基于CES睡眠治療儀參數設置的影響分析＊

黃冬來，張 嬋，張 科

（湘潭醫衛職業技術學院，湖南 湘潭 411102）

1 研究背景

隨著中國市場經濟改革的不斷縱深推進，國民生活節奏的日益加快，工作壓力、情感困惑等因素困擾著越來越多的人群，患有睡眠障礙和睡眠疾病的人群數量也在逐年遞增。這些人的臨床表現為植物神經功能紊亂、腦力疲勞、精神易興奮，嚴重影響著正常的工作和學習。經顱微電流刺激療法（CES）作為一種治療焦慮、抑郁和失眠等的非創傷性、非藥物療法，是利用電極片經人體顱骨顳部向腦區直接導入特制的仿生物電流作用技術。特制的仿生物電流對患者的大腦進行微電流刺激，激發大腦分泌釋放出調節個體情緒與認知的各種神經介質，促進神經遞質的分泌，降低大腦皮質興奮性，誘導人體產生生理性睡眠，已達到改善患者睡眠效果和質量的目的。通過對經顱睡眠治療儀產品的研究，優化產品設計和輸出參數，保證輸出參數的準確性，確保產品質量，是實現患者最佳治療效果的重要前提。

2 腦電信號的特征

大腦是人體的一個重要器官，它控制著人的思維意識和認知行為，是一個非常復雜、自組織的非線性系統。腦電信號是大腦皮層上的電位變化信號，是人體機能活動的反映，腦電信號是一種高度復雜的電生理信號[1]，具有以下特性。

微弱和易干擾性。腦電信號非常微弱，信號幅值為μV級，波形變化節律復雜。使用傳感器對腦電信號進行采集時，也極易受到人體，如心電信號、肌電信號等其他生理信號，外界電氣設備的電磁信號、手機通信信號的影響。

頻率低和變化區間窄。受人的意識思維和行為影響，腦電信號的頻率變化范圍介于0.3～50 Hz之間，屬于低頻率窄變信號。

非線性和非平穩性。腦電信號作為人體大腦對外界感知和信息處理的集中反映，信號波形會因為人體自身生理和外部影響因素的變化而變化。同時大腦的自我調節與適應能力，使腦電信號更為復雜多變，具有非線性、非穩定性的特點。

隨機性和個體差異性。大腦是人體控制系統的神經中樞，控制和協調著人體各器官的生理活動。腦電信號受個體的年齡、性別、身體狀況、精神狀態、情緒變化、健康狀態及外界等因素的影響，呈現出明顯的個體差異性、信號變化的隨機性。

3 經顱微電流刺激治療的機制分析

經顱微電流刺激療法采用特制波形的低頻脈沖電流作用于大腦時，能夠激發人體體液中的電解質產生電解作用，生成正、負離子，正、負離子在電場的作用下有序移動。電荷的有序運動和電荷量值的變化，使其組織內發生理化反應，刺激神經的興奮性，促進血液循環和代謝功能，刺激神經、肌肉節律性收縮，抑止痛覺向中樞傳遞，對舒緩緊張情緒具有積極促進作用[1]，具體表現為如下。

調節神經細胞的興奮度。細胞是人體的基本組成單位，人體的所有生理功能和生化反應是細胞對外界刺激所發生的興奮反應。經顱微電流刺激療法將產生的仿生刺激電流經患者耳垂導入大腦，能夠有效提高大腦血清素、去甲腎上腺素和多巴胺水平，調節大腦細胞的興奮程度，改善生理信號，達到放松心情、愉悅情緒、身體松弛的效果。

鎮痛，舒緩緊張情緒。身體不適、疼痛是造成睡眠質量下降、失眠的原因之一。分析關于鎮痛的皮層干擾、掩蓋效應、內源性嗎啡樣物質釋放等多項研究學說理念，對人體施加適當的電刺激可以干擾神經、掩蓋病變帶來的疼痛，對減輕患者疼痛，舒緩緊張情緒，促使身體松弛有積極的作用效果[2]。

促進血液循環，舒緩身體機能。經顱睡眠治療儀產生的低頻刺激電流經刺激電極作用于耳垂時，頭部表層組織細胞興奮，釋放出組織胺，毛細血管擴張。刺激電流作用于大腦組織時，釋放出乙酰膽堿，促使腦內組織血管擴張，增加血流通量，緩解腦區壓力，舒緩身體機能。

研究顯示，腦電波形中含有多種頻率的波形，按頻率高低依次為：β波（13～30 Hz）、α波（8～13 Hz）、θ波（4～8 Hz）、δ波（0～4 Hz）。其中β波在人體亢奮、大腦皮層興奮狀態時出現；α波在人體清醒、安靜、閉目養神的時候出現，是大腦皮層處于清醒、安靜狀態時電活動的主要表現形式；θ波在人體感覺困倦時出現；δ波在人體大腦有器質性病變、深度麻醉或缺氧狀態下出現。現階段市場中出現的基于微電流刺激睡眠治療產品所選用的輸出波形主要為α波，并誘導大腦產生α波，并抑制亢奮的β波，促使患者的情緒和身體快速進入靜默、放松狀態。實驗表明，一中度失眠患者使用CES治療20 min后，前后對比患者腦脊液和血漿中的5-羥色胺含量，分別增加了148%和36%，β-內啡肽分別增加219%和98%。對比患者腦電圖波形，經過0.5 Hz的CES治療過程后，其腦區的α波信號頻率活動顯著增加，而δ和θ波顯著降低，試驗者的疼痛和焦慮得到緩解。

4 CES治療應用時的影響因素分析

CES經顱微電流刺激療法的作用機制是由專用設備產生特制的微量脈沖電流，經導聯作用于貼合在人體腦顱部特定部位的電極片，電極間的電流流經大腦、腦干、丘腦等腦區。利用電流的誘導效應改善腦電波形，調節患者腦部神經元的興奮性和神經遞質的分泌，有效控制患者焦慮、抑郁情緒，舒緩大腦緊張，促使大腦松弛、身體放松、心情舒快。查閱相關文獻，CES在治療抑郁、焦慮、失眠等多項病癥中已經得到了廣泛應用，也獲得了緩解病癥的治療效果。

4.1 電刺激部位的影響

根據CES治療儀的作用機理，裝置作用電極可以放置于患者的眼部、頭部兩側太陽穴、腦顱兩側顳骨及耳垂等部位，而影響刺激治療效果的因素主要是人體電阻。人體的主要組成成分是水，水的質量約占人體總質量的70%，水使身體成為電解質導體。人體并非純電阻導體，而是由電阻與電容組成的阻抗，其電阻值主要由最外層表皮的角質層形成的皮膚電阻和體內組織、血液、骨骼等所形成的體內電阻2部分組成。使用萬用表歐姆檔對正常成年人兩耳垂間進行電阻檢測，電阻值約為2～3 MΩ；水濕潤耳垂后，電阻值降為1 MΩ左右；采用導電膏涂抹后，阻值又降為100～400 kΩ左右[3]。老年人因皮膚干澀，電阻值偏大，而且同類人群中因個體的差異、測量條件、測量時段、測量年齡段及個體的健康狀況等因素的不同，其電阻值也有較大差別[2]。

電刺激睡眠治療儀在使用時考慮到頭部皮質和頭發等因素影響，將作用電極設計為電極夾形式作用于頭部兩側耳垂，使用導電膏，降低接觸電阻和人體皮膚電阻對刺激效果的影響。通過電流傳導直接刺激主管心理及情緒活動的大腦、下丘腦、邊緣系統及網狀結構系統，電極夾設計利于固定和患者操作，且作用效果較其他部位更為有效。

4.2 刺激電極的影響

CES治療時通過左右2個電極夾作用于兩耳耳垂，刺激電流在患者顱腦內形成一個穩定、持續、有效的作用電場。同時電極片的多次重復使用，其電極表面也因為汗漬、灰塵、極片氧化及電極夾的夾持力度等影響，造成電極片與耳垂之間的接觸電阻并非恒定值。

根據患者的實際需求，正確選擇刺激電極類型和規格也是非常必要的。依據導電面積與人體阻抗的反比關系，電極片接觸面積越大，則接觸阻抗值越小。同時電極片與人體肌膚間的接觸力度，皮膚的種類和潮濕程度等均可影響接觸阻抗值的變化。CES刺激電極片通常采用對人體無毒無害的硅橡膠電極，電極片的規格為0.1～2.5 cm2。電極片接觸處阻抗值的變化在治療儀輸出電流一定的情況下，則有可能造成治療儀的電壓輸出值超高，所以治療儀需要增設儀器電壓輸出限高保護。同時為保證治療的效果，患者使用設備時除了做到電極片使用前后正確保養，也須做到電極片定期更換，保證裝置作用電流恒定，輸出電流波形不隨外界干擾因素的變化而變化。

4.3 刺激電流強度的影響

CES是利用電流直接作用于人體大腦，根據人體平均感知電流5～10 mA可知，經顱微電流刺激儀的輸出最大電流值一般設定為1 mA。患者在使用CES設備時，刺激電流從零值開始，逐步調高，當患者刺激耳垂處感覺有輕微跳動時，此時的儀器輸出電流值為患者經顱刺激的最佳電流值。該值的大小因人而異，受使用者年齡、性別、身體健康狀況等限制，同時也會隨患者的注意力集中度、外界溫濕度條件等因素的變化而變化[4]。

4.4 刺激電流變化頻率的影響

相關研究表明，電流變化頻率處在30～100 Hz時對人體造成的傷亡比例最大，該頻段接近于次聲波，次聲波與生物體的基本作用表現為生物共振。由于人體的各器官存在一定的固有頻率，如頭部為8～12 Hz，胸腔為4～6 Hz，腹腔為6～9 Hz等，數值接近于次聲波頻率區間[5]。當外界刺激電流作用于人體時，將引起人體組織器官生物共振反應，出現生理異常、不適，甚至死亡。

通過對CES治療儀臨床測定，規避人體頭部固有頻率，選擇0～1 kHz刺激電流頻率參數調整時發現，電流頻率為0.5 Hz和100 Hz時，導致人體α腦電波的平均頻率減少，抑制大腦興奮的效果較其他頻率明顯，其中100 Hz較0.5 Hz的作用效果更為明顯，作用后的腦電波波形變得更為平滑[4]。

4.5 刺激波形變化的影響

經顱微電流刺激治療儀所產生的電流波形為仿生刺激波形，常用波形有方波、三角波、鋸齒波、正弦波、組合波形等。迄今為止，5類波形針對睡眠障礙治療的應用研究表明，并無明顯的影響差異，相關文獻對基于經顱微電流刺激波形變化適合治療不同病癥的特征尚無定論。而對于同一序列CES刺激波形而言，不同刺激電流參數的治療效果是有差異的，其中刺激電流峰值幅度、波形重復頻率、刺激作用時間等參數影響最為明顯。對于同一個體而言，方波的感知電流閾值大于正弦波的感知電流閾值，正弦波的感知電流閾值又大于三角波的感知電流閾值，其他受試者的實驗數據具有相同的規律。作用波形的有效值和人體感知電流閾值的對應關系：方波的有效值最大，人體的方波感知電流閾值也最大；正弦波的有效值次之，三角波的有效值最小。雖然市面上出現了多款CES產品，產品的輸出波形也變化多樣，均優先選用了單相正弦波序列波形。

4.6 刺激時間長短的影響

根據失眠患者的實際需求，當前市面上的治療儀器設定的每次治療時長一般為0.5～1 h，療程在3周以內。相關研究表明，微電流刺激治療時間的長短對治療效果的影響不大。采用CES技術對神經損傷引起的疼痛治療，10例試驗患者接受了1 h/d，連續15 d的治療，結果顯示CES刺激治療在神經損傷所引起的疼痛得到了有效緩解，并在一定程度上神經功能得到了恢復。但因長時間電刺激治療在一定程度上對身體機能存在麻痹作用，所以患者使用CES治療后，需要原位靜養觀察10～15 min，防止治療后突然起身出現頭暈、眩目、摔倒。

同時，使用CES和其他治療技術相結合，如藥物治療、配合心理療法等治療病癥，由于CES的智能化、小型化、有效性等優勢，可使其他治療技術和藥物的見效時間加快、劑量減少和降低藥物依賴的程度。

5 結語

針對CES技術的應用療效，目前雖有積極的研究，但臨床應用尚無大規模展開。CES技術在精神類疾病的治療領域仍然存在一些爭議，但不可否認的是，與藥物療法相比，CES療法在治療焦慮癥、抑郁癥、失眠癥、兒童多動癥、緩解疾病疼痛等方面療效確切，不良反應輕微可控。

對于擔心藥物副作用而不敢輕易使用藥物的疾病患者而言，CES技術在治療方式上提供了新的思路，有助患者減少藥物的使用和對治療藥物的依賴，讓患者有機會選擇更安全、有效的技術手段得到治療。同時對CES技術的深入研究，積極結合科技新技術和新手段，推廣遠程診療，形成更加科學、有效的CES治療技術方案，并針對個體差異，形成個性化的CES技術治療方案，相信CES技術在未來會有更廣闊的發展前景。