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경두개 자기 자극술 (Transcranial Magnetic Stimulation)은 머리의 외부에 위치한 코일에 전류를 주입시켜 발생된 자기장을 머리에 투과시켜, 이 후 유도되는 전기장을 이용하여 뇌의 특정부위를 자극하는 비침습적이고 비경련적인 치료방법 중 하나이다. 이 기술은 최근 우울증 치료에 효과가 있다고 밝혀졌으며 간질의 진단과 치료에도 사용되고 있다. 하지만 과도한 전류를 발생시키거나 머리 내부의 잘못된 부위에 자극을 주면 발작과 같은 위험성을 초래할 수 있다. 최근에는 ...

경두개 자기 자극술 (Transcranial Magnetic Stimulation)은 머리의 외부에 위치한 코일에 전류를 주입시켜 발생된 자기장을 머리에 투과시켜, 이 후 유도되는 전기장을 이용하여 뇌의 특정부위를 자극하는 비침습적이고 비경련적인 치료방법 중 하나이다. 이 기술은 최근 우울증 치료에 효과가 있다고 밝혀졌으며 간질의 진단과 치료에도 사용되고 있다. 하지만 과도한 전류를 발생시키거나 머리 내부의 잘못된 부위에 자극을 주면 발작과 같은 위험성을 초래할 수 있다. 최근에는 TMS 자극 시 머리 내부에 유도되는 전기장의 분포와 세기를 유한 요소 해석 (FEM: Finite Element Method)을 이용하여 정확히 예측하기 위한 연구가 활발히 진행 중 이다. 하지만 TMS 시뮬레이션을 진행하기 위해서는 고해상도 머리 모델 생성 및 코일 위치, 크기, 모양 등 다양한 변수들을 고려해야 하지만 현재 상용화 된 시뮬레이션 툴의 부재로 많은 어려움이 있다. 그래서 TMS 시뮬레이션 시, 사용자에게 간편한 조작을 통해 등방성(isotropy) 및 비등방성(anisotropy)을 고려한 머리모델 생성이 가능하고 다양한 코일 변수들을 쉽게 조정 가능한 툴을 개발하였고, 이를 이용하여 실제 등방성 머리모델과 비등방성 성질을 적용시킨 머리 모델 생성 후 비교를 통하여 유도전기장의 분포를 확인 할 수 있었다. 특히 뇌의 백질(White matter) 지역에는 신경섬유들이 다양한 전도도 방향성을 가지고 있기 때문에 비등방성 머리 모델을 고려해야 한다. 본 논문에서는 등방성 머리모델과 비등방성 머리모델의 비교를 통하여 백질 지역의 비등방성 성질이 유도전기장의 분포에 영향을 주고 있다는 것을 확인하였다. 이는 앞으로 백질 지역의 비등방성 성질을 시뮬레이션 진행시 꼭 고려해야 할 요소중에 하나라는 것을 말한다. 또한 기존의 8자코일과 8자코일에 차폐판(conductive shield plate)을 부착시킨 2가지 모델을 이용하여 TMS에 미치는 영향을 관찰하였고 그 결과 차폐판을 부착 시킨 모델에서 유도전기장의 집중도가 향상 되는 것을 확인하였다. 이를 통하여 TMS의 문제점으로 생각 되었던 불필요한 지역까지 자극되는 단점을 상당히 줄 일 수 있을 것이라고 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive technique for brain stimulation using the principle of electromagnetism to induce current density in the brain via coils placed above the head. It has been used as a useful treatment of brain dysfunctions such as depression and epilepsy. Alth...

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive technique for brain stimulation using the principle of electromagnetism to induce current density in the brain via coils placed above the head. It has been used as a useful treatment of brain dysfunctions such as depression and epilepsy. Although TMS is known to be painless and noninvasive, it can also be harmful to the brain by incorrect focusing and excessive stimulation which might result in seizure. Therefore there is ongoing research effort to elucidate and better understand the effect and mechanism of TMS. Lately Finite element method (FEM) has been used to simulate the electromagnetic phenomenon of TMS. However, there is a lack of general tools to generate the models of TMS due to some difficulties in realistic modeling of the human head and TMS coils. Thus firstly we have developed a toolbox through which one can generate high-resolution FE TMS models. The toolbox allows creating gyri-specific head model considering isotropic and anisotropic electrical conductivities in five different tissues of the head and the coils in 3D. The generated TMS model is importable to FE software packages such as ANSYS for further and efficient electromagnetic analysis. Using our toolbox, we demonstrate the anisotropy can have significant effect on the induced current density, especially when the induced current density aligns same orientation of the fiber and conductive shield plate with Figure-of-Eight (FOE) coil increases the focality even though magnitude of current density is reduced. These studies will help to understand of the TMS effect on the head and estimate the stimulated area.