syvä transkraniaalinen magneettistimulaatio: parannettu Kelan suunnittelu ja indusoitujen kenttien arviointi käyttäen mida-mallia

Abstrakti

syvien aivorakenteiden stimulointi transkraniaalisella magneettistimulaatiolla (TMS) on menetelmä aivojen syvien neuronien aktivoimiseksi, ja siitä voi olla hyötyä psykiatristen ja neurologisten häiriöiden hoidossa. Jotta voitaisiin numeerisesti tutkia mahdollisuutta syvempään aivostimulaatioon (virtahepokampukseen, tumakkeeseen ja pikkuaivoihin yltävät sähkökentät), mallinnettiin ja tutkittiin kaksoiskartiokäämiä ja Halokäämiä (HDA) käyttäviä yhdistettyjä TMS-käämejä. Numeeriset simulaatiot tehtiin käyttäen MIDA: Uusi multimodaalinen kuvantamiseen perustuva yksityiskohtainen anatominen malli ihmisen pään ja kaulan. Magneettivuon tiheyden ja sähkökentän 3D-jakaumat laskettiin. Kunkin Sähkökentän amplitudille altistuvan kudoksen tilavuusprosentti, joka on vähintään 50% aivokuoren E: n enimmäisamplitudista, laskettiin Sähkökentän leviämisen kvantifioimiseksi (V50). Tulokset osoittavat, että vain HDA-Kela voi levittää sähkökenttiä hippokampukseen, Tuma accumbeneihin ja pikkuaivoihin, joiden V50 on vastaavasti 0,04%, 1,21% ja 6,2%.

1. Johdanto

transkraniaalinen magneettistimulaatio (TMS) on noninvasiivinen ja kivuton menetelmä aivojen hermosolujen aktivoimiseksi, ja sitä voidaan käyttää korkeampien aivotoimintojen tutkimiseen sekä neurologisten ja psyykkisten häiriöiden hoitoon . Useat käämit on suunniteltu stimuloimaan eri aivoalueita eri hoitoja varten (masennus ja Parkinsonin tauti), mutta Sähkökentän nopean vaimenemisen vuoksi syvällä aivoissa TMS on rajattu pinnallisiin aivokuoren kohteisiin, noin 2-3 cm syvyyteen . Viimeaikaiset tutkimukset kuitenkin osoittavat , että masennuksen hoidossa voidaan ottaa huomioon myös 3-5 cm: n syvyydessä olevat Ei-perperficial-aivoalueet sekä 6-8 cm: n syvemmät alueet .

perinteisellä TMS: llä, jossa on ympyränmuotoinen tai kahdeksan (Fo8) kelaa, ei voida saavuttaa syvien aivojen alueita, koska sähkökenttä pieneni nopeasti kudoksen syvyyden funktiona tämäntyyppisissä keloissa . Siksi tarvittiin paljon suurempia stimulaatioamplitudeja stimuloimaan syvempiä hermosolualueita. Tällaiset korkeat intensiteetit lähteissä voivat kuitenkin herättää monia turvallisuusongelmia ja voivat aiheuttaa paikallista epämukavuutta, koska hermot ja lihakset aktivoituvat suoraan päänahassa . Näiden rajoitusten kiertämiseksi kehitettiin syviin TMS-laitteisiin soveltuvia kelamalleja, kuten kaksoiskartiokela , Halokela ja H-kela. Kaksoiskartiokäämi tarjoaa syvemmän kentän tunkeutumisen, ja sitä on käytetty kohdentamaan anteriorista cingulate Cortexia transsynaptisella aktivaatiolla . Halo-kela on suunniteltu lisäämään magneettikenttää aivojen syvyydessä, kun sitä käytetään yhdessä nykyisten FO8-ja YMPYRÄKÄÄMIEN kanssa, joita tyypillisesti käytetään TMS: ssä . Kelan muotoilu on yhdistelmä kahdesta TMS-kelasta, joita käytetään enimmäkseen lisäämään Sähkökentän syväporausta: kaksoiskartiokelasta ja Halo-kelasta. Aktivaatiopaikat aivoissa liittyvät alueeseen, jossa indusoitu sähkökenttä on maksimaalinen. Nämä paikat puolestaan riippuvat kelojen sijoittelusta ja geometriasta sekä simulaatiotutkimuksissa käytettävästä pään mallista . Tms-kelojen merkityksestä ja lisääntyvästä kliinisestä käytöstä huolimatta indusoidun Sähkökentän paikkajakauman tuntemusta ei ole vielä tutkittu kattavasti . Eri teoksissa tutkittiin indusoitua Sähkökentän paikkajakaumaa kokeellisen datan tai numeeristen simulaatiopohjaisten menetelmien avulla yksinkertaistetuilla pään malleilla, kuten palloilla (eli,) tai ihmisen pään malleilla, joissa on hyvin vähän kudoksia (eli,). Äskettäin Deng et al. julkaisi kattavan tutkimuksen käyttäen pallomainen ihmisen pään malli kvantifioida Sähkökentän focality ja syvyys tunkeutumisen eri tms kelat. Kun kuitenkin otetaan huomioon ilmeinen ja merkittävä ero ihmisen aivojen geometrian ja pallomaisen muodon välillä, indusoitu Sähkökentän jakauma on erilainen näissä kahdessa mallissa. On hyvin selvää, että aivojen rakenne, resoluutio ja kudosten määrä voivat vaikuttaa Sähkökentän jakautumiseen ja maksimaaliseen sähkökenttään aivoissa, mikä voi johtaa stimulaatiopaikkojen väärään tunnistamiseen (toisin sanoen osoitti, että Sähkökentän ero voi olla suurempi kuin 100 V/m nuoren ja aikuisen ihmisen pään mallien välillä). Realistisessa pään geometriassa ja koska pään pinta on nonuniform ja vaihtelevalla kaarevuudella, tuloksena oleva sähkökenttäjakauma on paljon herkempi Kelan suuntaukselle ja asennolle . Guadagnin ym. äskettäin julkaistu laaja tutkimus tarjoaa Luonnehdinta indusoitu e jakaumia aivoissa realistisen ihmisen malli (Ella V1.3 alkaen virtuaalinen väestö sisältää 76 eri kudosten koko kehon) johtuen eri kela kokoonpanoissa. Äskettäin Iacono et al kehitti uuden multimodaalisen anatomisen mallin ihmisen kaulasta ja päästä. . Uusi korkean resoluution malli (jopa 500 µm) sisältää 153 pään ja kaulan rakennetta ja tarjoaa syvien aivokudosten yksityiskohtaisen luonnehdinnan atlas-pohjaisella segmentoinnilla, mikä tekee MIDA-mallista kehittyneimpiä anatomisten mallien kuvapohjaisia malleja.

tämän työn tavoitteena on numeeristen mallien avulla suunnitella ja tutkia yhdistettyä syväkartio-ja Halokelasuunnittelua. Aivomallin vaikutusta indusoituun sähkökenttään tutkittiin MIDA-mallilla. Uutuutena tämä paperi on seuraava: (i)malli yhdistetty syvä TMS kela koostuu Halo ja kaksinkertainen kartio kelat päästä syvä aivojen rakenteita (hippokampus, nucleus accumbens, ja pikkuaivot) ja karakterisointi aiheuttama Sähkökentän aivoissa yhdistetty kela.(ii) indusoitujen sähkökenttien Luonnehdinta MIDA-menetelmällä: yksi yksityiskohtaisimmista kuvapohjaisista anatomisista malleista, mukaan lukien simulaatioiden validointi kokeellisin tuloksin.

2. Materiaalit ja menetelmät

2.1. Simulointialusta

TMS-kelat ja ihmisen pään malli mallinnettiin kaupallisella ohjelmistopaketilla Sim4Life . Tämä on simulointialusta, jossa yhdistyvät laskennalliset ihmishaaveet fysiikan ratkaisijoihin ja kudosmalleihin. Sim4Life tarjoaa modernin ja käyttäjäystävällisen tekniikan ja sisältää huippuluokan resursseja, jotka mahdollistavat nopean ja helpon kokemuksen malligeometriaa asennettaessa. Magneettivuon tiheys ja ihmisen pään sähkökentät analysoitiin Sim4Life magneto-kvasistaattisella ratkaisijalla, mikä mahdollisti kvasistaattisten EM-järjestelmien tehokkaan mallinnuksen soveltamalla äärellistä elementtimenetelmää luokiteltuihin vokselisilmiin. Numeeriset simulaatiot perustuvat Sim4lifessa toteutettuun em-matalataajuusteoriaan. Sähkökentälle E ja magneettikentälle B, olettaen vektoripotentiaalin A ja skalaarisähköpotentiaalin, skalaaripotentiaaliyhtälö viittaa kompleksiseen permittiivisyyteen, joka määritellään seuraavasti: on sähkönjohtavuus, on sähköinen permittiivisyys ja on kulmataajuus. Ominaispituuden ja permeabiliteettiarvon osalta kvasistaattinen approksimaatioehto varmistaa , että ohminen virta häiritsee B-kenttää vain huolimattomasti ja vektoripotentiaali A vastaa magneto-staattista vektoripotentiaalia . Staattinen vektoripotentiaali voidaan sitten laskea Biot-Savartin lailla (kun on vakio koko laskennallisen verkkotunnuksen suhteen). Koska useimmilla biologisilla materiaaleilla on dielektrisiä ominaisuuksia, jotka tottelevat matalilla taajuuksilla, (1) voidaan yksinkertaistaa yhtälöön (2), joka toteutetaan magneto-kvasistaattisessa ratkaisijassa. Kaikki reunaehdot laiminlyödään nolla Neumann reunaehdot, eli katoava normaali vuo. Tällä mallilla käytetään todella arvokasta ratkaisijaa. Sähkökenttä lasketaan vain häviöllisellä () alueella, kun taas H-kenttä lasketaan kaikkialla. Siksi oletushila kattaa vain häviöllisen verkkotunnuksen.

2.2. Numeeriset Kelamallit

uusia syviä TMS-keloja suunniteltiin hiljattain yhdistettyjä keloja käyttäen. Esimerkiksi Lu ja Ueno suunnittelivat Fo8-ja Halo-keloista koostuvan yhdistetyn Kelan, jolla päästäisiin syviin aivorakenteisiin. Koska kaksoiskartiokäämiä pidetään enemmän syväkartiokääminä, Kelan rakenne on halokäämin ja kaksoiskartiokäämin yhdistelmä, joka tarjoaa syvemmän tunkeutumisen sähkökenttään aivorakenteiden sisälle. Kuvassa 1 on aikuisen ihmisen (MIDA) pään malli, jossa on Halo-kela (Kuva 1 a), kaksoiskartio-kela(Kuva 1 b), yhdistetty Halo-ja Fo8-kela (HFA) (Kuva 1 c) ja HDA-kela (Kuva 1 d). Jotta voitaisiin verrata yhdistetyn Kelan suorituskykyä aiempiin julkaistuihin TMS-keloihin, mallinnimme kaksoiskartion Kelan, jossa on kaksi vierekkäistä pyöreää käämiä, jotka on kiinnitetty 120° kulmaan 10 kierrosta, joiden sisä-ja ulkohalkaisija on 15 mm ja 40 mm, ja Halo-Kelan, jossa on 5 pyöreää käämiä 150 mm ja 138 mm, vastaavasti . Fo8-kela sijaitsee 10 mm pään pinnan yläpuolella huomioiden Kelan eristepaksuuden ja Halo-kela 97 mm pään kärkipinnan alapuolella . Simulaatiot tehtiin käyttäen 2,5 kHz: n taajuisia pulssivirtoja, jotka perustuivat kaupallisten TMS-järjestelmien käyttämään kaksivaiheiseen pulssitaajuuteen. Oletimme 100% stimulaattorin tehon vastaavan 5 kA: n sähkövirtaa keloissa . Fo8: n ja kaksoiskartion kelojen viereisissä siivissä virtaava virta kulkee vastakkaisiin suuntiin. Sähkökentän jakautumisen ja leviämisen arvioimiseksi eri aivokudoksissa (harmaa aine, valkoinen aine, talamus, hypotalamus, hippokampus, mantelitumake, nucleus accumbens, ja pikkuaivot) laskettiin kunkin kudoksen tilavuusprosentti, joka altistetaan Sähkökentän amplitudille, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin puolet aivokuoren Sähkökentän enimmäisamplitudista kullekin kelalle (V50 käytetään ). Amplitudijakauman maksimi vastaa sen 99. prosenttipistettä maksimin sijaan mahdollisten laskennallisten epätarkkuuksien huomioon ottamiseksi .

(a)

(b)

(c)

(d)

(a)
(b)
(c)
(d)

Kuva 1

yleiskatsaus magneettisista keloista ja MIDA-pään mallista. a) Halo coil. B) kaksinkertainen kartio kela. c) HFA coil. d) HDA coil.

2.3. Anatomista mallia ja kudosten dielektrisiä ominaisuuksia

MIDA – ihmisen pään mallia käytettiin tutkimaan kelojen magneettikentän vuorovaikutusta aivokudoksen kanssa (kuva 2).

(a)

(b)

(c)

(d)

(in)

(f)

(Fi)

(h)

(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)

kuva 2

MIDA pään malli: malli muutamasta pään ja kaulan edustavasta rakenteesta. (iho. (B) lihakset, lihakset näkyvät kallon rakenteita. (C, d) alukset, alukset on esitetty sekä ilman että GM: n kanssa. E) GM. f) VM. G) pikkuaivot ja aivoriihet. (h) kammiot, hippokampus, hypotalamus ja mantelitumake .

MIDA on edistyneimpiä multimodaalisia kuvantamiseen perustuvia ihmisen kaulan ja pään anatomisia malleja. Anatomisessa mallissa on ainutlaatuiset korkean resoluution 153 rakenteet, mukaan lukien useita erillisiä syviä aivorakenteita, kallon kerroksia ja luita sekä hermoja sekä laskimoita ja valtimoita, mikä on erittäin tärkeää tutkimuksessamme erottaa erilaiset syvien aivojen rakenteet ja indusoidut sähkökentät näissä aivokudoksissa. Kudosten dielektriset parametrit asetetaan Gabriel et al-tietokantaan perustuvan tietokannan perusteella. .

2.4. Validointi: Simulaatio vs. kokeet

simulointiohjelmiston validoimiseksi vertasimme TMS: n toteuttamisessa yleisesti käytetyn kaupallisen Kelan magneettikenttien numeerisia simulaatioita mittauksiin . Pidimme kaksinkertainen 70 mm Magstim 2nd Generation kaukosäätimellä . Tämä kela koostuu 9 käämit (sisä – ja ulkohalkaisija 32 mm ja 48 mm, vastaavasti). Harkitsimme 1 mm: n eroa käämien välillä ilmaraon ja eristyksen huomioon ottamiseksi. Kuvassa 3 esitetään simuloidun ja mitatun magneettikentän aksiaalinen komponentti (kA / m) 20 mm: n etäisyydellä tms-Kelan pituudesta. Laskelmat osoittavat hyvää yhteisymmärrystä mitatun kentän kanssa. Suhteellinen poikkeama oli 0,12% -10,75%. Havaitsemme suurempia poikkeamia keskellä ja reunoilla, jotka johtuvat pienistä yksinkertaistuksista tms-kelojen mallinnuksessa.

kuva 3

simuloidun ja mitatun magneettikentän (kA/m) aksiaalinen komponentti 20 mm: n etäisyydellä TMS-Kelan pituudella (Magstim 2.sukupolven kaksinkertainen 70 mm: n kaukosäädin).

3. Tulokset ja keskustelut

3.1. B-Kenttäjakauma

Kuvassa 4 esitetään Halo (a) -, kaksoiskartio (b) -, HFA (c) – ja HDA (d) – kelojen mida-pään mallin harmaan aineen (GM) magneettivuon tiheys 10 mm: n erotuksella ja yhtä suuri virta kohdistettuna molempiin keloihin. Havaittiin, että suurin magneettivuo tapahtui lähellä kelat ja hajosivat nopeasti etäisyyden kelat kaikki kokoonpanot. Aivojen B-kentän korkeammat arvot olivat oikealla puolella, kun sovellettiin HDA: ta ja HFA-kelaa (kuvat 4(c) ja 4(d)). Vertailu kaksoiskartion(Kuva 4 (b)) ja HDA: n(kuva 4 (d)) kokoonpanojen välillä osoittaa, että Halo-Kelan lisääminen johti vasemman aivopuoliskon B-kentän pienenemiseen oikean aivopuoliskon hyväksi. Tämä johtuu siitä, että kun Halo-kela yhdistetään kaksoiskartion tai Fo8-Kelan kanssa, pään toinen puoli (Oikea puoli) altistuu kahdesta kelasta tulevalle positiiviselle virralle ja toinen puoli (Vasen puoli) keloista tulevalle positiiviselle ja negatiiviselle virralle. Tämä vaikutus johtaa lisääntyneeseen kentän tunkeutumiseen oikealle pallonpuoliskolle, kun HFA ja HDA-kela toimivat. Tämä epäsymmetrinen efekti voidaan triggoida myös vasemman aivopuoliskon hyväksi, jos kaksoiskartion tai Fo8-kelojen nykysuuntaa käännetään.

(a)

(b)

(c)

(d)

(a)
(b)
(c)
(d)

Kuva 4

magneettivuon tiheys (absoluuttinen arvo T) laskettuna mida-mallin harmaasta aineesta eri keloille. a) Halo coil. B) kaksinkertainen kartio kela. c) HFA coil. d) HDA coil.

3.2. Sähkökenttäjakauma

kuva 5 esittää Sähkökentän tilajakauman aivojen harmaassa aineessa ja valkoisessa aineessa kullekin TMS-kelalle. Halo-kelalle sähkökenttä syntyi pääasiassa GM: n (kuva 5(a)) ja WM: n (kuva 5(b)) reuna-alueilla johtuen tämän alueen läheisyydestä Halo-Kelaan. GM: n kuvassa 5 A on hieman suuremmat e-amplitudit kuin WM: n Kuvassa 5 b, mikä voi johtaa suurempaan kudostilavuuteen, joka altistuu Sähkökentän suuremmille amplitudeille. Kaksoiskartiokäämin GM-ja WM-arvot olivat korkeampia kuin Halokäämin (kuvat 5 c ja 5 d)), mikä voi johtaa sähkökenttien alhaiseen läpäisysyvyyteen ja siten vähäisempään syvien aivokudosten altistumiseen riittäville e-amplitudeille. HFA-kelaa käytettäessä indusoituja sähkökenttiä lisättiin GM: n ja WM: n pintojen yli pääasiassa oikealla pallonpuoliskolla (kuvat 5(e) ja 5(f)). Numerot esitetään seuraavassa jaksossa olevassa taulukossa 1. Tämän tyyppisten kelojen tulokset ovat yhtäpitäviä Lu: n ja Uenon impedanssimenetelmällä julkaisemien tulosten kanssa . HDA-Kelan (kuvat 5(g) ja 5(h)) käytön myötä Sähkökentän jakaumat lisääntyivät oikealla pallonpuoliskolla ja pienenivät vasemmalla puolella verrattuna HFA-Kelaan, mikä viittaa siihen, että tunkeutumissyvyyttä voidaan edelleen parantaa aivokudosten oikealla pallonpuoliskolla, mikä on esitetty myös taulukossa 1 (seuraava osa). Sähkökenttää kasvatettiin edelleen GW: n ja WM: n oikeilla kehillä HFA-ja HDA-keloille verrattuna Halo-kelakonfiguraatioon, mikä voi johtaa edelleen tunkeutumissyvyyteen oikean pallonpuoliskon syvissä rakenteissa. Sähkökenttä pieneni GW: n ja WM: n vasemmassa reunassa Halo-Kelan konfiguraatioon verrattuna, mikä voi johtaa pienempään tunkeutumissyvyyteen vasemman aivopuoliskon syvissä rakenteissa. Kuten B-kentän jakaumassa on huomattu, sähkökenttä ei ole symmetrinen HFA-ja HDA-keloille magneettivuon epäsymmetrisen jakauman vuoksi.

(a)

(b)

(c)

(d)

(in)

(f)

(Fi)

(h)

(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)

kuva 5

Sähkökentän (absoluuttinen arvo V / m) jakautuminen GM: ssä (vasen sarake) ja WM: ssä (oikea sarake) eri keloille. A, b) Halo coil. (c, d) kaksinkertainen kartio kela. (e, f) HFA coil. (g, h) HDA coil.

kuvassa 6 esitetään Sähkökentän jakautuminen poikkileikkauksella yhdistetyn HDA-Kelan avulla. Koronaaliosa (kuva 6 (b)) näyttää oikean pallonpuoliskon suuremman Sähkökentän kuin vasemman pallonpuoliskon epäsymmetrisen Kelan HDA: n, joka odotettiin aivojen sähkö-ja vuontiheysjakaumasta. Korkeammat sähkökentät ovat myös läsnä joissakin syvissä rakenteissa aivojen sisällä(keskellä kuvassa 6 (b)). Seuraavassa jaksossa esitetään kvantitatiivisempi arvio syviin aivorakenteisiin levinneestä sähkökentästä.

(a)

(b)

(a)
(b)

kuva 6

Sähkökentän jakautuminen (absoluuttinen arvo V / m) MIDA-mallin poikkileikkauksessa käyttäen HDA-kelaa. Sagittaalinäkymä x=20 cm. (b) Koronaalinäkymä y=20 cm.

3.3. Sähkökentän leviäminen syviin aivorakenteisiin

Sähkökentän leviämisen ja tunkeutumisen kvantifioimiseksi taulukossa 1 esitetään kunkin kudoksen tilavuusprosentti, jossa Sähkökentän amplitudi on suurempi kuin puolet aivokuoren E: n huipusta kullakin kelalla (V50). Koska aivokudosten oikeassa ja vasemmassa aivopuoliskossa esiintyy erilaisia kenttäjakaumia, kunkin aivokudoksen tilavuusprosentti laskettiin aivojen molemmille puolille HFA-ja HDA-keloille (kaksoiskartio-ja Halokelat ovat symmetrisiä keloja). HFA_R ja HDA_R viittaavat kunkin aivokudoksen tilavuusprosenttiin oikealla puolella käyttäen HFA-ja HDA-keloja. HFA_L ja HDA_L viittaavat kunkin aivokudoksen tilavuusprosenttiin vasemmalla puolella käyttäen HFA-ja HDA-keloja. Tulokset osoittavat, että oikean aivopuoliskon V50 on suurempi kuin vasemman aivopuoliskon epäsymmetrisille keloille, mikä odotettiin aivojen sähkö-ja vuontiheysjakaumasta (kuvat 4 ja 5). Tämä vaikutus on huomattavampi syvemmissä rakenteissa, kuten hippokampuksessa ja nucleus accumbensissa, joissa V50 on 0,04% ja 1,21% hippokampuksen oikealla puolella ja nucleus accumbensissa, vastaavasti, kun tämä prosenttiosuus on nolla vasemmalla puolella (HDA-kelalle). HDA-ja HFA-kelojen vertailu osoittaa, että suurempi osuus syvien rakenteiden oikeasta reunasta (hippokampus, nucleus accumbens ja pikkuaivot) voidaan saavuttaa HDA: lla verrattuna HFA: han (V50 vastaa 6,2%: A ja 3,24%: a pikkuaivojen oikealle puolelle käytettäessä HDA: ta ja HFA-keloja. Hippokampus ja nucleus accumbens voidaan saavuttaa vain käytettäessä HDA-kelaa, jossa V50 on 0, 04% ja nucleus accumbens 1, 21%). Tämä etu HDA kela (V50 HDA_L: 21,77%, 20,18%, ja 1.94% GM, WM, ja pikkuaivot, vastaavasti) yli HFA kela (V50 hfa_l: 21.54%, 20.44%, ja 1.85% GM, WM, ja pikkuaivot, vastaavasti) on vähemmän tärkeää vasemmalla puolella aivokudosten. Halo kela on suunnattu syvemmälle rakenteita aivoissa (V50 vastaa 2.12% pikkuaivojen kanssa Halo kela) jopa ilman yhdistettyä kela ja levitä korkeat amplitudit Sähkökentän (V50 Halo: 23.96%, 22.13%, ja 2.12% GM, WM, ja pikkuaivot, vastaavasti) suurempi kuin HDA ja HFA kelat vasemmalla puolella aivokudosten. Tupla-kartio (DC: n V50: 26,69% ja 24.27%, gm ja WM, vastaavasti) ja Halo kelat tarjoavat suuremman kenttien jakautumisen WM ja GM vasemmalla puolella kuin HDA ja HFA kelat johtuen magneettivuon epäsymmetrisestä jakautumisesta. Talamuksessa, hypotalamuksessa ja mantelitumakkeessa on 0% V50: stä kullekin Kelan konfiguraatiolle. Harmaata ja valkoista ainetta pääsee kaikille keloille, joiden V50>0. Myös korkeimmat arvot saatiin HFA-ja HDA-keloille.

syvän TMS: n osalta hyvälle Kelalle on ominaista suuri tunkeutumissyvyys ja suuri fokaalisuus (eli matala V50). Taulukosta 1 voimme nähdä, että double-kartio kela tarjoaa paremman focality harmaa ja valkoinen asia verrattuna HDA kelat oikealla pallonpuoliskolla (V50 vastaa 26.7 ja 33.8 DC ja HDA vastaavasti), mutta haitaksi vähemmän tunkeutumissyvyyttä. Itse asiassa DC Kela ei voi saavuttaa syvempää rakennetta kuten hippokampus ja nucleus accumbens jossa V50 HDA kela on yhtä suuri kuin 0,04% ja 1,21% oikealla puolella hippokampus ja nucleus accumbens, vastaavasti. Tämä syvyys-focality tradeoff on luonnostaan useimmat TMS kelat. Kelat, joille on ominaista suurempi tunkeutumissyvyys (HDA ja HFA), voivat samanaikaisesti aiheuttaa korkean kentän amplitudin hyvin laajalla aivokuoren alueella (Taulukko 1). Sen sijaan fokusoivammalla Sähkökentän amplitudijakaumalla (DC ja Halo) varustetut kelat eivät yllä aivojen syviin rakenteisiin (Taulukko 1). Mikään ehdotetuista käämeistä ei pysty voittamaan tätä kauppaa, kuten myös edellinen työ ehdotti, koska syvempien aivorakenteiden saavuttaminen merkitsee laajempaa aivokuoren pinnalle levinnyttä sähkökenttää.

4. Päätelmä

kaksikartiokäämi yhdistettynä Halokäämiin on tutkittu numeerisesti ja määritelty syväaivostimulaatioon anatomisesti realististen heterogeenisten pään mallien avulla. B-kentän ja sähkökentän 3D-jakauma saatiin Halo -, double-cone -, HFA-ja HDA-keloille. Sähkökenttien leviämistä laskettiin ja verrattiin eri aivokudoksiin, mukaan lukien syviin aivokudoksiin (thalamus, hypotalamus, amygdala, hippokampus, nucleus accumbens ja pikkuaivot) käyttäen Halo -, kaksoiskartio -, HDA-ja HFA-keloja, ja se osoitti, että HDA-Kelan tuottama epäsymmetrinen magneettikentän jakautuminen paransi Sähkökentän leviämistä syvien aivorakenteiden sisällä (hippokampus, nucleus accumbens ja pikkuaivot) ja mahdollisti siten aivojen stimulaation suuremmissa syvyyksissä. Numeerisen mallin nykyisen version rajoituksiin tulisi sisältyä se, ettei kudosanisotropiaa ole asianmukaisesti sisällytetty erityisesti valkoiseen aineeseen, mikä lisäisi mallin tarkkuutta ja voisi vaikuttaa Sähkökentän jakautumiseen . Kelojen asennon herkkyys olisi myös tehtävä tulevaisuudessa, jotta voidaan kuvata sen vaikutusta indusoituneisiin kenttiin.

tietojen saatavuus

tämän tutkimuksen tulosten tueksi käytetyt tiedot ovat pyynnöstä saatavissa vastaavalta tekijältä.

eturistiriidat

kirjoittajat ilmoittavat, ettei heillä ole eturistiriitoja.

kiitokset

tutkimusta tukivat COST Action BM1309 (COST EMF-MED) ja FWO G003415n-hanke. E. Tanghe on Flanderin tutkimussäätiön (FWO-V) tutkijatohtori.