Documentos para leer sobre simulación magnética transcraneal

May 09 2022
Resumen: La forma temporal de un pulso en la estimulación magnética transcraneal (TMS) influye en qué poblaciones de neuronas se activan preferentemente, así como en la fuerza e incluso la dirección de los efectos de neuromodulación. Además, varias formas de pulso difieren en su eficiencia, calentamiento de la bobina, percepción sensorial y sonido de clic.
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  1. Sintetizador de pulso modular para estimulación magnética transcraneal con forma de pulso flexible definida por el usuario y pulsos que cambian rápidamente en secuencias ( arXiv )

Resumen :La forma temporal de un pulso en la estimulación magnética transcraneal (TMS) influye en qué poblaciones de neuronas se activan preferentemente, así como en la fuerza e incluso la dirección de los efectos de neuromodulación. Además, varias formas de pulso difieren en su eficiencia, calentamiento de la bobina, percepción sensorial y sonido de clic. Sin embargo, el repertorio de formas de pulso TMS disponible todavía está muy limitado a unos pocos pulsos con formas sinusoidales o casi rectangulares. Los pulsos monofásicos, aunque se encontró que son más selectivos y más fuertes en la neuromodulación, se generan de manera ineficiente y, por lo tanto, solo están disponibles en protocolos simples repetitivos de baja frecuencia. A pesar de un gran interés por explotar los efectos temporales de las formas de pulso TMS y las secuencias de pulso, el control de la forma de onda es relativamente inflexible y solo es posible de forma paramétrica dentro de ciertos límites. Los enfoques propuestos anteriormente para el control flexible de la forma del pulso, como a través de inversores electrónicos de potencia, tienen limitaciones significativas: los interruptores de semiconductores existentes pueden fallar bajo la inmensa tensión eléctrica asociada con la formación de pulso libre, y la mayoría de las topologías de inversores de potencia convencionales son incapaces de generar campos eléctricos uniformes o formas de pulso existentes. Aprovechando un trabajo preliminar intensivo en electrónica de potencia modular, presentamos una tecnología de sintetizador de pulso modular (MPS) que puede, por primera vez, generar de manera flexible pulsos TMS de alta potencia con forma de campo eléctrico definida por el usuario, así como secuencias rápidas de pulsos con alta calidad de salida. La topología del circuito rompe el problema de la alta potencia simultánea y la velocidad de conmutación en porciones más pequeñas y manejables. MPS TMS puede sintetizar prácticamente cualquier forma de pulso,

2. Modelos de campo eléctrico de bobinas de estimulación magnética transcraneal con geometrías arbitrarias: reconstrucción a partir de mediciones de campo magnético incompletas ( arXiv )

Autor: Kristoffer Hougaard Madsen , Maria Drakaki , Axel Thielscher

Resumen :Antecedentes: El cálculo del campo eléctrico inducido por la estimulación magnética transcraneal (TMS) en el cerebro requiere modelos precisos de las bobinas de estimulación. La reconstrucción de modelos a partir de los campos magnéticos medidos de bobinas funcionó hasta ahora solo para geometrías de bobinas planas y requería datos de la distribución completa de su campo magnético. Objetivo: Reconstruir modelos de bobinas con geometrías de bobinado arbitrarias a partir de mediciones de campo magnético espacialmente incompletas. Métodos: Aproximación de dipolo mediante estimación de norma mínima con un procedimiento de validación cruzada que evalúa simultáneamente la predictibilidad y reproducibilidad de la aproximación de campo. Los métodos se validaron con datos de densidad de flujo magnético adquiridos y simulados. Es más, Se investiga la reconstrucción de modelos de bobinas a partir de datos escasamente muestreados y se sugiere un procedimiento para obtener modelos de bobinas de dipolos dispersos basados ​​en búsqueda de correspondencia ortogonal. Resultados: dado que los datos medidos de las regiones alrededor de la bobina están disponibles, el potencial del vector magnético se puede representar con precisión mediante modelos dipolares ajustados, incluso a partir de datos muestreados escasamente. Es posible una dispersión considerable de los modelos de dipolo al mismo tiempo que se conserva una representación precisa del campo también cerca de la bobina. Conclusión: Nuestro enfoque versátil elimina un obstáculo importante para la construcción de modelos de bobina a partir de datos de medición y permite un compromiso flexible entre la precisión y la eficiencia computacional de los modelos de dipolo reconstruidos. Dado que los datos medidos de las regiones alrededor de la bobina están disponibles, el potencial del vector magnético se puede representar con precisión mediante modelos dipolares ajustados, incluso a partir de datos escasamente muestreados. Es posible una dispersión considerable de los modelos de dipolo al mismo tiempo que se conserva una representación precisa del campo también cerca de la bobina. Conclusión: Nuestro enfoque versátil elimina un obstáculo importante para la construcción de modelos de bobina a partir de datos de medición y permite un compromiso flexible entre la precisión y la eficiencia computacional de los modelos de dipolo reconstruidos. Dado que los datos medidos de las regiones alrededor de la bobina están disponibles, el potencial del vector magnético se puede representar con precisión mediante modelos dipolares ajustados, incluso a partir de datos escasamente muestreados. Es posible una dispersión considerable de los modelos de dipolo al mismo tiempo que se conserva una representación precisa del campo también cerca de la bobina. Conclusión: Nuestro enfoque versátil elimina un obstáculo importante para la construcción de modelos de bobina a partir de datos de medición y permite un compromiso flexible entre la precisión y la eficiencia computacional de los modelos de dipolo reconstruidos.

3. Inducción remota sin contacto de ondas de corte en tejidos blandos mediante un dispositivo de estimulación magnética transcraneal (arXiv)

Autor: Pol Grasland-Mongrain , Erika Miller-Jolicoeur , An Tang , Stefan Catheline , Guy Cloutier

Resumen: Este estudio presenta la primera observación de ondas de corte inducidas de forma remota dentro de los tejidos blandos. Se realizó mediante la combinación de un dispositivo de estimulación magnética transcraneal y un imán permanente. Se desarrolló un modelo físico basado en las ecuaciones de Maxwell y Navier. Los experimentos se realizaron en un fantoma de criogel y una muestra de pechuga de pollo. Usando un escáner de ultrasonido ultrarrápido, se observaron ondas de corte de amplitud respectiva de 5 y 0,5 micrómetros. Los resultados experimentales y numéricos estaban en buen acuerdo. Este estudio constituye el marco de referencia de un método alternativo de elastografía por ondas de corte.

4.Evaluación de algoritmos para la corrección de artefactos inducidos por estimulación magnética transcraneal en electroencefalogramas ( arXiv )

Autor : Panteleimon Vafeidis , Vasilios K. Kimiskidis , Dimitris Kugiumtzis

Resumen: La estimulación magnética transcraneal combinada con electroencefalografía (TMS-EEG) se usa ampliamente para estudiar la reactividad y la conectividad de las regiones del cerebro con fines clínicos o de investigación. El pulso electromagnético del dispositivo TMS genera en el instante de la administración un artefacto de gran amplitud y una duración de hasta decenas de milisegundos que se superpone con la actividad cerebral. Se han desarrollado métodos para la corrección de artefactos de TMS para eliminar el artefacto y recuperar la respuesta inmediata subyacente de la corteza cerebral al magnetismo . estímulo. En este estudio, se evalúan tres de estos algoritmos. Dado que no existe una verdad básica para la actividad cerebral enmascarada, los datos piloto formados a partir de la superposición del artefacto TMS aislado en la actividad cerebral del EEG se utilizan para evaluar el rendimiento de los algoritmos. Se consideran diferentes escenarios de experimentos TMS-EEG para la evaluación: TMS en estado de reposo, TMS induciendo descargas epileptiformes y TMS administrado durante descargas epileptiformes. Mostramos que un método de llenado de brechas propuesto es capaz de reproducir características cualitativas y, en muchos casos, parecerse mucho a la señal EEG oculta. Finalmente, se discuten las deficiencias de los algoritmos de corrección TMS, así como el enfoque de datos piloto.

5. Revisión de estudios de simulación y modelado biofísico para la estimulación magnética transcraneal ( arXiv )

Autor: José Gómez-Tames , Ilkka Laakso , Akimasa Hirata

Resumen :La estimulación magnética transcraneal (TMS) es una técnica para estimular de forma no invasiva un área del cerebro para tratamientos terapéuticos, de rehabilitación e investigación neurocientífica. A pesar de nuestra comprensión de los principios físicos y los desarrollos experimentales relacionados con TMS, es difícil identificar el objetivo cerebral exacto ya que la dosis generada muestra una distribución no uniforme debido a la anatomía cerebral complicada y dependiente del sujeto y la falta de biomarcadores que puedan cuantificar los efectos de TMS en la mayoría de las áreas corticales. La dosimetría computacional ha progresado significativamente y permite la evaluación de TMS mediante el cálculo del campo eléctrico inducido (el principal agente físico que se sabe que activa las neuronas del cerebro) en una representación digital de la cabeza humana. En esta revisión, se resumen los estudios de dosimetría TMS, aclarando la importancia de los parámetros anatómicos y biofísicos humanos y los métodos computacionales. Esta revisión muestra que existe un alto consenso sobre la importancia de una representación detallada del plegamiento cortical y un modelado preciso del líquido cefalorraquídeo circundante. Estudios recientes también han permitido la predicción de estimulación optimizada individualmente basada en imágenes de resonancia magnética del paciente/sujeto y han intentado comprender los efectos temporales de TMS a nivel celular mediante la incorporación de modelos neuronales. Estos esfuerzos, junto con el rápido despliegue de cálculos TMS personalizados, permitirán la adopción de la dosimetría TMS como un procedimiento estándar en los procedimientos clínicos. Esta revisión muestra que existe un alto consenso sobre la importancia de una representación detallada del plegamiento cortical y un modelado preciso del líquido cefalorraquídeo circundante. Estudios recientes también han permitido la predicción de estimulación optimizada individualmente basada en imágenes de resonancia magnética del paciente/sujeto y han intentado comprender los efectos temporales de TMS a nivel celular mediante la incorporación de modelos neuronales. Estos esfuerzos, junto con el rápido despliegue de cálculos TMS personalizados, permitirán la adopción de la dosimetría TMS como un procedimiento estándar en los procedimientos clínicos. Esta revisión muestra que existe un alto consenso sobre la importancia de una representación detallada del plegamiento cortical y un modelado preciso del líquido cefalorraquídeo circundante. Estudios recientes también han permitido la predicción de estimulación optimizada individualmente basada en imágenes de resonancia magnética del paciente/sujeto y han intentado comprender los efectos temporales de TMS a nivel celular mediante la incorporación de modelos neuronales. Estos esfuerzos, junto con el rápido despliegue de cálculos TMS personalizados, permitirán la adopción de la dosimetría TMS como un procedimiento estándar en los procedimientos clínicos. Estudios recientes también han permitido la predicción de estimulación optimizada individualmente basada en imágenes de resonancia magnética del paciente/sujeto y han intentado comprender los efectos temporales de TMS a nivel celular mediante la incorporación de modelos neuronales. Estos esfuerzos, junto con el rápido despliegue de cálculos TMS personalizados, permitirán la adopción de la dosimetría TMS como un procedimiento estándar en los procedimientos clínicos. Estudios recientes también han permitido la predicción de estimulación optimizada individualmente basada en imágenes de resonancia magnética del paciente/sujeto y han intentado comprender los efectos temporales de TMS a nivel celular mediante la incorporación de modelos neuronales. Estos esfuerzos, junto con el rápido despliegue de cálculos TMS personalizados, permitirán la adopción de la dosimetría TMS como un procedimiento estándar en los procedimientos clínicos.

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