DE19914762A1 - Spulenanordnung zur transkraniellen magnetischen Stimulation - Google Patents

Abstract

Eine Spulenanordnung zur transkraniellen magnetischen Stimulation umfaßt mehrere Einzelspulen (2), die jeweils eigene Stromanschlüsse (8) besitzen und die mit einem Tragkörper (4) verbunden sind. Die Einzelspulen (2) sind in baulicher Einheit mit einer Hochfrequenz-Kopfantenne (10) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung zur transkraniel­ len magnetischen Stimulation mit mehreren Einzelspulen, die jeweils einzelne Stromanschlüsse besitzen und die mit einem Tragkörper verbunden sind.

In dem Artikel von Tomas Paus, Robert Jech, Christopher J. Thompson, Roch Comeau, Terry Peters und Alan C. Evans: "Tran­ scranial Magnetic Stimulation during Positron Emission Tomo­ graphy: A New Method for Studying Connectivity of the Human Cerebral cortex", erschienen in The Journal of Neuroscience, May 1, 1997, Vol. 17, No. 9, pp. 3178-3184, ist ein Verfah­ ren beschrieben , die ein Mapping von neuronalen Verbindungen im Gehirn erlaubt. Durch transkranielle magnetische Stimula­ tion (TMS) wird eine neuronale Aktivität an einem begrenzten Ort der Gehirnoberfläche ausgelöst, der für seine Funktion bekannt ist. Dabei wird eine kleine Spule mit einer 8-förmi­ gen Leiterführung am Ort des Interesses - z. B. etwas oberhalb der Kopfhaut im Bereich des frontalen Augenfelds - plaziert und eine Folge von kurzen magnetischen Pulsen in der Höhe von ungefähr 1,5 Tesla durch Einspeisen von Strompulsen appli­ ziert. Anschließend wird mit einem bildgebenden Verfahren, z. B. mit Hilfe der Positronen Emissionstomographie (PET) die neuronale Antwort des Gehirns an anderen Orten erfaßt. Ist der Stimulationsart der Bereich des frontalen Augenfeldes, wird die Antwort darauf mittels PET am primären visuellen Cortex erfaßt. Damit können Aussagen über die räumliche und zeitliche Vernetzung von Hirnfunktionen (Connectivity) gewon­ nen werden.

Die dort beschriebene TMS-Spulenanordnung muß an der ge­ wünschten Stelle positioniert werden. Soll der Stimulations­ ort verändert werden, erfordert dies eine erneute Positionie­ rung. Wegen der aufwendigen Handhabung bei einer Variierung des Stimulationsortes sind die klinischen Einsatzmöglichkei­ ten begrenzt. Da die Feldverteilung des Magnetfeldes durch die Geometrie der Spule vorgegeben ist, müssen weitere TMS- Spulenanordnungen bereitgestellt werden, falls eine Stimula­ tion mit anderen Feldprofilierungen erfolgen soll. Zudem ist das Verfahren wegen der Bildgebung mittels PET nur begrenzt verfügbar.

In der EP 0 655 261 A ist eine Vorrichtung beschrieben, die äußerlich auf der Kopfoberfläche angewendet wird und die dann Haarausfall verzögert und das Haarwachstum stimuliert. Auf einem helm- oder hutartigen Teil sind mehrere Generatorele­ mente zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen angeordnet. Der wirksame Frequenzbereich liegt zwischen 10 Hz und 100 Hz, der wirksame Intensitätsbereich liegt zwischen 1 Gauss und 100 Gauss, wobei 1 Gauss 0,1 mT entspricht. Die Generatorele­ mente sind über jeweils eigene Leitungen mit einem Leistungs­ generator verbunden.

Aus der EP 0 148 566 A ist eine helmartige Kopfantenne für Magnetresonanzuntersuchungen bekannt. Die Kopfantenne umfaßt mindestens eine Hochfrequenzspule, die konvex und/oder konkav geformt ist. Domit kann die Kopfantenne eng an das zu unter­ suchende Körperteil angepaßt werden.

Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 709 115 A bekannt. Mehrere Spulen sind auf einem helmar­ tigen Tragkörper angeordnet. Die Spulen selbst sind individu­ ell ansteuerbar.

Das US Patent 5 284 144 beschreibt eine Kombination eines Hy­ perthermie-Gerätes mit einer Magnetresonanz-Antenne. Über die Magnetresonanz-Antenne wird die Temperatur des erwärmten Ge­ webes überwacht. Mit einer angeschlossenen Steuerung wird das Hyperthermie-Gerät so gesteuert, daß im Gewebe eine vorgege­ bene Temperatur konstant gehalten wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Spulenan­ ordnung zur transkraniellen magnetischen Stimulation anzuge­ ben, die die Nachteile der bekannte TMS-Spulenanordnungen vermeidet und die in der Anwendung flexibler und zeitsparen­ der ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einzelspulen in bau­ licher Einheit mit einer Hochfrequenz-Kopfantenne ausgebildet sind. Varteilhaft ist zunächst die individuelle Ansteuerung der Einzelspulen und damit die Möglichkeit, das magnetische Feld beliebig zu profilieren. So ist z. B. durch gegensinnige Erregung benachbarter Spulen eine achtförmige Spulenanordnung nachbildbar. Gleichzeitig kann, ohne die Spulenanordnung selbst neu positionieren zu müssen, eine magnetische Stimula­ tion an verschiedenen Orten an der Gehirnoberfläche ausgelöst werden, indem entsprechend benachbarte Einzelspulen aktiviert werden. Zusätzlich wird durch die bauliche Einheit der Ein­ zelspulen mit der Hochfrequenz-Kopfantenne zum einen ein ho­ hes Signal-Rausch-Verhältnis bei einer (funktionellen) Magne­ tresonanzbildgebung erzielt, zum anderen ist die gewünschte Einkopplung der von den Einzelspulen erzeugten Magnetfelder zum Stimulationsart gegeben. Die lokale Einkopplung von Hoch­ frequenzfeldern während des Magnetresonanzsendebetriebs wird durch eine entsprechende, an sich bekannte Entkopplung ver­ mieden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß der Tragkörper starr ausgebildet ist. Damit ist eine fe­ ste geometrische Zuordnung der Einzelspulen gegeben, zusätz­ lich können die aufgrund der hohen Magnetfelder auf die Spu­ lenleiter wirkenden Kräfte abgefangen werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Einzelspule ein Positionsmarker zugeordnet, der eine bildge­ bende Substanz umfaßt. Die Positionsmarker erzeugen bei dem entsprechenden bildgebenden Verfahren eine sichtbare Marke im Bild und erlauben so eine Identifizierung und Ortung der sti­ mulierenden Einzelpulen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sub­ stanz magnetresonanztechnisch nachweisbar. Damit kann auch bei Anwendung der funktionellen Magnetresonanzbildgebung (fMRI) als bildgebendes Verfahren die Position der Einzelspu­ len dargestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand einer Figur erläutert.

Die Figur zeigt schematisch in einer Draufsicht eine Spulen­ anordnung zur transkraniellen magnetischen Stimulation mit mehreren Einzelspulen 2. Die Einzelspulen 2 sind auf einem Tragkörper 4, hier ein topf- oder helmförmiges starres Git­ terwerk, aus einem elektrisch nicht leitenden und antimagne­ tischen Werkstoff mit entsprechender Festigkeit angeordnet. Der Tragkörper 4 mit den Einzelspulen 2 wird in der Anwendung wie ein Helm auf den Kopf 5 aufgesetzt. Aus Gründen der Über­ sichtlichkeit sind hier nur die auf der Vorderseite des Trag­ körpers 4 angeordneten Einzelspulen 2 dargestellt, jedoch sind weitere Einzelspulen 2 seitlich, hinten und oben vorhan­ den, so daß grundsätzlich alle Bereiche im Gehirn magnetisch stimuliert werden können, nachdem der Tragkörper 4 mit den Einzelspulen 2 einmal positioniert wurde.

Im Zentrum jeder Einzelspule 2 befindet sich ein Positions­ marker 6. Die Positionsmarker 6 sind mit einer magnetreso­ nanztechnisch nachweisbaren Substanz, wie z. B. Salzwasser, Kupferchlorid oder Kupfernitrat, gefüllt. Die Positionsmarker 6 erzeugen im Magnetresonanzbild entsprechende Marken, die eine eindeutige Korrelation der aktivierten Einzelspule 2 mit den in der Magnetresonanzbildgebung gewonnenen Koordinaten des aufgenommen Gehirns erlauben.

Jede Einzelspule 2 besitzt eigene Stromanschlüsse 8, die mit entsprechenden Stromquellen 9 verbunden sind, um die ge­ wünschten niederfrequenten Magnetfelder zu erzeugen. Es kön­ nen eine oder auch mehrere Einzelspulen 2 gleichzeitig akti­ viert (symbolisiert durch Pfeile 11) werden, auch mit ver­ schieden hohen Strömen.

Der Tragkörper 4 mit den Einzelspulen 2 und den Positionsmar­ kern 6 ist innerhalb einer Kopfantenne 10 angeordnet, die zum Senden und Empfangen von Magnetresonanzsignalen ausgebildet ist. Kopfantennen sind im Stand der Technik vielfältig be­ schrieben, so daß hier nur eine schematische Darstellung im Schnitt erfolgt und auf Einzelheiten nicht eingegangen werden muß. Für die verschiedenen möglichen Richtungen des Hauptma­ gnetfeldes im Magnetresonanzgerät sind unterschiedliche Bauformen bekannt.

Die Entkopplung der Einzelspulen 2 von einer Sendeantenne des Magnetresonanzgeräts, die auch die Kopfantenne 10 sein kann, erfolgt z. B. durch Abtrennen der Einzelspulen 2 von den Stromversorgungen, so daß die Einzelspulen 2 dann im Prinzip offene Leiterschleifen darstellen. Damit können die für die Magnetresonanzbildgebung erforderlichen hochfrequenten Felder in den Einzelspulen 2 keine Ströme induzieren. Sollten durch kapazitive oder induktive Teilkopplungen innerhalb der Ein­ zelspulen 2 Stromkreise entstehen, die Resonanzstellen bei der Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts aufweisen, kön­ nen diese Resonanzstellen durch Zuschaltung von entsprechen­ den Kapazitäten in Bereiche verschaben werden, die für die Magnetresonanzbildgebung nicht mehr störend sind.

Claims (5)

1. Spulenanordnung zur transkraniellen magnetischen Stimu­ lation mit mehreren Einzelspulen (2), die jeweils eigene Stromanschlüsse (8) besitzen und die mit einem Tragkörper (4) verbunden sind, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einzelspulen (2) in baulicher Einheit mit einer Hochfrequenz-Kopfantenne (10) ausgebildet sind.

2. Spulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Tragkörper (4) helmartig ausgebildet ist.

3. Spulenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Tragkör­ per (4) starr ausgebildet ist.

4. Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzelspule (2) ein Positionsmarker (6) zugeordnet ist, der eine bildgebende Substanz umfaßt.

5. Spulenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz magnetreso­ nanztechnisch nachweisbar ist.