Deep Transcranial Magnetic Stimulation: Improved Coil Design and Assessment of the Induced Fields Using MIDA Model

Abstract

stimulatie van diepe hersenstructuren door transcranial magnetic stimulation (TMS) is een methode voor het activeren van diepe neuronen in de hersenen en kan nuttig zijn voor de behandeling van psychiatrische en neurologische aandoeningen. Om numeriek de mogelijkheid te onderzoeken voor diepere hersenstimulatie (elektrische velden die de hippocampus, de nucleus accumbens en het cerebellum bereiken), werden gecombineerde TMS-spoelen met behulp van de dubbelkegelspoel met de Halospoel (HDA) gemodelleerd en onderzocht. Numerieke simulaties werden uitgevoerd met behulp van MIDA: een nieuw multimodaal beeldvormend gedetailleerd anatomisch model van het hoofd en de nek van de mens. De 3D-verdelingen van magnetische fluxdichtheid en elektrisch veld werden berekend. Het volumepercentage van elk weefsel dat wordt blootgesteld aan een elektrische veldamplitude gelijk aan of groter dan 50% van de maximale amplitude van E in de cortex voor elke spoel werd berekend om de spreiding van het elektrische veld te kwantificeren (V50). De resultaten tonen aan dat slechts de HDA-rol elektrische velden aan hippocampus, de kern accumbens, en het cerebellum met V50 gelijk aan 0.04%, 1.21%, en 6.2%, respectievelijk kan uitspreiden.

1. Inleiding

transcraniële magnetische stimulatie (TMS) is een niet-invasieve en pijnloze methode voor het activeren van neuronen in de hersenen en kan worden gebruikt als een sonde van hogere hersenfuncties en een interventie voor neurologische en psychiatrische stoornissen . Verschillende spoelen werden ontworpen om verschillende hersengebieden te stimuleren voor verschillende behandelingen (depressie en de ziekte van Parkinson), maar door de snelle verzwakking van het elektrische veld diep in de hersenen, is TMS beperkt tot oppervlakkige corticale doelen, ongeveer 2-3 cm diep . Recente studies tonen echter aan dat de behandeling voor depressies ook niet-superficiële hersengebieden van 3-5 cm diepte kan overwegen , evenals diepere gebieden van 6-8 cm Diepte .

bij gebruik van traditionele TMS, met ronde of figuur van acht (Fo8) spoelen, kunnen gebieden van diepe hersenen niet worden bereikt, omdat het elektrische veld snel afnam als functie van de weefseldiepte voor dit type spoelen . Aldus, waren veel hogere stimulatieamplitudes nodig om diepere neuronale gebieden te bevorderen. Nochtans, kunnen dergelijke hoge intensiteiten bij de bronnen vele veiligheidskwesties opheffen en kunnen lokaal ongemak toe te schrijven aan de directe activering van zenuwen en spieren in de hoofdhuid veroorzaken . Spoelontwerpen geschikt voor diepe TMS, zoals dubbel-kegelspoel , Halospoel , en H-spoel werden ontwikkeld om deze beperkingen te omzeilen. De dubbel-kegelrol verstrekt diepere veldpenetratie en is gebruikt om de voorafgaande cingulate cortex met transsynaptic activering te richten . De Halorol is ontworpen om het magnetische veld op diepte in de hersenen te verhogen wanneer gebruikt samen met de bestaande Fo8 en cirkelrollen typisch gebruikt voor TMS . Het spoelontwerp zal een combinatie zijn van twee TMS-spoelen die meestal worden gebruikt om de diepe penetratie van het elektrische veld te vergroten: de dubbelconusspoel en de Halospoel. Locaties van activering in de hersenen zijn gerelateerd aan het gebied waar het geïnduceerde elektrische veld maximaal is. Deze locaties zijn op hun beurt afhankelijk van de plaatsing en geometrie van de spoelen en het kopmodel voor simulatiestudies . Ondanks het belang en het toenemende klinische gebruik van de TMS-spoelen is de kennis van de ruimtelijke verdeling van het geïnduceerde elektrische veld nog niet uitgebreid onderzocht . Verschillende werken onderzochten de geïnduceerde elektrische veld ruimtelijke verdeling met behulp van experimentele data of numerieke simulaties gebaseerde methoden met vereenvoudigde kop modellen zoals bollen (d.w.z., ) of menselijk hoofd modellen met zeer weinig weefsels (d.w.z., ). Onlangs, Deng et al. publiceerde een uitgebreide studie met behulp van sferisch menselijk hoofd model om de elektrische veld focaliteit en diepte van penetratie van verschillende TMS spoelen te kwantificeren. Echter, gezien het duidelijke en significante verschil tussen de menselijke hersengeometrie en de sferische vorm, zal de geïnduceerde elektrische veldverdeling verschillend zijn in de twee modellen. Het is goed begrepen dat de structuur van de hersenen, de resolutie, en het aantal weefsels de verdeling van het elektrische veld en het maximale elektrische veld in de hersenen kunnen beïnvloeden, wat kan resulteren in het verkeerd identificeren van stimulatie locaties (dat wil zeggen, toonde aan dat het verschil in elektrisch veld groter kan zijn dan 100 V/m tussen jonge en volwassen menselijke hoofdmodellen). In de realistische hoofdgeometrie en omdat het hoofdoppervlak nonuniform is en met een variabele kromming, zal de resulterende elektrische veldverdeling veel gevoeliger zijn voor de spoelrichting en-positie . Guadagnin et al. onlangs een uitgebreide studie gepubliceerd die een karakterisering van de geïnduceerde e distributies in de hersenen van een realistisch menselijk model (Ella V1.3 van de virtuele populatie die bestaat uit 76 verschillende weefsels in het hele lichaam) als gevolg van verschillende spoel configuraties. Onlangs werd een nieuw multimodaal anatomisch model van de menselijke nek en hoofd ontwikkeld door Iacono et al. . Het nieuwe model met hoge resolutie (tot 500 µm) bevat 153 structuren in het hoofd en de nek en biedt gedetailleerde karakterisering van de diepe hersenweefsels met een atlas-gebaseerde segmentatie, waardoor het Mida-model tot de meest geavanceerde beeldgebaseerde modellen voor anatomische modellen in de stand van de techniek behoort.

het doel van dit werk is numerieke modellen te gebruiken voor het ontwerpen en onderzoeken van een gecombineerd diep TMS-spoel ontwerp met behulp van dubbel-conus en Halo spoelen. Onderzoek naar het effect van het hersenmodel op het geïnduceerde elektrische veld werd uitgevoerd met behulp van het Mida-model. De nieuwigheid van dit artikel is als volgt:(I)Model een gecombineerde diepe TMS-spoel bestaande uit Halo-en dubbelkegelspoelen om diepe hersenstructuren (hippocampus, de nucleus accumbens, en het cerebellum) te bereiken en karakterisering van het geïnduceerde elektrische veld in de hersenen door de gecombineerde spoel.- karakterisering van de geïnduceerde elektrische velden met behulp van MIDA: een van de meest gedetailleerde State-of-the-art image-based anatomische modellen met inbegrip van validatie van de simulaties met experimentele resultaten.

2. Materialen en methoden

2.1. Simulatieplatform

TMS coils en human head model werden gemodelleerd met een commercieel softwarepakket Sim4Life . Dit is een simulatieplatform, dat berekenbare menselijke fantomen combineert met fysica-oplossers en weefselmodellen. Sim4Life biedt een moderne en gebruiksvriendelijke en bevat state-of-the-art middelen voor een snelle en eenvoudige ervaring bij het opzetten van modelgeometrieën. De magnetische fluxdichtheid en de elektrische velden in het menselijk hoofd werden geanalyseerd met de sim4life magneto quasistatic solver, waardoor de efficiënte modellering van quasistatische EM regimes mogelijk werd gemaakt door de eindige-elementenmethode toe te passen op gesorteerde voxel mazen. De numerieke simulaties zijn gebaseerd op de EM lage frequentie theorie geïmplementeerd in Sim4Life. Voor een elektrisch veld E en een magnetisch veld B, uitgaande van een vectorpotentiaal A met en een scalair elektrisch potentiaal , verwijst de scalaire potentiaal vergelijking naar de complexe permittiviteit gedefinieerd als , is de elektrische geleidbaarheid, is de elektrische permittiviteit, en is de hoekfrequentie. Voor een karakteristieke lengte en een permeabiliteitswaarde zorgt de quasistatische benaderingsvoorwaarde ervoor dat de ohmische stroom het B-veld slechts verwaarloosbaar verstoort en dat de vectorpotentiaal A gelijk is aan de magneto-statische vectorpotentiaal . De statische Vector potentiaal kan dan worden berekend door de Biot-Savart wet (wanneer is constant over het gehele computationele domein). Aangezien de meeste biologische materialen vertonen diëlektrische eigenschappen die gehoorzamen in lage frequentie, (1) kan worden vereenvoudigd tot Vergelijking (2) is geïmplementeerd in de magneto quasistatische oplosser. Alle randvoorwaarden worden verwaarloosd als nul Neumann randvoorwaarden, dat wil zeggen, verdwijnen normale flux. De echte oplosser wordt gebruikt door dit model. Het elektrische veld wordt alleen berekend in het lossy () domein, terwijl het H-veld overal wordt berekend. Daarom dekt het standaardraster alleen het domein met verlies.

2.2. Numerieke Coil modellen

nieuwe diepe TMS coils werden onlangs ontworpen met behulp van gecombineerde coils. Zo ontwierpen Lu en Ueno een gecombineerde spoel bestaande uit Fo8 en Halo spoelen om diepe hersenstructuren te bereiken. Aangezien de dubbel-kegelspoel meer wordt overwogen voor diepe TMS, is het spoelontwerp de combinatie van de Halospoel met de dubbel-kegelspoel om een diepere penetratie van het elektrische veld binnen de hersenstructuren te verstrekken. Figuur 1 toont het volwassen man (MIDA) hoofdmodel met een Halo spoel (figuur 1 (a)), dubbele conus spoel (figuur 1(b)), gecombineerde Halo en Fo8 spoelen (HFA) (figuur 1(c)), en HDA spoel (figuur 1(d)). Om de prestaties van de gecombineerde spoel te vergelijken met eerdere gepubliceerde TMS-spoelen, hebben we de dubbelkegelspoel gemodelleerd met twee aangrenzende cirkelwikkelingen die onder een hoek van 120° van 10 omwentelingen met een binnen-en buitendiameter van respectievelijk 15 mm en 40 mm zijn bevestigd, en de Halospoel met 5 cirkelwikkelingen van respectievelijk 150 mm en 138 mm . De FO8-spoel bevindt zich 10 mm boven het huidoppervlak van het hoofd om rekening te houden met de isolatiedikte van de spoel en de Halo-spoel 97 mm Onder het hoofdpunt . Simulaties werden uitgevoerd met behulp van pulsstromen van 2,5 kHz frequentie, gebaseerd op de bifasische puls frequentie gebruikt door commerciële TMS-systemen. We gingen uit van een 100% stimulator vermogen dat overeenkomt met 5 kA elektrische stroom in de spoelen . De stroom die in de naburige twee vleugels van de Fo8 en de dubbel-kegel spoelen stroomt is in tegenovergestelde richtingen. Om de elektrische veldverdeling en verspreiding in verschillende hersenweefsels (grijze stof, witte stof, thalamus, hypothalamus, hippocampus, amygdala, nucleus accumbens, en cerebellum) te beoordelen, werd het percentage van het volume van elk weefsel blootgesteld aan een elektrische veld amplitude gelijk of groter dan de helft van de maximale amplitude van het elektrische veld in de cortex voor elke spoel berekend (V50 gebruikt in ). Het maximum van een amplitudeverdeling komt overeen met het 99e percentiel in plaats van het maximum om rekening te houden met mogelijke rekenfouten .

(een)

b)

c)

d)

(a)
b)
c)
d)

Figuur 1

Overzicht van de magnetische spoelen en de MIDA-head model. (a) Halo spoel. b) spoel met dubbele conus. c) HFA-spoel. (d) HDA-spoel.

2.3. Anatomisch Model en Weefseldiëlektrische eigenschappen

het Mida-model voor het menselijk hoofd werd gebruikt om de interactie van het magnetisch veld van de spoelen met hersenweefsel te onderzoeken (Figuur 2).

(een)

b)

c)

d)

(in)

(f)

(nl)

(h)

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

Figuur 2

MIDA hoofdmodel: model van enkele representatieve structuren van het hoofd en de nek. (huid. (B) spieren, de spieren worden weergegeven met de schedelstructuren. (C, d) vaartuigen, de vaartuigen zijn zowel zonder als met de GM aangegeven. e) GM. f) WM. g) Cerebellum en hersenstam. h) ventrikels, hippocampus, hypothalamus en amygdala .

MIDA is een van de meest geavanceerde multimodale beeldvormende anatomische modellen van de menselijke nek en het hoofd. Het anatomische model wordt geleverd met unieke hoge resolutie 153 structuren, waaronder verschillende diepe hersenstructuren, schedellagen en botten, en zenuwen , evenals aders en slagaders, die zeer relevant is in onze studie om verschillende diepe hersenstructuren en de geïnduceerde elektrische velden binnen deze hersenweefsels te onderscheiden. De diëlektrische parameters van de weefsels worden ingesteld op basis van de database gebaseerd op Gabriel et al. .

2.4. Validatie: Simulatie versus experimenten

om de simulatiesoftware te valideren, hebben we de numerieke simulaties van de magnetische velden van een commerciële spoel die gewoonlijk wordt gebruikt bij de implementatie van TMS vergeleken met metingen van . We hebben de dubbele 70 mm Magstim 2e generatie met afstandsbediening overwogen . Deze spoel bestaat uit 9 wikkelingen (binnen-en buitendiameter van respectievelijk 32 mm en 48 mm). We overwogen een scheiding van 1 mm tussen de windingen om rekening te houden met luchtspleet en isolatie. Figuur 3 toont de axiale component van het gesimuleerde en gemeten magnetische veld (kA/m) op een afstand van 20 mm, langs de TMS-spoel lengte. De berekeningen tonen een goede overeenkomst met het gemeten veld. Relatieve afwijking van 0,12%-10,75% werd verkregen. We zien hogere afwijkingen in het Midden en de randen, die te wijten zijn aan de kleine vereenvoudigingen in de modellering van TMS spoelen.

Figuur 3

axiale component van het gesimuleerde en gemeten magnetische veld (kA / m) op een afstand van 20 mm, over de lengte van de TMS-spoel (magstim 2de generatie Dubbele 70 mm afstandsbediening).

3. Resultaten en discussies

3.1. B-Veldverdeling

Figuur 4 toont de magnetische fluxdichtheid op het oppervlak van de grijze stof (GM) van het model MIDA kop voor Halo (a), dubbelkegel (b), HFA (c) en HDA (d) spoelen voor een gelijke scheiding van 10 mm en gelijke stroom toegepast op de twee spoelen. Er werd geconstateerd dat de maximale magnetische flux zich in de buurt van de spoelen voordeed en snel verviel met afstand van de spoelen voor alle configuraties. Hogere waarden van het B-veld in de hersenen waren aanwezig aan de rechterkant als de HDA en de HFA spoel werden toegepast (figuren 4(c) en 4(d)). Vergelijking tussen de dubbele kegel (Figuur 4(b)) en de HDA (Figuur 4(d)) configuraties laat zien dat het toevoegen van de Halo spoel resulteerde in een afname van het B-veld in de linker hemisfeer ten gunste van de rechter hemisfeer. Dit is te wijten aan het feit dat het combineren van de Halo spoel met de dubbele conus of Fo8 spoelen resulteert in een kant (rechterkant) van de kop wordt blootgesteld aan positieve stroom van de twee spoelen en de andere kant (linkerkant) aan positieve en negatieve stroom van de spoelen. Dit effect zal resulteren in een verhoogde veldpenetratie in de rechter hemisfeer wanneer de HFA en de HDA spoel werken. Dit asymmetrische effect kan ook worden geactiveerd in het voordeel van de linker hemisfeer als we de stroomrichting in de dubbele kegel of de Fo8 spoelen omkeren.

(een)

b)

c)

d)

(a)
b)
c)
d)

Figuur 4

Magnetische fluxdichtheid (de absolute waarde van T) berekend in de grijze stof van het MIDA model voor verschillende rollen. (a) Halo spoel. b) spoel met dubbele conus. c) HFA-spoel. (d) HDA-spoel.

3.2. Elektrische Veldverdeling

Figuur 5 toont de ruimtelijke verdeling van het elektrische veld op de grijze en witte hersenen voor elke TMS-spoel. Voor de Halospoel werd het elektrische veld voornamelijk geproduceerd in de periferie van de GM (Figuur 5(A)) en de WM (Figuur 5(b)) vanwege de nabijheid van dit gebied tot de Halospoel. Figuur 5 (a) van de GM toont iets hogere E-amplituden dan in Figuur 5(b) van de WM, wat kan resulteren in een groter volume weefsel blootgesteld aan hogere amplituden van het elektrische veld. Hogere waarden van het elektrische veld waren meer geconcentreerd in de GM en de WM voor de dubbelkegelspoel in vergelijking met de Halospoel (figuren 5(c) en 5(d)), wat kan resulteren in lage penetratiediepte van de elektrische velden en dus minder blootstelling van diepe hersenweefsels aan voldoende E-amplitudes. Bij gebruik van de HFA-spoel werden de geïnduceerde elektrische velden verhoogd over de GM en de WM-oppervlakken voornamelijk over de rechterhersenhelft (figuren 5(e) en 5(f)). De cijfers zijn vermeld in Tabel 1 in de volgende sectie. De resultaten voor dit type spoelen komen overeen met die welke Lu en Ueno volgens de impedantiemethode hebben gepubliceerd . Met de toepassing van HDA-spoel (figuren 5 (g) en 5 (h)) werden de elektrische veldverdelingen over de rechterhersenhelft verhoogd en aan de linkerkant verminderd in vergelijking met de HFA-spoel, wat suggereert dat de penetratiediepte verder kan worden verbeterd in de rechterhersenhelft van de hersenweefsels, ook weergegeven in Tabel 1 (volgende sectie). Het elektrische veld werd verder vergroot in de rechter periferie van de GW en de WM voor HFA-en HDA-spoelen in vergelijking met de Halo-spoelconfiguratie, wat kan resulteren in verdere penetratiediepte in diepe structuren van de rechterhersenhelft. Het elektrische veld werd verminderd in de linker periferie van de GW en de WM in vergelijking met de Halo spoel configuratie, wat kan resulteren in een lagere penetratiediepte in diepe structuren van de linker hemisfeer. Zoals opgemerkt voor de B-veldverdeling is het elektrische veld niet symmetrisch voor HFA-en HDA-spoelen vanwege de asymmetrische verdeling van de magnetische flux.

(een)

b)

c)

d)

(in)

(f)

(nl)

(h)

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

Figuur 5

elektrisch veld (absolute waarde in V/m) verdeling in de GM (linkerkolom) en de WM (rechterkolom) voor verschillende spoelen. (A, b) Halo spoel. (c, d) spoel met dubbele conus. (e, f) HFA-spoel. (g, h) HDA-spoel.

Figuur 6 toont de elektrische veldverdeling op de doorsnede met behulp van de gecombineerde HDA-spoel. Coronale sectie(Figuur 6 (b)) toont hoger elektrisch veld in de rechterhersenhelft in vergelijking met dat in de linkerhersenhelft voor de asymmetrische spoel HDA, die werd verwacht van de elektrische en de fluxdichtheidsverdeling in de hersenen. Hogere elektrische velden zijn ook aanwezig in sommige diepe structuren in de hersenen (in het midden van Figuur 6(b)). De volgende sectie zal meer kwantitatieve evaluatie van het elektrische veld verspreid in diepe hersenstructuren.

(een)

b)

(a)
b)

Figuur 6

Elektrisch veld distributie (absolute waarde in V/m) in de doorsnede van de MIDA-model met behulp van de HDA spoel. Sagittaal zicht op x = 20 cm. (B) coronaal zicht op y=20 cm.

3.3. Om de verspreiding en penetratie van het elektrische veld te kwantificeren, toont Tabel 1 het volumepercentage van elk weefsel waarbij de amplitude van het elektrische veld groter is dan de helft van de piek van E in de cortex voor elke spoel (V50). Vanwege het feit dat verschillende velddistributies optreden in de rechter en de linker hemisfeer van de hersenen weefsels, percentage van het volume van elk hersenweefsel werd berekend voor beide zijden van de hersenen voor HFA en HDA spoelen (double-cone en Halo spoelen zijn symmetrische spoelen). HFA_R en HDA_R verwijzen naar het percentage van het volume van elk hersenweefsel in de rechterkant met behulp van de HFA en HDA spoelen, respectievelijk. HFA_L en HDA_L verwijzen naar het percentage van het volume van elk hersenweefsel in de linkerkant met behulp van de HFA en HDA spoelen, respectievelijk. De resultaten tonen aan dat V50 in de rechterhersenhelft groter is dan die in de linkerhersenhelft voor de asymmetrische spoelen, wat werd verwacht van de elektrische en de fluxdichtheidsverdeling in de hersenen (figuren 4 en 5). Dit effect is meer merkbaar voor de diepere structuren zoals hippocampus en nucleus accumbens waar de V50 0,04% en 1,21% in de rechterkant van de hippocampus en nucleus accumbens, respectievelijk, terwijl dit percentage aan nul in de linkerkant (voor de HDA-spoel) is. Een vergelijking tussen de HDA en de HFA spoelen toont aan dat een groter percentage van de rechterkant van diepe structuren (hippocampus, nucleus accumbens, en cerebellum) kan worden bereikt met de HDA in vergelijking met de HFA (V50 gelijk aan 6.2% en 3.24% voor de rechterkant van cerebellum wanneer het gebruiken van de HDA en de HFA spoelen, respectievelijk. Hippocampus en nucleus accumbens kunnen slechts worden bereikt wanneer het gebruiken van de HDA-rol met V50 gelijk aan 0.04% en 1.21% voor hippocampus en nucleus accumbens, respectievelijk). Dit voordeel van de HDA-spoel (V50 van HDA_L: 21.77%, 20.18% , en 1.94% voor GM, WM, en cerebellum, respectievelijk) over de HFA-spoel (V50 van HFA_L: 21,54%, 20,44%, en 1,85% voor GM, WM, en cerebellum, respectievelijk) is minder belangrijk in de linkerkant van de hersenweefsels. De Halo-spoel richt zich op diepere structuren in de hersenen (V50 gelijk aan 2,12% voor het cerebellum met de Halo-spoel) zelfs zonder gebruik te maken van een gecombineerde spoel en verspreid hoge amplitudes van het elektrische veld (V50 van Halo: 23,96%, 22,13%, en 2,12% voor GM, WM, en cerebellum, respectievelijk) groter dan de HDA en de HFA-spoelen in de linkerkant van hersenweefsel. Dubbelkegel (V50 van DC: 26.69% en 24.27%, voor GM en WM, respectievelijk) en Halo spoelen zorgen voor grotere velden ‘ verdeling in de WM en de GM linkerkant dan de HDA en HFA spoelen als gevolg van de asymmetrische verdeling van de magnetische flux. Thalamus, hypothalamus, en amygdala hebben 0% van V50 voor elke spoelconfiguratie. Grijze en witte materie kunnen worden bereikt door alle spoelen met V50>0. Ook hier werden de hoogste waarden verkregen voor HFA en HDA coils.

ten behoeve van diep TMS moet een goede spoel worden gekenmerkt door een hoge penetratiediepte en een hoge focaliteit (d.w.z. een lage V50). Uit Tabel 1 kunnen we zien dat de dubbelkegelspoel een betere focaliteit biedt in de grijze en witte materie in vergelijking met de HDA-spoelen in de rechter hemisfeer (V50 gelijk aan 26.7 en 33.8 voor DC en HDA, respectievelijk), maar als een nadeel van minder penetratiediepte. In feite, is de gelijkstroomrol niet in staat om diepere structuur zoals hippocampus en nucleus accumbens te bereiken waar V50 van de HDA-rol aan 0.04% en 1.21% in de rechterkant van hippocampus en nucleus accumbens, respectievelijk gelijk is. Deze dieptefocaliteit-afweging is inherent aan de meeste TMS-spoelen. Spoelen die gekenmerkt worden door een hogere penetratiediepte (HDA en HFA) kunnen tegelijkertijd een hoge veldamplitude veroorzaken in een zeer breed gebied van de cortex (Tabel 1). Aan de andere kant, de spoelen met een meer focale elektrische veld amplitude distributie (DC en Halo) zijn niet in staat om diepe hersenstructuren te bereiken (Tabel 1). Geen van de voorgestelde spoelen is in staat om deze afweging te overwinnen, zoals ook in het vorige werk wordt gesuggereerd, aangezien het bereiken van diepere hersenstructuren een breder elektrisch veld op het corticale oppervlak impliceert.

4. Conclusie

een dubbelkegelspoel gecombineerd met een Halospoel is numeriek onderzocht en gekarakteriseerd voor diepe hersenstimulatie met behulp van anatomisch realistische heterogene hoofdmodellen. De 3D-verdeling van het B-veld en het elektrische veld werd verkregen voor Halo -, double-cone -, HFA-en HDA-spoelen. De verspreiding van de elektrische velden werd berekend en vergeleken voor verschillende hersenen weefsels, inclusief de diepe hersenen weefsels (thalamus, hypothalamus, amygdala, hippocampus, de nucleus accumbens en het cerebellum) met Halo, dubbel-conus, HDA, en HFA spoelen en toonde aan dat de asymmetrische magnetisch veld distributie geproduceerd door de HDA spoel verbeterde de verspreiding van het elektrische veld in de diepe hersenstructuren (hippocampus, de nucleus accumbens en het cerebellum) en daarmee voor een stimulatie van de hersenen op grotere diepte. Beperkingen van de huidige versie van het numerieke model moet de afwezigheid van de juiste incorporatie van het weefsel anisotropie vooral in de witte stof, die de modelprecisie zou verhogen en de elektrische veldverdeling zou kunnen beïnvloeden omvatten . De gevoeligheid van de positie van de spoelen moet in de toekomst ook worden uitgevoerd om het effect van de geïnduceerde velden te karakteriseren.

beschikbaarheid van gegevens

de gegevens die zijn gebruikt ter ondersteuning van de bevindingen van deze studie zijn op verzoek verkrijgbaar bij de overeenkomstige auteur.

belangenconflicten

de auteurs verklaren dat zij geen belangenconflicten hebben.

erkenningen

het onderzoek werd ondersteund door COST actie BM1309 (COST EMF-MED) en het FWO G003415n Project. E. Tanghe is postdoctoraal fellow van het fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen (FWO-V).