极间的弱直
流电，无创伤地刺激大脑皮层的兴奋性。tDCS 的
刺激过程，神经活动受其电场环境变化导致突触连 Voxel：200，220，252
204 248 204 217 217 248
接的持续增强或减弱，会短暂形成一种突触可塑性
现象。 Point Q in GM Point Q in GM Point Q in GM
神经元上的调控刺激极性强弱，根本上是由颅
内电场空间分布决定，与神经元所在空间位置相
关。如果对颅内电场分布进行数值求解，可以量化
分析治疗靶区的电场强度是否变化，再对比依据
［9］
Antal等 和Francis等 ［10］ 研究给出的有效刺激阈值， GM：灰质。
从中检查 tDCS 治疗有效性出现问题时的原因是否 图 2 在 MRI 影像标记 F4 电极中心点以及 P 点和 Q 点位
置，Voxel坐标
为颅内电场低于经验阈值0.3 V/m，或是能高于以往
Figure 2 The center of F4 electrode and the location of
观察得出的经验值。这有助于深入理解 tDCS 治疗 points P and Q marked on MRI images，and
的有效性。
Voxel coordinates
本文以 tDCS 治疗抑郁为例，运用 ROAST 数值
计算电极位置偏移后头颅内电场的分布结果，讨论 郁症状会得到改善。出于同样的原因，Herrera⁃
［3］
电极位置偏移对背外侧前额叶皮层（dorsolateral Melendez 等 选择的 tDCS 治疗方案是在左 DLPFC
prefrontal cortex，DLPFC）治疗靶区电场的影响。数 和右 DLPFC 进行刺激，即 F3~F4 。阳极位于左
［3］
值计算时设定电极形状，可选圆盘和矩形电极；施加 DLPFC 和阴极置于右 DLPFC。本文抑郁治疗的电
电极电流取 2 mA 或 4 mA。抑郁治疗电极放在左 极放置位置亦是依据此选择。
DLPFC 和右 DLPFC 的正上方。取 DLPFC 表面 Q 点 电极的位置关系到tDCS治疗剂量优化，也关联
和DLPFC 深部P点两点作为代表进行对比参照，展 到治疗效果，本文重点以单个电极的位置误差为例
示 P 和 Q 点电场强度在不同电极位置偏移的差异。 做量化对比分析，虽然临床中常发生 F3 和 F4 位置
Q 点在 VOXEL 坐标（200，220，245），P 点在 VOXEL 同时变化，但会造成组合量过多，徒增仿真计算工
坐标（200，220，252）（图2）。 作量，故仅以F4位置改变进行说明；相对正确的F4
位置，本文仅讨论 32 种误差位置。通过仿真，本文
2 结 果
给出了 32 种位置误差将分别造成颅内电场剂量波
2.1 tDCS电极位置偏移对颅内电场的影响 动变化。当电场剂量减少时，颅内DLPFC靶区会出
tDCS 治疗疾病有对应的目标靶区，而此靶区 现小于有效电场剂量的情况，因此有可能出现tDCS
可通过观察研究 fMRI 和 MRI 影像发现并确定。 临床疗效不好。
Pandya 等 ［11］ 指出抑郁的大脑皮层在前额叶皮层区 2.2 电极放置物理位置偏移的表示
［3］
域异常，在fMRI和MRI影像中观察到该区域经常伴 tDCS 治疗抑郁，电极放在 F3~F4 。本文上节
随新陈代谢减少和血流灌注不足。DLPFC 区域皮 提到，治疗过程中设定阳极放在F3的位置正确且不
层功能是输入和输出关联的桥梁皮层。Boggio等 ［12］ 变，仅放在F4位置的阴极会发生安装误差。将无偏
和 Taylor 等 ［13］ 均认为通过刺激大脑的这一区域，抑 差的 F4 位置称为正确位，以正确位为起点，电极假