经济阻断脊髓电刺激：基于Leadfield的Pareto优化电极布局提升局部性

目的：本研究探讨了经济阻断脊髓电刺激（transcutaneous interferential spinal cord stimulation, tISCS）的可行性，这是一种新型非侵入性神经调制方法，利用时序干扰增强脊髓电刺激的局部性和舒适性。核心研究问题是tISCS能否在减少对皮肤和肌肉组织不必要刺激的同时实现对脊髓电路的精准激活，而这些都是传统经济阻断脊髓电刺激（tSCS）的常见局限性。方法：开发了下Thorax区域的有限元模型，用于模拟各种皮肤电极布局的电场分布。为解决与高分辨率建模和电极布局优化相关的计算瓶颈，我们实施了基于leadfield的Pareto优化策略，以识别在脊髓中最大化电场而在非靶向组织中最小化电场的电极配置。将tISCS布局与tSCS布局进行比较，结果显示，优化后的tISCS配置相对于tSCS将皮肤电场强度降低了20倍以上。脊髓到皮肤电场比率至少提高了10倍，表明局部性显著提升。tISCS的注入电流效率可用于在保持皮肤暴露水平低于tSCS水平的前提下，将脊髓电场提高至少5倍。结论：tISCS实现了相对于tSCS更深入、更具选择性的脊髓刺激，显著减少了非靶向效应。这项工作首次展示了tISCS的可行性。基于leadfield引导的Pareto优化为电极布局选择提供了高效基础，为未来的实验应用奠定了基础。