Transkranijalni elektromagnetni skener ili transkranijalni elektromagnetna stimulacija (TKS) je tehnika neinvazivne stimulacije ljudskog mozga u kojoj se primenom oscilirajućeg magnetnog polja, visokog intenziteta (do 2.2.T), veoma kratkog trajanja pojedinačnog pulsa (oko 100 μs) pobuđuju neuralni elementi u moždanoj kori. Metoda zasnovana na primeni visokotehnološkog uređaja i alatki neuronaučnika, koja koristi magnetizam za sistematsko isključivanje određenih delova mozga bez potrebe da se fizički prodire u njega. TKS se pokazala kao siguran, efikasan, neinvazivan i bezbolan metod stimulacije perifernih i centralnih neuralnih struktura, jer se zasniva na principu Faradejeve elektromagnetne indukcije, odnosno, dejstvu promenljivog magnetnog polja na nervno tkivo.
Magnetizam može privremeno da priguši pojedine oblasti mozga, pa naučnici u određivanju funkcije tih delova mozga ne moraju da se oslanjaju na slučajeve pacijenata koji su doživeli moždani udar. Istorija Prva istraživanja u obasti upotrebe magnetnog polja u cilju stimulacije pojedinih moždanih regiona datiraju od kraja devetnaestog veka. 1874. godine Bartolov je prvi put obavio stimulaciju ljudskog cerebralnog korteksa. Tada je primenjena struja izazivala pokrete suprotne strane tela. 1954. godine (Gualiterotti i Patterson) po prvi put su vršili stimulaciju neeksponiranog motornog korteksa nizovima uzastopnih električnih stimulusa 1896. godine francuski naučnik d'Arsonval načinio je prve zapise koji govore o uticaju promenljivog magnetnog polja na živu materiju i pokazao da promenljivo magnetno polje može da izazove dovoljno snažan strujni tok i izazove stimulaciju živog tkiva (retine). Kao posledice primene zapažene su različite svetlosne senzacije, vrtoglavice i sinkope. 1910. godine (Silvanus Thompson). zabeležen je pokušaj stimulacije mozga elektromagnetnim poljem i dobio je slične efekte kao D’Arsonval.. 1965. godine radovi Bickford-a i Fremming-a, zasnovani su nastimulatoru, koji je generisao magnetno polje, koje je izazivalo stimulaciju perifernih nerava, ili po prvi put neinvazivnu i relativno bezbolnu stimulaciju neuromišićnih struktura. 1980. godine, začetnici novog poglavlja primene u ovoj oblasti smatraju se Merton i Morton.. U svom eksperimentu su demonstrirali da neinvazivna električna stimulacija motornog korteksa indukovana visokonaponskim stimulatorom dovodi do kontrakcijekontralateralnog mišića. Međutim, zbog izrazito bolnih senzacija nije u tom momentu našla širu primenu u kliničkom i istraživačkom radu. Par godina kasnije, na 11-om Međunarodnom Kongresu elektorencefalografije i kliničke neurofiziologije prikazan je rad Barker-a i njegovih saradnika prikazala je redizajniran model neinvazivnog moždanog stimulatora sa kojim je moguće stimulisati mozak uz minimalne bolne senzacije.Barker AT, Freeston IL, Jalinous R, Jarratt JA. . Klinička primena Brojni pokušaji transkranijalne primene moždane stimulacije, kako na animalnim modelima tako i na ljudima, tokom druge polovine dvadesetog veka zbog nedovoljnih dokaza o efikasnosti ovih metoda nisu našle primenu u kliničkoj praksi.
Prva klinička primena metode transkranijalne električne stimulacije (TES), zabeležena je u publikacija Merton-a i Morton-a u časopisu Lancet, 1980. godine. Oni su primenom bipolarnih elektroda kratkotrajno pojedinačno električno pražnjenje inteziteta oko 2.000 V preko skalpa, izazvalo je kontralateralni motorni odgovor.
Prof. Anthony Barker (Istraživačka grupa sa Univerziteta u Sheffield-u, Barker i Jalinous, UK) javno demonstrirao tehniku, na XI Internacionalnom kongresu EEG i kliničke neurofiziologije u Londonu, a potom i pred Društvom fiziologa (Physiological Society) u Oksford-u, 1985. godine.
Fizika magnetne indukcije мини|Transkranijalni elektromagnetni skener Prema Biot-Savar-ovom zakonu, vektor magnetne indukcije, što je stvara proizvoljna strujna kontura c, može se pisati u obliku integrala:
B je vektor magnetne indukcije (izražena u Teslama, T), μ je magnetna permeabilnost (smatra se da je u živim tkivima ona jednaka magnetnoj permeabilnosti vakuuma, vrednosti 4π x 10H/m), integrali se po zatvorenoj strujnoj konturi
Magnetno polje naelektrisanja u kretanju, jer je struja uvek posledica naelektrisanja u kretanju, a njena, opet posledica okružujuće magnetno polje, po istom zakonu računato je:
Ako uzmemo da se kalem magnetnog stimulatora sastoji od kružnih kontura bakarne žice, koje su u različitim modelim različito geometrijski grupisane, za jednu kružnu strujnu konturu, poluprečnika a, kroz koju protiče struja intenziteta I, elementarna magnetna indukcija u tačkama ose koja prolazi kroz centar konture i upravna je na njenu ravan - u tački M koja se nalazi na odstojanju x od ravni konture a na odstojanju R od strujnog elementa Idl – imaće intenzitet:
a pravac će joj biti normalan na poteg R i ležaće u ravni što je obrazuju poteg R i osa konture. Svaki vektor elementarne indukcije ima svoju komponentu u pravcu ose konture i komponentu koja je upravna na osu (d i d). Upravne komponente koje potiču od identičnih i dijametralno suprotnih elemenata, međusobno se potiru, pa tako ostaju samo komponente koje su zapravo dB sinθ.
Ako uzmemo da takvih kontura ima više, i da su istih prečnika a (za kalemove različitih dijametara, broj navojaka varira od 15 do 21, ili negde 25), broj navojaka na elementu dx duž ose L, izraz NIdx/L će predstavljati novi strujni element, na koji primenjujemo izračunavanja. Ceo solenoid možemo smatrati onda nizom ekvidistantnih kružnih strujnih kontura na međusobnom rastojanju dx.
Princip rada Ove nove alatke zasniva se na nafizičkoj činjenici da promenljivo električno polje može stvoriti magnetno polje, i obrnuto. Ova magnetna polja su izuzetno mala i predstavljaju tek milijarditi deo Zemljinog magnetnog polja. I dok MEG, kao i EEG, imaju izuzetno dobru vremensku rezoluciju, sve do hiljaditog delića sekunde, sa prostornom rezolucijom koja je loša – reda veličine jednog kubnog centimetra, transkranijalni elektromagnetni skener (u daljem tekstu TES) generiše veliki električni signal koji stvara intenzivan impuls magnetne energije.. Epub 2007 Jan 24.
TES se postavlja kraj mozga tako da magnetni impuls prodire kroz lobanju i stvara drugi električni impuls unutar mozga. Ovaj sekundarni električni impuls dovoljan je da isključi ili priguši aktivnost određenih oblasti mozga.Uopšteno, oblik indukovanog električnog polja u tkivu zavisi od oblika stimulatornog kalema i položaja i orijentacije kalema u odnosu na tkivo, kao i od električne provodljivosti i strukture tkiva na koje se deluje tim poljem.
Magnetni stimulatori stvaraju impulsna magnetna kola u nadražljivim tkivima na koja deluju stvarajući tokove, koji se u elektrofiziologiji zovu EPSP ekscitatorni postsinaptički potencijali (u daljem tekstu EPSP). EPSP nastao u motornoj kori ili u spinalnim korenovima ili perifernim nervima, izaziva aktivaciju kortikalnih nervnih ćelija odnosno motornih aksona na periferiji, a time i mišića. Pražnjenje izazvano na mišićima manifestuje se kao prosta mišićna kontrakcija, a ako postavimo eksploratorne (površinske) elektrode onda vidimo električni odgovor sa mišića, ili motorni evocirani potencijal (MEP). Uređaj i rad magnetnog stimulatora Princip rada je zasnovan na pražnjenjenju stimulator kondenzator visokog napona i velikom električnom strujom podsticaja za kalema bakarne žice (npr. S. „induktor" ili „kalem") u vreme visokog napona prekidača kola. U ovom trenutku u induktor javlja pulsirajući magnetno polje (do 4 Tesla (jedinica), koji izaziva nervne impulse.
Maksimalni dosegljivi intenzitet magnetnog polja zavisi od frekvencije stimulacije i smanjuje se sa njegovim povećanjem. Ova zavisnost je posledica ograničenog kapaciteta kola za punjenje kondenzatora da bi se ponovo napunili kondenzator do potrebnog napona u pauzi između stimulusa.
Strujni tok kroz indukcioni kalem izaziva zagrevanje. Što je veća snaga stimulusa i učestalost stimulacije, brže je grejna površina, u ovom slučaju radne površine induktorka, koja, kada je u direktnom kontaktu sa pacijentom, može izazvati hiperemiju (crvenilo) ili opekotine. Korišćenje induktora sa prisiljenim hlađenjem omogućava povećanje vremena neprekidnog rada bez pregrevanja.
Vrste podsticaja Monofazni stimulus — je stimulus u kojem struja u induktorskom namotaju protiče u jednom pravcu, povećava se u sinusoidnom poretku i eksponencijalno smanjuje. Dvofazni stimulus — je stimulus u kome se oblik struje u induktorskom kalemu karakteriše jednim periodom prigušenog sinusoida. Bifazni stimulusni rafal — je dvofazna stimulacija u kojoj se izdaju serije dvofaznih stimulusa sa visokom frekvencijom (do 100 Hz i smanjenom amplitucijom umesto jednog pulsiranja. Uparen monofazni stimulus — su dva stimulansa sa datim intersticijalnim intervalom i amplitudom, postavljenim nezavisno za svaki stimulus.
Izbor tipa induktora мини|Dvostruki ugaoni induktor Pri izboru induktora uzimaju se u obzir maksimalna snaga magnetnog polja koju generiše i, shodno tome, maksimalna snaga električnog polja, kao i oblik i veličina zavojnice.
Karakteristike generisanih magnetnih polja u većoj meri zavise od dizajna induktivnog namotaja. Najčešći induktori su prstenasti, dvostruki i dvostruki ugaoni.
U prstenastim induktorima, oblast maksimalne magnetne indukcije nalazi se na unutrašnjoj ivici kalema (rebra unutrašnjeg kruga). U dvostrukim i dvostrukim ugaonim induktorima, maksimalna gustina magnetnog polja je u centru indukcije (oblast u kojoj dolaze u kontakt sa obe „krila"), što omogućava da dobijemo dobro fokusirano, ali relativno slabo impulsno magnetno polje.
Dubina prodiranja magnetnog polja je direktno proporcionalna prečniku korišćenog namotaja i struji koja teče kroz njega. Mali induktivni induktori stvaraju veliku indukciju magnetnog polja na površini kože i stoga, kao i dvostruki induktori, dobro utiču na površinske strukture. Veliki prstenovi se karakterišu dubokim prodornim poljima, ali njihov efekat je slabo fokusiran.
Namena мини|TES za istraživanje na glodarima Naučnici su ranije morali da računaju na šlogove ili tumore da isključe pojedine delove mozga, kako bi na osnovu toga odredili koja im je funkcija. Ali TES omogućava da se bezbedno, po želji, prekine ili umanji aktivnost delova mozga. Kad se uputi magnetna energija u određenu tačku u mozgu i pri tome se posmatra ponašanje dotične osobe, moguće je odrediti funkciju tog regiona (naa primer, ako uputimo magnetni impuls u levi temporalni režanj, možemo zapaziti negativan uticaj na sposobnost govora.)
Kratkotrajno snažno magnetno polje emitovano iznad poglavine u stanju je da prođe kroz strukture poglavine i dovede do stvaranja kratkotrajnog električnog polja u površinskim slojevima kore velikog mozga. Ovo lokalno električno polje može biti dovoljnog intenziteta i gustine da depolarizuje neurone. Kada se TMS pulsevi repetitivno primene, oni mogu da moduliraju kortikalnu ekscitabilnost, snižavajući ili povećavajući je, zavisno od parametara stimulacije, čak duže od trajanja same stimulacije. Ova modulacija kortikalne ekscitabilnosti prenosi se distalno na ekscitabilnost spinalnih neurona i refleksnih lukova, što ima bihevijoralne konsekvence i terapijski potencijal..Neuroeng.Rehabil . Primena u istraživanjima Modeli koji se bave magnetnom stimulacijom su od velike važnosti u istraživanjima koja se tiču lokusa, stepena i mehanizama stimulacije, u interpretaciji eksperimenata kao i za konstruisanje efikasne instrumentacije. Modeliranje se može podeliti na dve važne ali razdvojene oblasti: 1) izračunavanje makroskopskih elektromagnetnih polja koja potiču od struje u kalemu 2) razmatranje odgovora neuralnih struktura kao posledice naelektrisanja koja makroskopska polja stvaraju na membranama nadražljivih tkiva.
Mane