Транскранијални електромагнетни скенер

Транскранијални електромагнетни скенер
Овде видимо транскранијални електромагнетни скенер који помоћу магнетизма, а не радио-таласа, продире кроз лобању и одређује природу мисли у мозгу. ИЦД10 =
Специјалност	Неурофизиологија, Неуропсихологија, Неуротехнологија
МеСХ	Д050781

Транскранијални електромагнетни скенер или транскранијални електромагнетна стимулација је техника неинвазивне стимулације људског мозга у којој се применом осцилирајућег магнетног поља, високог интензитета (до 2.2.Т), веома кратког трајања појединачног пулса (око 100 μс) побуђују неурални елементи у можданој кори. Метода заснована на примени високотехнолошког уређаја и алатки неуронаучника, која користи магнетизам за систематско искључивање одређених делова мозга без потребе да се физички продире у њега. ТМС се показала као сигуран, ефикасан, неинвазиван и безболан метод стимулације периферних и централних неуралних структура, јер се заснива на принципу Фарадејеве електромагнетне индукције, односно, дејству променљивог магнетног поља на нервно ткиво.

Магнетизам може привремено да пригуши поједине области мозга, па научници у одређивању функције тих делова мозга не морају да се ослањају на случајеве пацијената који су доживели мождани удар.

Историја

Прва истраживања у обасти употребе магнетног поља у циљу стимулације појединих можданих региона датирају од краја деветнаестог века.

• 1874. године Бартолов је први пут обавио стимулацију људског церебралног кортекса. Тада је примењена струја изазивала покрете супротне стране тела.
• 1954. године (Гуалитеротти и Паттерсон) по први пут су вршили стимулацију неекспонираног моторног кортекса низовима узастопних електричних стимулуса
• 1896. године француски научник д'Арсонвал начинио је прве записе који говоре о утицају променљивог магнетног поља на живу материју и показао да променљиво магнетно поље може да изазове довољно снажан струјни ток и изазове стимулацију живог ткива (ретине). Као последице примене запажене су различите светлосне сензације, вртоглавице и синкопе.
• 1910. године (Силванус Тхомпсон). забележен је покушај стимулације мозга електромагнетним пољем и добио је сличне ефекте као Д’Арсонвал.
• 1965. године радови Бицкфорд-а и Фремминг-а, засновани су настимулатору, који је генерисао магнетно поље, које је изазивало стимулацију периферних нерава, или по први пут неинвазивну и релативно безболну стимулацију неуромишићних структура.
• 1980. године, зачетници новог поглавља примене у овој области сматрају се Мертон и Мортон. У свом експерименту су демонстрирали да неинвазивна електрична стимулација моторног кортекса индукована високонапонским стимулатором доводи до контракцијеконтралатералног мишића. Међутим, због изразито болних сензација није у том моменту нашла ширу примену у клиничком и истраживачком раду.
• Пар година касније, на 11-ом Међународном Конгресу електоренцефалографије и клиничке неурофизиологије приказан је рад Баркер-а и његових сарадника приказала је редизајниран модел неинвазивног можданог стимулатора са којим је могуће стимулисати мозак уз минималне болне сензације.

Клиничка примена

Бројни покушаји транскранијалне примене мождане стимулације, како на анималним моделима тако и на људима, током друге половине двадесетог века због недовољних доказа о ефикасности ових метода нису нашле примену у клиничкој пракси.

Прва клиничка примена методе транскранијалне електричне стимулације (ТЕС), забележена је у публикација Мертон-а и Мортон-а у часопису Ланцет, 1980. године. Они су применом биполарних електрода краткотрајно појединачно електрично пражњење интезитета око 2.000 V преко скалпа, изазвало је контралатерални моторни одговор.

Проф. Антхонy Баркер (Истраживачка група са Универзитета у Схеффиелд-у, Баркер и Јалиноус, УК) јавно демонстрирао технику, на XI Интернационалном конгресу ЕЕГ и клиничке неурофизиологије у Лондону, а потом и пред Друштвом физиолога (Пхyсиологицал Социетy) у Оксфорд-у, 1985. године.

Физика магнетне индукције

Транскранијални електромагнетни скенер

Према Биот-Савар-овом закону, вектор магнетне индукције, што је ствара произвољна струјна контура ц, може се писати у облику интеграла:

$\mathbf {B} ={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}I\int _{C}{\frac {d\mathbf {l} \times \mathbf {\hat {r}} }{r^{2}}}$

Б је вектор магнетне индукције (изражена у Теслама, Т), μ је магнетна пермеабилност (сматра се да је у живим ткивима она једнака магнетној пермеабилности вакуума, вредности 4π x 10Х/м), интеграли се по затвореној струјној контури

Магнетно поље наелектрисања у кретању, јер је струја увек последица наелектрисања у кретању, а њена, опет последица окружујуће магнетно поље, по истом закону рачунато је:

$\mathbf {B} ={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}I\int _{C}{\frac {nQ\mathbf {v} \times \mathbf {\hat {r}} }{r^{2}}}$

Ако узмемо да се калем магнетног стимулатора састоји од кружних контура бакарне жице, које су у различитим моделим различито геометријски груписане, за једну кружну струјну контуру, полупречника а, кроз коју протиче струја интензитета I, елементарна магнетна индукција у тачкама осе која пролази кроз центар контуре и управна је на њену раван - у тачки M која се налази на одстојању x од равни контуре а на одстојању Р од струјног елемента Идл – имаће интензитет:

$\mathbf {d} B={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}I\int _{C}{\frac {dl\mathbf {\times } \mathbf {\hat {r}} }{R^{2}}}$

а правац ће јој бити нормалан на потег Р и лежаће у равни што је образују потег Р и оса контуре. Сваки вектор елементарне индукције има своју компоненту у правцу осе контуре и компоненту која је управна на осу (д и д). Управне компоненте које потичу од идентичних и дијаметрално супротних елемената, међусобно се потиру, па тако остају само компоненте које су заправо дБ синθ.

Ако узмемо да таквих контура има више, и да су истих пречника а (за калемове различитих дијаметара, број навојака варира од 15 до 21, или негде 25), број навојака на елементу дx дуж осе L, израз НИдx/L ће представљати нови струјни елемент, на који примењујемо израчунавања. Цео соленоид можемо сматрати онда низом еквидистантних кружних струјних контура на међусобном растојању дx.

Принцип рада

Ове нове алатке заснива се на нафизичкој чињеници да променљиво електрично поље може створити магнетно поље, и обрнуто. Ова магнетна поља су изузетно мала и представљају тек милијардити део Земљиног магнетног поља. I дог МЕГ, као и ЕЕГ, имају изузетно добру временску резолуцију, све до хиљадитог делића секунде, са просторном резолуцијом која је лоша – реда величине једног кубног центиметра, транскранијални електромагнетни скенер (у даљем тексту ТЕС) генерише велики електрични сигнал који ствара интензиван импулс магнетне енергије.

ТЕС се поставља крај мозга тако да магнетни импулс продире кроз лобању и ствара други електрични импулс унутар мозга. Овај секундарни електрични импулс довољан је да искључи или пригуши активност одређених области мозга.Уопштено, облик индукованог електричног поља у ткиву зависи од облика стимулаторног калема и положаја и оријентације калема у односу на ткиво, као и од електричне проводљивости и структуре ткива на које се делује тим пољем.

Магнетни стимулатори стварају импулсна магнетна кола у надражљивим ткивима на која делују стварајући токове, који се у електрофизиологији зову ЕПСП ексцитаторни постсинаптички потенцијали (у даљем тексту ЕПСП). ЕПСП настао у моторној кори или у спиналним кореновима или периферним нервима, изазива активацију кортикалних нервних ћелија односно моторних аксона на периферији, а тиме и мишића. Пражњење изазвано на мишићима манифестује се као проста мишићна контракција, а ако поставимо експлораторне (површинске) електроде онда видимо електрични одговор са мишића, или моторни евоцирани потенцијал (МЕП).

Уређај и рад магнетног стимулатора

Принцип рада је заснован на пражњењењу стимулатор кондензатор високог напона и великом електричном струјом подстицаја за калема бакарне жице (нпр. С. „индуктор" или „калем") у време високог напона прекидача кола. У овом тренутку у индуктор јавља пулсирајући магнетно поље (до 4 Тесла (јединица), који изазива нервне импулсе.

Максимални досегљиви интензитет магнетног поља зависи од фреквенције стимулације и смањује се са његовим повећањем. Ова зависност је последица ограниченог капацитета кола за пуњење кондензатора да би се поново напунили кондензатор до потребног напона у паузи између стимулуса.

Струјни ток кроз индукциони калем изазива загревање. Што је већа снага стимулуса и учесталост стимулације, брже је грејна површина, у овом случају радне површине индукторка, која, када је у директном контакту са пацијентом, може изазвати хиперемију (црвенило) или опекотине. Коришћење индуктора са присиљеним хлађењем омогућава повећање времена непрекидног рада без прегревања.

Врсте подстицаја

• Монофазни стимулус — је стимулус у којем струја у индукторском намотају протиче у једном правцу, повећава се у синусоидном поретку и експоненцијално смањује.
• Двофазни стимулус — је стимулус у коме се облик струје у индукторском калему карактерише једним периодом пригушеног синусоида.
• Бифазни стимулусни рафал — је двофазна стимулација у којој се издају серије двофазних стимулуса са високом фреквенцијом (до 100 Хз и смањеном амплитуцијом уместо једног пулсирања.
• Упарен монофазни стимулус — су два стимуланса са датим интерстицијалним интервалом и амплитудом, постављеним независно за сваки стимулус.

Монофазни стимулус

Бифазни стимулус

Рафални стимулус

Упарен монофазни стимулус

Избор типа индуктора

Двоструки угаони индуктор

При избору индуктора узимају се у обзир максимална снага магнетног поља коју генерише и, сходно томе, максимална снага електричног поља, као и облик и величина завојнице.

Карактеристике генерисаних магнетних поља у већој мери зависе од дизајна индуктивног намотаја. Најчешћи индуктори су прстенасти, двоструки и двоструки угаони.

У прстенастим индукторима, област максималне магнетне индукције налази се на унутрашњој ивици калема (ребра унутрашњег круга). У двоструким и двоструким угаоним индукторима, максимална густина магнетног поља је у центру индукције (област у којој долазе у контакт са обе „крила"), што омогућава да добијемо добро фокусирано, али релативно слабо импулсно магнетно поље.

Дубина продирања магнетног поља је директно пропорционална пречнику коришћеног намотаја и струји која тече кроз њега. Мали индуктивни индуктори стварају велику индукцију магнетног поља на површини коже и стога, као и двоструки индуктори, добро утичу на површинске структуре. Велики прстенови се карактеришу дубоким продорним пољима, али њихов ефекат је слабо фокусиран.

Намена

ТЕС за истраживање на глодарима

Научници су раније морали да рачунају на шлогове или туморе да искључе поједине делове мозга, како би на основу тога одредили која им је функција. Али ТЕС омогућава да се безбедно, по жељи, прекине или умањи активност делова мозга. Кад се упути магнетна енергија у одређену тачку у мозгу и при томе се посматра понашање дотичне особе, могуће је одредити функцију тог региона (наа пример, ако упутимо магнетни импулс у леви темпорални режањ, можемо запазити негативан утицај на способност говора.)

Краткотрајно снажно магнетно поље емитовано изнад поглавине у стању је да прође кроз структуре поглавине и доведе до стварања краткотрајног електричног поља у површинским слојевима коре великог мозга. Ово локално електрично поље може бити довољног интензитета и густине да деполаризује неуроне. Када се ТМС пулсеви репетитивно примене, они могу да модулирају кортикалну ексцитабилност, снижавајући или повећавајући је, зависно од параметара стимулације, чак дуже од трајања саме стимулације. Ова модулација кортикалне ексцитабилности преноси се дистално на ексцитабилност спиналних неурона и рефлексних лукова, што има бихевијоралне консеквенце и терапијски потенцијал.

Примена у истраживањима

Модели који се баве магнетном стимулацијом су од велике важности у истраживањима која се тичу локуса, степена и механизама стимулације, у интерпретацији експеримената као и за конструисање ефикасне инструментације. Моделирање се може поделити на две важне али раздвојене области:

1) израчунавање макроскопских електромагнетних поља која потичу од струје у калему

2) разматрање одговора неуралних структура као последице наелектрисања која макроскопска поља стварају на мембранама надражљивих ткива.

Мане

Потенцијална мана ТЕС-а јесте то што магнетна поља не продиру дубоко у мозак (пошто магнетно поље опада много брже него по закону обрнутог квадрата који важи за електрично поље). ТЕС је прилично корисна технологија за искључивање одређених области мозга, али магнетно поље не може допрети до важних центара смештених дубоко у мозгу попут лимбичког система.

Међутим, у будућим генерацијама уређаја ТЕС могао би се превазићи овај технички проблем уколико им се повећа интензитет и прецизност импулса магнетног поља.

Нежељени ефекти

Нежељени ефекти могу бити подељени у три главне групе: системски (соматски), психијатријски и неуролошки.

Системски нежељени ефекти

• гастроинтестинални тракт — мучнина.
• кардиоваскуларни систем — теоретски ризик изазивања аритмије када је индуктор постављен и стимулисан преко срца.
• скелетна мускулатура — бол, контракција мишића, артралгија.
• кожа — еритем.

Психијатријски нежељени ефекти

• анксиозност;
• акутна дисфорија, плакање;
• напади немотивисаног смеха (са привременим нестанком говора у одговору на стимулацију зоне Броца у студијама центра говора);
• суицидалне мисли;
• индукована манија.

Неуролошки нежељени ефекти.

• Бол у мишићима лобање трезора и површине инервација нерва ( тригеминуса ), фацијлни тикови (резултат активирања грана фацијалног нерва ). У овим случајевима се препоручује да се заустави сесија и да се промени локација индуктора изнад главе (на пример, ротирати, и да њен центар буде на левој хемисфери) и смањити интензитет стимулуса на основу ЦСИ.
• Главобоља, нелагодност и локални бол. У овим случајевима, помоћу једноставних аналгетика (у изузетним случајевима), и помоћи промена положаја индуктора изнад главе и смањење интензитета (% МИП), могу се смањити тегобе.
• Умор и замор.
• Вртоглавица.
• Когнитивно оштећење. Може се посматрати краткорочни и позитивни и негативни ефекти. Већина њих не доводи до промена.
• Губитак слуха. Постоје случајеви повећања расправа прага (краткорочног губитка слуха код људи и животиња дуго са стандардним индуктори). Пацијент и лекар спровођење испита, морају да користе за уши ( Еар Плугс ). Пацијенти са жалбама губитка слуха или тинитус повезан са ТМС, треба да буду усмерене на аудиолошки испитивања . За пацијенте који имају историју тинитус, губитак слуха, и оне који пролазе кроз истовремену терапију са ототоксичним медицатионс одлуке да се одржи у ТМС мора се узети у обзир ризик од могућих компликација и однос очекиваних користи.
• Офталмолошке компликације. Описани су случајеви отицања мрежњача и стаклизације у стакленику током ТМС.
• Цитотоксичност.
• Индукција повремених конвулзивних напада.

Контраиндикације

Апсолутне контраиндикација за дијагностички и терапијски ТМС су пацијенти са било којим металним медицинским уређаја и страним телом, посебно у глави.

ТМС се користи у прегледу деце, узимајући у обзир карактеристике узраста повезане са зрелостима кортикоспиналног тракта . На почетку ере увођења ТМС у праксу веровало се да је трудноћа директна контраиндикација због непознатог понашања. Последњих година извештава се о могућностима пТМС (и ЕЦТ) у лечењу депресије код трудница без икаквих негативних ефеката код мајке и фетус. Приликом испитивања трудница, магнетско поље не достиже до плода. Поред тога, случајеви успешне магнетне стимулације код трудница су већ познати. Прије објављивања коначних резултата контролисаних студија, препоручује се у сваком случају да се појединачно приступи употреби ТМС-а за дијагностичке и терапеутске сврхе код трудница и деце, као и да се преглед и лијечење обавља у болницама и специјализованим лабораторијама под надзором специјалиста.

Контраиндикације повезане са директним деловањем електромагнетног поља: Присуство интракранијалних металних имплантата.

Присуство имплантираног пејсмејкера (теоретски ризик, с обзиром да подручје дјеловања магнетног поља обично не досега зону у којој се налази стимулатор или жице и електроде који долазе од њега).

Присуство имплантираних пумпи, пумпи (под условом да се налазе у непосредној близини индуктивног магнетног поља).

Присуство слушних апарата и кохлеарних имплантата .

Присуство имплантираних уређаја за дубоку мождану стимулацију (ДБС), пошто електромагнетна индукција утиче на каблове у мозгу, промјењује њихов функционални утјецај на циљна ткива.

Контраиндикације које се односе на повећани ризик од индуковања напада

Присуство интракранијалних металних имплантата. Присуство имплантираног пејсмејкера (теоретски ризик, с обзиром да подручје дјеловања магнетног поља обично не досега зону у којој се налази стимулатор или жице и електроде који долазе од њега). Присуство имплантираних пумпи, пумпи (под условом да се налазе у непосредној близини индуктивног магнетног поља). Присуство слушних апарата и кохлеарних имплантата . Присуство имплантираних уређаја за дубоку мождану стимулацију (ДБС), пошто електромагнетна индукција утиче на каблове у мозгу, промјењује њихов функционални утицај на циљна ткива

Контраиндикације које се односе на повећани ризик од индуковања напада

Пацијент има фокалне промене или енцефалопатију (тумори, исхемија, крварење, менингитис , енцефалитис ) повезани са присуством епилептогеног фокуса. Истовремени третман лека са лековима који утичу на ексцитабилност церебралног кортекса (неки антидепресиви, стимуланси нервног система и антипсихотици). Анамнеза траума главе са губитком свести више од 15 секунди . Анамнеза неурохируршке интервенције на мозгу. Анамнеза епилепсија или епилептичног напада Злоупотреба алкохола или дрога, након чега следи оштар прекид њихове потрошње. Случајеви епилепсије у породици пацијента. Ситуације у којима конвулзије могу изазвати озбиљне компликације са потенцијалним последицама (нпр кардиоваскуларна декомпензација или повећан интракранијални притисак).

Спољашње везе

• Транскранијалнијална магнетна стимулација (језик: руски)
• С3-Леитлиние/Натионале ВерсоргунгсЛеитлиние (ПДФ-Датеи; 2,5 МБ) беи Депрессион, Абсцхнитт 3.6.5.1 Репетитиве Транскраниелле Магнетстимулатион (језик: немачки)

Молимо Вас, обратите пажњу на важно упозорење у вези са темама из области медицине (здравља).