głęboka przezczaszkowa stymulacja magnetyczna: Ulepszona konstrukcja cewki i ocena pól indukowanych za pomocą modelu MIDA

Streszczenie

Stymulacja głębokich struktur mózgu za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) jest metodą aktywacji głębokich neuronów w mózgu i może być korzystna w leczeniu zaburzeń psychicznych i neurologicznych. Aby numerycznie zbadać możliwość głębszej stymulacji mózgu (pola elektryczne docierające do hipokampa, jądra półleżącego i móżdżku), modelowano i badano połączone cewki TMS za pomocą cewki podwójnego stożka z cewką Halo (HDA). Symulacje numeryczne przeprowadzono przy użyciu MIDA: nowego multimodalnego szczegółowego modelu anatomicznego głowy i szyi człowieka opartego na obrazowaniu. Obliczono trójwymiarowe rozkłady gęstości strumienia magnetycznego i pola elektrycznego. Procent objętości każdej tkanki, która jest narażona na amplitudę pola elektrycznego równą lub większą niż 50% maksymalnej amplitudy E w korze dla każdej cewki, obliczono w celu określenia ilościowego rozprzestrzeniania się pola elektrycznego (V50). Wyniki pokazują, że tylko cewka HDA może rozprzestrzeniać pola elektryczne do hipokampa, jądra półleżącego i móżdżku z V50 równym odpowiednio 0,04%, 1,21% i 6,2%.

1. Wprowadzenie

przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) jest nieinwazyjną i bezbolesną metodą aktywacji neuronów w mózgu i może być stosowana jako sonda wyższych funkcji mózgu i interwencja w zaburzeniach neurologicznych i psychiatrycznych . Kilka cewek zostało zaprojektowanych w celu stymulowania różnych regionów mózgu do różnych zabiegów (depresja i choroba Parkinsona), ale ze względu na szybkie tłumienie pola elektrycznego głęboko w mózgu, TMS został ograniczony do powierzchownych celów korowych, około 2-3 cm głębokości . Jednak ostatnie badania pokazują , że leczenie depresji może również uwzględniać niespokojne obszary mózgu o głębokości 3-5 cm, a także głębsze obszary o głębokości 6-8 cm .

używając tradycyjnego TMS, z okrągłymi lub ośmioma cewkami (Fo8), obszary głębokiego mózgu nie mogą być osiągnięte, ponieważ pole elektryczne gwałtownie się zmniejszało w funkcji głębokości tkanki dla tego typu cewek . Tak więc, znacznie wyższe amplitudy stymulacji były potrzebne do stymulowania głębszych regionów neuronalnych. Jednak takie wysokie natężenie u źródeł może budzić wiele obaw dotyczących bezpieczeństwa i może powodować lokalny dyskomfort z powodu bezpośredniej aktywacji nerwów i mięśni w skórze głowy . W celu obejścia tych ograniczeń opracowano projekty cewek odpowiednich dla głębokich TMS, takich jak cewka z podwójnym stożkiem, Cewka Halo i cewka H. Cewka z podwójnym stożkiem zapewnia głębszą penetrację pola i została wykorzystana do celowania w przednią korę cingulate z aktywacją transsynaptyczną . Cewka Halo została zaprojektowana w celu zwiększenia pola magnetycznego na głębokości w mózgu, gdy jest używana razem z istniejącymi cewkami Fo8 i okrągłymi Zwykle używanymi do TMS . Konstrukcja cewki będzie kombinacją dwóch cewek TMS używanych głównie w celu zwiększenia głębokiej penetracji pola elektrycznego: cewki podwójnie stożkowej i cewki Halo. Miejsca aktywacji w mózgu są związane z obszarem, w którym indukowane pole elektryczne jest maksymalne. Lokalizacje te z kolei zależą od położenia i geometrii cewek, a także modelu głowicy do badań symulacyjnych . Pomimo jego znaczenia i rosnącego klinicznego zastosowania cewek TMS, wiedza o przestrzennym rozkładzie indukowanego pola elektrycznego nie jest jeszcze dogłębnie badana . Różne prace badały indukowany rozkład przestrzenny pola elektrycznego przy użyciu danych eksperymentalnych lub metod opartych na symulacjach numerycznych z uproszczonymi modelami głowy, takimi jak kule (np. Ostatnio Deng et al. opublikował kompleksowe badanie wykorzystujące sferyczny model głowy człowieka do ilościowego określenia ogniskowości pola elektrycznego i głębokości penetracji różnych cewek TMS. Jednak biorąc pod uwagę oczywistą i znaczącą różnicę między geometrią ludzkiego mózgu a formą sferyczną, indukowany rozkład pola elektrycznego będzie różny w obu modelach. Dobrze zrozumiałe jest, że struktura mózgu, rozdzielczość i liczba tkanek mogą wpływać na rozkład pola elektrycznego i maksymalnego pola elektrycznego w mózgu, co może skutkować nieprawidłową identyfikacją lokalizacji stymulacji (tj. wykazano, że różnica w polu elektrycznym może być większa niż 100 V/M między młodymi i dorosłymi modelami głowy człowieka). W realistycznej geometrii głowicy i ponieważ powierzchnia głowicy jest niejednorodna i ma zmienną krzywiznę, powstały rozkład pola elektrycznego będzie znacznie bardziej wrażliwy na orientację i położenie cewki . Guadagnin et al. niedawno opublikowano obszerne badania zapewniające charakterystykę indukowanych rozkładów E w mózgu realistycznego modelu ludzkiego (Ella V1.3 z wirtualnej populacji zawierającej 76 różnych tkanek w całym ciele) ze względu na różne konfiguracje cewek. Niedawno nowy multimodalny Model Anatomiczny ludzkiej szyi i głowy został opracowany przez Iacono et al. . Nowy model o wysokiej rozdzielczości (do 500 µm) zawiera 153 struktury w głowie i szyi i zapewnia szczegółową charakterystykę głębokich tkanek mózgu z segmentacją opartą na atlasie, co czyni model MIDA jednym z najbardziej zaawansowanych modeli anatomicznych opartych na obrazach w najnowocześniejszych modelach.

celem tej pracy jest wykorzystanie modeli numerycznych do zaprojektowania i zbadania połączonej konstrukcji cewki głębokiego TMS z wykorzystaniem cewek podwójnych stożków i Halo. Badanie wpływu modelu mózgu na indukowane pole elektryczne przeprowadzono przy użyciu modelu MIDA. Nowością tego artykułu jest: (i)modelowanie połączonej głębokiej cewki TMS składającej się z cewek Halo i podwójnego stożka, aby dotrzeć do głębokich struktur mózgu (hipokamp, jądro półleżące i móżdżek) i charakterystyka indukowanego pola elektrycznego w mózgu przez połączoną cewkę.(ii)charakterystyka indukowanych pól elektrycznych przy użyciu MIDA: wśród najbardziej szczegółowych modeli anatomicznych opartych na obrazach, w tym walidacji symulacji z wynikami eksperymentalnymi.

2. Materiały i metody

2.1. Platforma symulacyjna

cewki TMS i model głowy człowieka były modelowane za pomocą komercyjnego pakietu oprogramowania Sim4Life . Jest to platforma symulacyjna, łącząca obliczeniowe ludzkie fantomy z rozwiązaniami fizycznymi i modelami tkanek. Sim4Life zapewnia nowoczesny i przyjazny dla użytkownika i zawiera najnowocześniejsze zasoby, które umożliwiają szybkie i łatwe konfigurowanie geometrii modeli. Gęstość strumienia magnetycznego i pola elektryczne w głowie człowieka zostały przeanalizowane za pomocą magneto-quasistatycznego solvera Sim4Life, umożliwiającego efektywne modelowanie quasistatycznych reżimów EM poprzez zastosowanie metody elementów skończonych na stopniowanych siatkach wokselowych. Symulacje numeryczne oparte są na teorii niskich częstotliwości em zaimplementowanej w Sim4Life. Dla pola elektrycznego E i pola magnetycznego B, przy założeniu potencjału wektorowego a i skalarnego potencjału elektrycznego , równanie potencjału skalarnego odnosi się do przenikalności zespolonej zdefiniowanej jako , jest przewodnością elektryczną, jest przenikalnością elektryczną i jest częstotliwością kątową. Dla charakterystycznej długości i wartości przepuszczalności warunek aproksymacji kwazistatycznej zapewnia, że prąd omowy tylko w niewielkim stopniu zakłóca pole B, a potencjał wektorowy a jest równoważny magneto-statycznemu potencjałowi wektorowemu . Statyczny potencjał wektorowy można następnie obliczyć za pomocą prawa Biota-Savarta (gdy jest stały w całej dziedzinie obliczeniowej). Ponieważ większość materiałów biologicznych wykazuje właściwości dielektryczne, które są zgodne z niską częstotliwością, (1) można uprościć do równania (2) zaimplementowanego w solwerze magneto-kwazistatycznym. Wszystkie warunki brzegowe są pomijane jako zerowe warunki brzegowe Neumanna, tzn. zanikające strumień normalny. W tym modelu używany jest solver o wartości rzeczywistej. Pole elektryczne jest obliczane tylko w dziedzinie stratnej (), podczas gdy pole H jest obliczane wszędzie. Dlatego domyślna siatka obejmuje tylko domenę stratną.

2.2. Modele cewek numerycznych

nowe cewki Głębokie TMS zostały niedawno zaprojektowane przy użyciu cewek połączonych. Na przykład Lu i Ueno zaprojektowali połączoną cewkę składającą się z cewek Fo8 i Halo, aby dotrzeć do głębokich struktur mózgu. Ponieważ cewka z podwójnym stożkiem jest bardziej rozważana w przypadku głębokiego TMS, konstrukcja cewki jest połączeniem cewki Halo z cewką z podwójnym stożkiem, aby zapewnić głębszą penetrację pola elektrycznego wewnątrz struktur mózgu. Rysunek 1 przedstawia model głowy dorosłego człowieka (mida) z cewką Halo (Rysunek 1(a)), cewką z podwójnym stożkiem (Rysunek 1(b)), połączonymi cewkami Halo i Fo8 (HFA) (Rysunek 1(c)) i cewką HDA (Rysunek 1(d)). W celu porównania wydajności połączonej cewki z poprzednimi opublikowanymi cewkami TMS, modelowaliśmy cewkę podwójnie stożkową z dwoma sąsiednimi okrągłymi uzwojeniami zamocowanymi pod kątem 120° o 10 zwojach o średnicy wewnętrznej i zewnętrznej odpowiednio 15 mm i 40 mm oraz cewkę Halo z 5 okrągłymi uzwojeniami odpowiednio 150 mm i 138 mm . Cewka Fo8 znajduje się 10 mm powyżej powierzchni skóry głowicy, biorąc pod uwagę grubość izolacji cewki, a cewka Halo 97 mm poniżej wierzchołka głowicy . Symulacje przeprowadzono z wykorzystaniem prądów impulsowych o częstotliwości 2,5 kHz, w oparciu o dwufazową częstotliwość impulsów stosowaną przez komercyjne systemy TMS. Założyliśmy 100% moc wyjściową stymulatora odpowiadającą prądowi elektrycznemu 5 kA w cewkach . Prąd płynący w sąsiednich dwóch skrzydłach Fo8 i cewkach dwuczłonowych płynie w przeciwnych kierunkach. Aby ocenić rozkład i rozprzestrzenianie się pola elektrycznego w różnych tkankach mózgu (istota szara, istota biała, wzgórze, podwzgórze, hipokamp, ciało migdałowate, jądro półleżące i móżdżek), obliczono procent objętości każdej tkanki narażonej na amplitudę pola elektrycznego równą lub większą niż połowa maksymalnej amplitudy pola elektrycznego w korze mózgowej dla każdej cewki (V50 użyty w ). Maksimum rozkładu amplitudy odpowiada jego 99 percentylowi zamiast maksimum, aby uwzględnić możliwe nieścisłości obliczeniowe .

(a)

(b)

(c)

(d)

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

Rysunek 1

przegląd cewek magnetycznych i modelu głowicy MIDA. a) cewka Halo. (B) Cewka z podwójnym stożkiem. C) cewka HFA. (d) cewka HDA.

2.3. Model anatomiczny i właściwości dielektryczne tkanki

model głowy człowieka MIDA został użyty do zbadania interakcji pola magnetycznego cewek z tkanką mózgową (ryc. 2).

(a)

(b)

(c)

(d)

(w)

(f)

(pl)

(h)

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

Rysunek 2

MIDA model głowy: model kilku reprezentatywnych struktur głowy i szyi. A) skóry. (b) mięśnie, mięśnie są pokazane ze strukturami czaszki. C, d) Statki, Statki są pokazane zarówno bez GM, jak i z GM. e) GM. f) WM. g) móżdżku i pnia mózgu. (h) Komory, hipokamp, podwzgórze i ciało migdałowate .

MIDA jest jednym z najbardziej zaawansowanych multimodalnych modeli anatomicznych ludzkiej szyi i głowy opartych na obrazowaniu. Model Anatomiczny zawiera unikalne struktury o wysokiej rozdzielczości 153, w tym kilka wyraźnych głębokich struktur mózgu, warstw czaszki i kości oraz nerwów, a także żył i tętnic, co jest bardzo istotne w naszych badaniach , aby odróżnić różne głębokie struktury mózgu i indukowane pola elektryczne w tych tkankach mózgu. Parametry dielektryczne tkanek są ustalane na podstawie bazy danych opartej na Gabriel et al. .

2.4. Walidacja: Symulacja kontra eksperymenty

aby zweryfikować oprogramowanie symulacyjne, porównaliśmy symulacje numeryczne pól magnetycznych komercyjnej cewki powszechnie stosowanej w realizacji TMS z pomiarami z . Rozważaliśmy podwójny 70 mm Magstim II generacji z pilotem . Cewka ta składa się z 9 uzwojeń (średnica wewnętrzna i zewnętrzna odpowiednio 32 mm i 48 mm). Rozważaliśmy separację 1 mm między uzwojeniami, aby uwzględnić szczelinę powietrzną i izolację. Rysunek 3 przedstawia składową osiową symulowanego i zmierzonego pola magnetycznego (kA/m) w odległości 20 mm wzdłuż długości cewki TMS. Obliczenia pokazują dobrą zgodność z mierzonym polem. Uzyskano względne odchylenie 0,12% -10,75%. Obserwujemy większe odchylenia na środku i krawędziach, które wynikają z drobnych uproszczeń w modelowaniu cewek TMS.

Rysunek 3

element osiowy symulowanego i zmierzonego pola magnetycznego (kA/m) w odległości 20 mm, wzdłuż długości cewki TMS (Pilot Zdalnego Sterowania Magstim II generacji Double 70 mm).

3. Wyniki i dyskusje

3.1. B-rozkład pola

Rysunek 4 przedstawia gęstość strumienia magnetycznego na powierzchni istoty szarej (GM) modelu głowicy MIDA dla cewek Halo (a), podwójnego stożka (b), HFA (c) i HDA (d) dla równej separacji 10 mm i równego prądu przyłożonego do dwóch cewek. Zaobserwowano, że maksymalny strumień magnetyczny wystąpił w pobliżu cewek i szybko rozpadł się wraz z odległością od cewek dla wszystkich konfiguracji. Wyższe wartości pola B w mózgu były obecne po prawej stronie, gdy zastosowano HDA i cewkę HFA(Fig. 4(C) i 4 (d)). Porównanie konfiguracji podwójnego stożka (Rysunek 4 (b)) i HDA (Rysunek 4(d)) pokazuje, że dodanie cewki Halo spowodowało zmniejszenie pola B w lewej półkuli na korzyść prawej półkuli. Wynika to z faktu, że połączenie cewki Halo z cewkami double-cone lub Fo8 powoduje, że jedna strona (prawa strona) głowicy jest narażona na dodatni prąd z dwóch cewek, a druga strona (lewa strona) na dodatni i ujemny prąd z cewek. Efekt ten spowoduje zwiększoną penetrację pola w prawej półkuli, gdy działają HFA i cewka HDA. Ten asymetryczny efekt może być również wywołany na korzyść lewej półkuli, jeśli odwrócimy kierunek prądu w podwójnym stożku lub cewkach Fo8.

(a)

(b)

(c)

(d)

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

Rysunek 4

gęstość strumienia magnetycznego (wartość bezwzględna w T) obliczona w istocie szarej modelu MIDA dla różnych cewek. a) cewka Halo. (B) Cewka z podwójnym stożkiem. C) cewka HFA. (d) cewka HDA.

3.2. Rozkład pola elektrycznego

Rysunek 5 przedstawia rozkład przestrzenny pola elektrycznego na ciele szarym i ciele białym mózgu dla każdej cewki TMS. W przypadku cewki Halo pole elektryczne wytwarzane było głównie na obwodzie GM(Fig.5 (a)) i WM(Fig. 5 (b)) ze względu na bliskość tego regionu do cewki Halo. Fig. 5 (A) GM pokazuje nieco wyższe amplitudy E niż na fig.5(b) WM, co może skutkować większą objętością tkanki narażonej na wyższe amplitudy pola elektrycznego. Wyższe wartości pola elektrycznego były bardziej skoncentrowane w GM i WM dla cewki dwuczłonowej w porównaniu do cewki Halo(Fig. 5(c) i 5 (d)), co może skutkować niską głębokością penetracji pola elektrycznego, a tym samym mniejszą ekspozycją głębokich tkanek mózgu na wystarczające amplitudy E. Przy użyciu cewki HFA indukowane pola elektryczne zwiększały się na powierzchniach GM i WM, głównie na prawej półkuli (Fig. 5(e) i 5(f)). Numery podano w tabeli 1 w następnej sekcji. Wyniki dla tego typu cewek są zgodne z wynikami opublikowanymi przez Lu i Ueno przy użyciu metody impedancji . Po zastosowaniu cewki HDA(Fig. 5(g) i 5 (h)), rozkład pola elektrycznego został zwiększony na prawej półkuli i zmniejszył się po lewej stronie w porównaniu z cewką HFA, co sugeruje, że głębokość penetracji można jeszcze poprawić na prawej półkuli tkanek mózgu, również pokazane w tabeli 1 (następna sekcja). Pole elektryczne zostało dodatkowo zwiększone w prawym obwodzie GW i WM dla cewek HFA i HDA w porównaniu z konfiguracją cewki Halo, co może skutkować dalszą głębokością penetracji w głębokich strukturach prawej półkuli. Pole elektryczne zostało zmniejszone w lewym obwodzie GW i WM w porównaniu z konfiguracją cewki Halo, co może skutkować mniejszą głębokością penetracji w głębokich strukturach lewej półkuli. Jak zauważono w przypadku rozkładu pola B, pole elektryczne nie jest symetryczne dla cewek HFA i HDA z powodu asymetrycznego rozkładu strumienia magnetycznego.

(a)

(b)

(c)

(d)

(w)

(f)

(pl)

(h)

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

Rysunek 5

pole elektryczne (wartość bezwzględna w V/m) rozkład W GM (lewa kolumna) i wm (prawa kolumna) dla różnych cewek. (A, b) Cewka Halo. (C, d) Cewka z podwójnym stożkiem. (e, f) cewka HFA. (G, h) cewka HDA.

Rysunek 6 przedstawia rozkład pola elektrycznego na przekroju za pomocą połączonej cewki HDA. Sekcja koronalna(Fig. 6 (b)) pokazuje wyższe pole elektryczne na prawej półkuli w porównaniu do pola na lewej półkuli dla asymetrycznej cewki HDA, czego oczekiwano od rozkładu gęstości prądu elektrycznego i strumienia w mózgu. Wyższe pola elektryczne są również obecne w niektórych głębokich strukturach wewnątrz mózgu(w centrum Fig.6 (b)). Następna sekcja dostarczy bardziej ilościowej oceny pola elektrycznego rozprzestrzeniającego się w głębokich strukturach mózgu.

(a)

(b)

(a)
(b)

Rysunek 6

rozkład pola elektrycznego (wartość bezwzględna w V/m) w przekroju modelu MIDA z wykorzystaniem cewki HDA. Widok strzałkowy W x=20 cm. b) widok koronowy przy y = 20 cm.

3.3. Pole elektryczne rozprzestrzenia się w głębokie struktury mózgu

w celu określenia ilościowego rozprzestrzeniania się i penetracji pola elektrycznego, w tabeli 1 przedstawiono procent objętości każdej tkanki, w której Amplituda pola elektrycznego jest większa niż połowa piku E w korze mózgowej dla każdej cewki (V50). Ze względu na fakt, że w prawej i lewej półkuli tkanki mózgowej występują różne rozkłady pola, obliczono procent objętości każdej tkanki mózgowej dla obu stron mózgu dla cewek HFA i HDA (cewki dwuczłonowe i Halo są cewkami symetrycznymi). HFA_R i HDA_R odnoszą się do procentu objętości każdej tkanki mózgowej po prawej stronie, używając odpowiednio cewek HFA i HDA. HFA_L i HDA_L odnoszą się do procentu objętości każdej tkanki mózgowej po lewej stronie, używając odpowiednio cewek HFA i HDA. Wyniki pokazują, że V50 na prawej półkuli jest większy niż ten na lewej półkuli dla asymetrycznych cewek, czego oczekiwano od rozkładu gęstości prądu elektrycznego i strumienia w mózgu (ryc. 4 i 5). Efekt ten jest bardziej zauważalny dla głębszych struktur, takich jak hipokamp i jądro półleżące, gdzie V50 wynosi odpowiednio 0,04% i 1,21% po prawej stronie hipokampa i jądra półleżącego, podczas gdy odsetek ten jest równy zero po lewej stronie (dla cewki HDA). Porównanie cewek HDA i HFA pokazuje, że większy procent prawej strony głębokich struktur (hipokamp, jądro półleżące i móżdżek) można osiągnąć za pomocą HDA w porównaniu do HFA (V50 równy 6,2% i 3,24% dla prawej strony móżdżku przy użyciu odpowiednio cewek HDA i HFA. Hipokamp i jądro półleżące można osiągnąć tylko przy użyciu cewki HDA z V50 równym odpowiednio 0,04% i 1,21% dla hipokampa i jądra półleżącego). Ta zaleta cewki HDA (V50 HDA_L: 21,77%, 20,18% i 1.94% dla GM, WM i móżdżku, odpowiednio) nad cewką HFA (V50 HFA_L: 21,54%, 20,44% i 1,85% dla GM, WM i móżdżku, odpowiednio) jest mniej ważne w lewej części tkanek mózgu. Cewka Halo jest ukierunkowana na głębsze struktury w mózgu (V50 równe 2,12% dla móżdżku z cewką Halo), nawet bez użycia połączonej cewki i rozprzestrzenia wysokie amplitudy pola elektrycznego (V50 Halo: odpowiednio 23,96%, 22,13% i 2,12% dla GM, WM i móżdżku) większe niż cewki HDA i HFA po lewej stronie tkanek mózgu. Podwójny stożek (V50 DC: 26,69% i 24.27%, odpowiednio dla GM i wm) i cewki Halo zapewniają większy rozkład pól w WM i GM po lewej stronie niż cewki HDA i HFA ze względu na asymetryczny rozkład strumienia magnetycznego. Wzgórze, podwzgórze i ciało migdałowate mają 0% V50 dla każdej konfiguracji cewki. Szarość i biel mogą być osiągnięte przez wszystkie cewki z V50>0. Ponownie najwyższe wartości uzyskano dla cewek HFA i HDA.

dla potrzeb głębokiego TMS dobra cewka powinna charakteryzować się dużą głębokością penetracji i wysoką ogniskowością (np. Z tabeli 1 widzimy, że cewka z podwójnym stożkiem zapewnia lepsze ogniskowanie w szarej i białej materii w porównaniu do cewek HDA w prawej półkuli (V50 równy odpowiednio 26,7 i 33,8 dla DC i HDA), ale ze szkodą dla mniejszej głębokości penetracji. W rzeczywistości cewka DC nie jest w stanie osiągnąć głębszej struktury, takiej jak hipokamp i jądro półleżące, gdzie V50 cewki HDA wynosi odpowiednio 0,04% i 1,21% po prawej stronie hipokampa i jądra półleżącego. Ta kompromitacja głębokości ogniskowania jest nieodłączna dla większości cewek TMS. Cewki charakteryzujące się większą głębokością penetracji (HDA i HFA) mogą jednocześnie indukować wysoką amplitudę pola w bardzo szerokim obszarze kory (Tabela 1). Z drugiej strony cewki o bardziej ogniskowym rozkładzie amplitudy pola elektrycznego (DC i Halo) nie są w stanie dotrzeć do głębokich struktur mózgu (Tabela 1). Żadna z zaproponowanych cewek nie jest w stanie przezwyciężyć tego kompromisu, jak sugeruje to również poprzednia praca, ponieważ dotarcie do głębszych struktur mózgu oznacza szersze pole elektryczne rozprzestrzeniające się na powierzchni kory.

4. Wniosek

dwuczłonowa cewka połączona z cewką Halo została numerycznie zbadana i scharakteryzowana pod kątem głębokiej stymulacji mózgu przy użyciu anatomicznie realistycznych heterogenicznych modeli głowy. Trójwymiarowy rozkład pola B i pola elektrycznego uzyskano dla cewek Halo, podwójnego stożka, HFA i HDA. Rozprzestrzenianie się pól elektrycznych zostało obliczone i porównane dla różnych tkanek mózgu, w tym głębokich tkanek mózgu (wzgórze, podwzgórze, ciało migdałowate, hipokamp, jądro półleżące i móżdżek) przy użyciu cewek Halo, podwójnego stożka, HDA i HFA i wykazało, że asymetryczny rozkład pola magnetycznego wytwarzanego przez cewkę HDA poprawił rozprzestrzenianie się pola elektrycznego wewnątrz głębokich struktur mózgu (hipokamp, jądro półleżące i móżdżek), umożliwiając w ten sposób stymulację mózgu na większych głębokościach. Ograniczenia obecnej wersji modelu numerycznego powinny obejmować brak odpowiedniego włączenia anizotropii tkankowej, zwłaszcza w istocie białej, co zwiększyłoby precyzję modelu i mogłoby wpłynąć na rozkład pola elektrycznego . Czułość położenia cewek powinna być również wykonywana w przyszłości, aby scharakteryzować jej działanie indukowanych pól.

dostępność danych

konflikty interesów

autorzy oświadczają, że nie występują w nich konflikty interesów.

podziękowania

badania były wspierane przez COST Action BM1309 (COST EMF-MED) i projekt FWO G003415N. E. Tanghe jest Postdoctoral fellow of the Research Foundation-Flanders (FWO-V).