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Transkranielle Magnetstimulation TMS

Bei der transkraniellen Magnetstimulation wird durch ein kurzfristig aufgebautes, starkes Magnetfeld transkranial (d.h. durch die Schädeldecke hindurch) eine Depolarisation der unter der Applikationsspule liegendenden Hirnareale erzeugt.

Das linke Bild zeigt ein handelsübliches Gerät für die TMS. Die Spule wird manuell am Kopf des Patienten ausgerichtet und erzeugt ein starkes lokal begrenztes Magnetfeld. Das rechte Bild illustriert, wie die Spule am Kopf des Patienten platziert wird. Durch das Magnetfeld werden lokal begrenzt und schmerzfrei die betreffenden Hirnareale stimuliert. Der Effekt ist vergleichbar mit einer durchblutungsfördernden Massage eines Muskels. Es gibt keine manipulativen Veränderungen, die das Bewusstsein oder das Gedächtnis des Patienten betreffen. Keine neuropathologischen Veränderungen, keine Beeinträchtigung von Gedächtnis oder Konzentration.

Anwendungs- und Forschungsgebiete der TMS

Eigenschaften der TMS

2-Achsen-Führungssystem PoSyMag 3D

Dieses Führungssystem ist das Ergebnis meiner Diplomarbeit. Es ermöglicht die automatische Positionierung einer Magnetspule für die TMS anhand digitaler medizinischer Bilddaten. 

Das Computermodell aus meiner Software. Grau: Bügel, Lila: Laufkatze, Orange-braun: Spule 

Dies ist der erste voll funktionsfähige Prototyp des Positioniersystems. Der Bügel kippt nach vorne und hinten und überstreicht damit die gesamte Gehirnregion. Auf dem Bügel sitzt eine Laufkatze, die den Bereich von einem Ohr zum anderen erreicht. An dieser Laufkatze hängt die Magnetspule. Der Antrieb besteht aus 2 DC-Motoren mit Getriebe und Encoder (Impulsgeber).

Motivation für meine Arbeit

Herkömmlicher Ablauf der TMS

Anatomische Analyse: Aufspüren von anatomischen bzw. funktionellen cerebralen Veränderungen. Darstellung der Hirnanatomie mit einer hohen räumlichen Auflösung mittels CT (Computertomographie) oder MRT (Magnet-Resonanz-Tomographie).

Analyse der neuronalen Aktivität: Lokalisieren von Störungen der kortikalen Aktivierung mittels bildgebender Verfahren wie fMRT (funktionelle Magnet-Resonanz-Tomographie) oder PET (Positronen-Emissions-Tomographie): Regionale Hirndurchblutung bzw. regionaler Glucosemetabolismus, die allgemein als Maß der regionalen neuronalen Aktivität gelten.

Abschätzung der idealen Spulenposition: Der Arzt vergleicht die Bilddaten miteinander und schätzt die ideale Spulenposition und Feldstärke ab.

Manuelle Ausrichtung der Spule am Kopf des Patienten: Sehr ungenaue örtliche Ausrichtung mit Positionierfehler Zentimeterbereich.

Der neue Ansatz

Wie vorher beginnen wir wieder mit einer anatomischen Analyse und einer neuronalen Analyse.

Beide Datensätze werden im Rechner kombiniert: In einem weiteren Schritt werden die beiden Datensätze nun miteinander kombiniert und überlagert. Der Rechner bringt die Bilder mit der sichtbaren neuronalen Aktivität, die eine sehr geringe örtliche Auflösung besitzen, in Kontext mit den sehr exakten anatomischen Bildern und generiert daraus einen neuen Satz Bilder.

Rechnergesteuerte Positionierung

Wir erhalten also einen exakten Bildsatz mit der farblich markierten neuronalen Aktivität. Für die Bereiche, die wir nun stimulieren wollen, führt der Rechner die Berechnung der idealen Spulenposition und der erforderlichen Feldstärke aus.

Anschließend folgt die automatische und exakte Positionierung der Spule durch das Positioniersystem.

Bilddatenverarbeitung

Das Positioniersystem wird durch eine graphische PC-Software gesteuert. Dieses Programm liest medizinische Bilddaten im DICOM3.0-Format ein und visualisiert sie in 2D und 3D. Die Erzeugung des 3D-Modells aus 2D-Daten geschieht hierbei weitgehend automatisch. Der Bediener kann das 3D-Modell am Bildschirm betrachten, es drehen und zoomen und variable Schnitte setzen. Er kann einen Bereich markieren, den er manipulieren möchte, die Software errechnet daraufhin die ideale Spulenposition und erforderliche Feldstärke und visualisiert das Feld im 3D-Modell. Anschließend kann die Spule vom Positioniersystem automatisch am Kopf des Patienten positioniert werden.

 Hier sehen Sie zwei Screenshots aus meiner Software PoSyMag 3D:

 Klicken Sie auf die Bilder, um eine Großansicht zu erhalten.

Eine ausführliche Beschreibung des Positioniersystem für die TMS finden Sie in meiner Diplomarbeit.