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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 電機資訊學院
  3. 生醫電子與資訊學研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/101009
標題: 非侵入式閉迴路超音波系統於大鼠癲癇發作之抑制效果評估
Evaluation of the Suppressive Effects of a Non-Invasive Closed-Loop Ultrasound System on Rodent Epileptic Seizure Activity
作者: 阮唯紘
Wei-Hong Ruan
指導教授: 陳志宏
Jyh-Horng Chen
共同指導教授: 劉浩澧
Hao-Li Liu
關鍵字: 閉迴路,聚焦式超音波癲癇腦電訊號功能性磁振造影
Closed Loop,Focus UltrasoundEpilpesyElectroencephalographyFunctional Magnetic Resonance Imaging
出版年 : 2025
學位: 碩士
摘要: 癲癇是一種神經系統疾病,特徵為大腦神經元的異常同步放電。部分病患無法以傳統抗癲癇藥物進行治療,需使用替代療法,如反應式神經刺激、迷走神經刺激、深部腦刺激、經顱磁刺激、經顱直流電刺激等,而這些療法多屬侵入式。近年,聚焦式超音波(Focus Ultrasound, FUS) 作為一種非侵入式,且被認為具有神經調控潛力。故本研究基於腦電訊號(Electroencephalography, EEG) 回饋,開發一套閉迴路(Closed-Loop) 超音波系統,並使用EEG, 功能性磁振造影(functional MRI),及組織切片等多模態評估方式,以驗證癲癇的抑制效果及系統的可行性。
本研究建構一癲癇大鼠模型,並採用閉迴路與開放迴路兩種模式,結合不同機械指數(0.25 MI 與0.75 MI),對視丘進行超音波治療。EEG 結果顯示,0.25 MI下閉迴路模式在後期具有較佳的抑制效果;0.75 MI 雖在中期表現良好,惟後期癲癇尖波略有上升。fMRI 分析顯示,開放迴路組BOLD 訊號於第40 分鐘下降,但隨後回升,顯示其抑制效果有限。區域分析發現,視丘與海馬迴呈現明顯調控反應,後扣帶皮質與初級聽覺皮質則變化不明顯。功能性連結分析顯示,癲癇發作後腦區連結性上升,經開放迴路治療後下降,其中0.25 MI 效果優於0.75 MI。雖視丘與其他腦區的連結未達統計顯著,0.25 MI 仍展現出明確的抑制趨勢。組織切片分析顯示,癲癇發作後c-Fos 表現上升,反映神經過度活化,經閉迴路治療可恢復至接近對照組,具神經抑制效果。GAD65/67 表現則於癲癇後下降,顯示抑制性神經元功能受損,閉迴路刺激後回升,維持抑制網路穩定性。結果驗證閉迴路聚焦式超音波具神經調控潛力。
綜合三個評估方式結果,基於EEG 的閉迴路fcFUS 系統在抑制癲癇發作、穩定神經網絡與維持神經功能方面展現潛力,尤以低機械指數(0.25 MI)表現最穩定。惟0.25 與0.75 MI 間差異仍需更大樣本與長期研究佐證。整體結果支持閉迴路聚焦式超音波為具發展潛力的癲癇干預工具,未來可望實現即時監控與個體化刺激的精準神經調控應用。
Epilepsy is a neurological disorder characterized by abnormal synchronous neuronal discharges. While various neuromodulatory therapies such as RNS, VNS, DBS, TMS, and tDCS have shown efficacy, most are invasive. Focused ultrasound (FUS) offers a non-invasive alternative with neuromodulatory potential. This study developed a closed-loop FUS system driven by electroencephalography (EEG) feedback and evaluated its efficacy using EEG, functional MRI (fMRI), and histological analysis in a rat epilepsy model.
Closed-loop and open-loop stimulation modes were applied to the thalamus using two acoustic pressures (0.25 MI and 0.75 MI). EEG results showed that 0.25 MI under closed-loop conditions provided better seizure suppression in the later phase. fMRI analysis indicated limited effects in the open-loop group, with transient BOLD signal reduction. Regional and connectivity analyses revealed modulation in the thalamus and hippocampus, with 0.25 MI showing more consistent inhibitory trends. Histology showed that closed-loop stimulation reduced seizure-induced c-Fos expression and restored GAD65/67 levels, suggesting reduced neuronal hyperactivity and preserved inhibitory function.
Overall, the EEG-based closed-loop FUS system demonstrated potential in seizure suppression and network stabilization, especially under low acoustic pressure. These findings support its development as a precise and non-invasive neuromodulation strategy for epilepsy.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/101009
DOI: 10.6342/NTU202504492
全文授權: 同意授權(全球公開)
電子全文公開日期: 2025-11-27
顯示於系所單位:生醫電子與資訊學研究所

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