基于CES睡眠治疗仪参数设置的影响分析＊

黄冬来，张 婵，张 科

（湘潭医卫职业技术学院，湖南 湘潭 411102）

1 研究背景

随着中国市场经济改革的不断纵深推进，国民生活节奏的日益加快，工作压力、情感困惑等因素困扰着越来越多的人群，患有睡眠障碍和睡眠疾病的人群数量也在逐年递增。这些人的临床表现为植物神经功能紊乱、脑力疲劳、精神易兴奋，严重影响着正常的工作和学习。经颅微电流刺激疗法（CES）作为一种治疗焦虑、抑郁和失眠等的非创伤性、非药物疗法，是利用电极片经人体颅骨颞部向脑区直接导入特制的仿生物电流作用技术。特制的仿生物电流对患者的大脑进行微电流刺激，激发大脑分泌释放出调节个体情绪与认知的各种神经介质，促进神经递质的分泌，降低大脑皮质兴奋性，诱导人体产生生理性睡眠，已达到改善患者睡眠效果和质量的目的。通过对经颅睡眠治疗仪产品的研究，优化产品设计和输出参数，保证输出参数的准确性，确保产品质量，是实现患者最佳治疗效果的重要前提。

2 脑电信号的特征

大脑是人体的一个重要器官，它控制着人的思维意识和认知行为，是一个非常复杂、自组织的非线性系统。脑电信号是大脑皮层上的电位变化信号，是人体机能活动的反映，脑电信号是一种高度复杂的电生理信号[1]，具有以下特性。

微弱和易干扰性。脑电信号非常微弱，信号幅值为µV级，波形变化节律复杂。使用传感器对脑电信号进行采集时，也极易受到人体，如心电信号、肌电信号等其他生理信号，外界电气设备的电磁信号、手机通信信号的影响。

频率低和变化区间窄。受人的意识思维和行为影响，脑电信号的频率变化范围介于0.3～50 Hz之间，属于低频率窄变信号。

非线性和非平稳性。脑电信号作为人体大脑对外界感知和信息处理的集中反映，信号波形会因为人体自身生理和外部影响因素的变化而变化。同时大脑的自我调节与适应能力，使脑电信号更为复杂多变，具有非线性、非稳定性的特点。

随机性和个体差异性。大脑是人体控制系统的神经中枢，控制和协调着人体各器官的生理活动。脑电信号受个体的年龄、性别、身体状况、精神状态、情绪变化、健康状态及外界等因素的影响，呈现出明显的个体差异性、信号变化的随机性。

3 经颅微电流刺激治疗的机制分析

经颅微电流刺激疗法采用特制波形的低频脉冲电流作用于大脑时，能够激发人体体液中的电解质产生电解作用，生成正、负离子，正、负离子在电场的作用下有序移动。电荷的有序运动和电荷量值的变化，使其组织内发生理化反应，刺激神经的兴奋性，促进血液循环和代谢功能，刺激神经、肌肉节律性收缩，抑止痛觉向中枢传递，对舒缓紧张情绪具有积极促进作用[1]，具体表现为如下。

调节神经细胞的兴奋度。细胞是人体的基本组成单位，人体的所有生理功能和生化反应是细胞对外界刺激所发生的兴奋反应。经颅微电流刺激疗法将产生的仿生刺激电流经患者耳垂导入大脑，能够有效提高大脑血清素、去甲肾上腺素和多巴胺水平，调节大脑细胞的兴奋程度，改善生理信号，达到放松心情、愉悦情绪、身体松弛的效果。

镇痛，舒缓紧张情绪。身体不适、疼痛是造成睡眠质量下降、失眠的原因之一。分析关于镇痛的皮层干扰、掩盖效应、内源性吗啡样物质释放等多项研究学说理念，对人体施加适当的电刺激可以干扰神经、掩盖病变带来的疼痛，对减轻患者疼痛，舒缓紧张情绪，促使身体松弛有积极的作用效果[2]。

促进血液循环，舒缓身体机能。经颅睡眠治疗仪产生的低频刺激电流经刺激电极作用于耳垂时，头部表层组织细胞兴奋，释放出组织胺，毛细血管扩张。刺激电流作用于大脑组织时，释放出乙酰胆碱，促使脑内组织血管扩张，增加血流通量，缓解脑区压力，舒缓身体机能。

研究显示，脑电波形中含有多种频率的波形，按频率高低依次为：β波（13～30 Hz）、α波（8～13 Hz）、θ波（4～8 Hz）、δ波（0～4 Hz）。其中β波在人体亢奋、大脑皮层兴奋状态时出现；α波在人体清醒、安静、闭目养神的时候出现，是大脑皮层处于清醒、安静状态时电活动的主要表现形式；θ波在人体感觉困倦时出现；δ波在人体大脑有器质性病变、深度麻醉或缺氧状态下出现。现阶段市场中出现的基于微电流刺激睡眠治疗产品所选用的输出波形主要为α波，并诱导大脑产生α波，并抑制亢奋的β波，促使患者的情绪和身体快速进入静默、放松状态。实验表明，一中度失眠患者使用CES治疗20 min后，前后对比患者脑脊液和血浆中的5-羟色胺含量，分别增加了148%和36%，β-内啡肽分别增加219%和98%。对比患者脑电图波形，经过0.5 Hz的CES治疗过程后，其脑区的α波信号频率活动显著增加，而δ和θ波显著降低，试验者的疼痛和焦虑得到缓解。

4 CES治疗应用时的影响因素分析

CES经颅微电流刺激疗法的作用机制是由专用设备产生特制的微量脉冲电流，经导联作用于贴合在人体脑颅部特定部位的电极片，电极间的电流流经大脑、脑干、丘脑等脑区。利用电流的诱导效应改善脑电波形，调节患者脑部神经元的兴奋性和神经递质的分泌，有效控制患者焦虑、抑郁情绪，舒缓大脑紧张，促使大脑松弛、身体放松、心情舒快。查阅相关文献，CES在治疗抑郁、焦虑、失眠等多项病症中已经得到了广泛应用，也获得了缓解病症的治疗效果。

4.1 电刺激部位的影响

根据CES治疗仪的作用机理，装置作用电极可以放置于患者的眼部、头部两侧太阳穴、脑颅两侧颞骨及耳垂等部位，而影响刺激治疗效果的因素主要是人体电阻。人体的主要组成成分是水，水的质量约占人体总质量的70%，水使身体成为电解质导体。人体并非纯电阻导体，而是由电阻与电容组成的阻抗，其电阻值主要由最外层表皮的角质层形成的皮肤电阻和体内组织、血液、骨骼等所形成的体内电阻2部分组成。使用万用表欧姆档对正常成年人两耳垂间进行电阻检测，电阻值约为2～3 MΩ；水湿润耳垂后，电阻值降为1 MΩ左右；采用导电膏涂抹后，阻值又降为100～400 kΩ左右[3]。老年人因皮肤干涩，电阻值偏大，而且同类人群中因个体的差异、测量条件、测量时段、测量年龄段及个体的健康状况等因素的不同，其电阻值也有较大差别[2]。

电刺激睡眠治疗仪在使用时考虑到头部皮质和头发等因素影响，将作用电极设计为电极夹形式作用于头部两侧耳垂，使用导电膏，降低接触电阻和人体皮肤电阻对刺激效果的影响。通过电流传导直接刺激主管心理及情绪活动的大脑、下丘脑、边缘系统及网状结构系统，电极夹设计利于固定和患者操作，且作用效果较其他部位更为有效。

4.2 刺激电极的影响

CES治疗时通过左右2个电极夹作用于两耳耳垂，刺激电流在患者颅脑内形成一个稳定、持续、有效的作用电场。同时电极片的多次重复使用，其电极表面也因为汗渍、灰尘、极片氧化及电极夹的夹持力度等影响，造成电极片与耳垂之间的接触电阻并非恒定值。

根据患者的实际需求，正确选择刺激电极类型和规格也是非常必要的。依据导电面积与人体阻抗的反比关系，电极片接触面积越大，则接触阻抗值越小。同时电极片与人体肌肤间的接触力度，皮肤的种类和潮湿程度等均可影响接触阻抗值的变化。CES刺激电极片通常采用对人体无毒无害的硅橡胶电极，电极片的规格为0.1～2.5 cm2。电极片接触处阻抗值的变化在治疗仪输出电流一定的情况下，则有可能造成治疗仪的电压输出值超高，所以治疗仪需要增设仪器电压输出限高保护。同时为保证治疗的效果，患者使用设备时除了做到电极片使用前后正确保养，也须做到电极片定期更换，保证装置作用电流恒定，输出电流波形不随外界干扰因素的变化而变化。

4.3 刺激电流强度的影响

CES是利用电流直接作用于人体大脑，根据人体平均感知电流5～10 mA可知，经颅微电流刺激仪的输出最大电流值一般设定为1 mA。患者在使用CES设备时，刺激电流从零值开始，逐步调高，当患者刺激耳垂处感觉有轻微跳动时，此时的仪器输出电流值为患者经颅刺激的最佳电流值。该值的大小因人而异，受使用者年龄、性别、身体健康状况等限制，同时也会随患者的注意力集中度、外界温湿度条件等因素的变化而变化[4]。

4.4 刺激电流变化频率的影响

相关研究表明，电流变化频率处在30～100 Hz时对人体造成的伤亡比例最大，该频段接近于次声波，次声波与生物体的基本作用表现为生物共振。由于人体的各器官存在一定的固有频率，如头部为8～12 Hz，胸腔为4～6 Hz，腹腔为6～9 Hz等，数值接近于次声波频率区间[5]。当外界刺激电流作用于人体时，将引起人体组织器官生物共振反应，出现生理异常、不适，甚至死亡。

通过对CES治疗仪临床测定，规避人体头部固有频率，选择0～1 kHz刺激电流频率参数调整时发现，电流频率为0.5 Hz和100 Hz时，导致人体α脑电波的平均频率减少，抑制大脑兴奋的效果较其他频率明显，其中100 Hz较0.5 Hz的作用效果更为明显，作用后的脑电波波形变得更为平滑[4]。

4.5 刺激波形变化的影响

经颅微电流刺激治疗仪所产生的电流波形为仿生刺激波形，常用波形有方波、三角波、锯齿波、正弦波、组合波形等。迄今为止，5类波形针对睡眠障碍治疗的应用研究表明，并无明显的影响差异，相关文献对基于经颅微电流刺激波形变化适合治疗不同病症的特征尚无定论。而对于同一序列CES刺激波形而言，不同刺激电流参数的治疗效果是有差异的，其中刺激电流峰值幅度、波形重复频率、刺激作用时间等参数影响最为明显。对于同一个体而言，方波的感知电流阈值大于正弦波的感知电流阈值，正弦波的感知电流阈值又大于三角波的感知电流阈值，其他受试者的实验数据具有相同的规律。作用波形的有效值和人体感知电流阈值的对应关系：方波的有效值最大，人体的方波感知电流阈值也最大；正弦波的有效值次之，三角波的有效值最小。虽然市面上出现了多款CES产品，产品的输出波形也变化多样，均优先选用了单相正弦波序列波形。

4.6 刺激时间长短的影响

根据失眠患者的实际需求，当前市面上的治疗仪器设定的每次治疗时长一般为0.5～1 h，疗程在3周以内。相关研究表明，微电流刺激治疗时间的长短对治疗效果的影响不大。采用CES技术对神经损伤引起的疼痛治疗，10例试验患者接受了1 h/d，连续15 d的治疗，结果显示CES刺激治疗在神经损伤所引起的疼痛得到了有效缓解，并在一定程度上神经功能得到了恢复。但因长时间电刺激治疗在一定程度上对身体机能存在麻痹作用，所以患者使用CES治疗后，需要原位静养观察10～15 min，防止治疗后突然起身出现头晕、眩目、摔倒。

同时，使用CES和其他治疗技术相结合，如药物治疗、配合心理疗法等治疗病症，由于CES的智能化、小型化、有效性等优势，可使其他治疗技术和药物的见效时间加快、剂量减少和降低药物依赖的程度。

5 结语

针对CES技术的应用疗效，目前虽有积极的研究，但临床应用尚无大规模展开。CES技术在精神类疾病的治疗领域仍然存在一些争议，但不可否认的是，与药物疗法相比，CES疗法在治疗焦虑症、抑郁症、失眠症、儿童多动症、缓解疾病疼痛等方面疗效确切，不良反应轻微可控。

对于担心药物副作用而不敢轻易使用药物的疾病患者而言，CES技术在治疗方式上提供了新的思路，有助患者减少药物的使用和对治疗药物的依赖，让患者有机会选择更安全、有效的技术手段得到治疗。同时对CES技术的深入研究，积极结合科技新技术和新手段，推广远程诊疗，形成更加科学、有效的CES治疗技术方案，并针对个体差异，形成个性化的CES技术治疗方案，相信CES技术在未来会有更广阔的发展前景。