EP3784342A2 - Dispositif d'emission magnetique pour stimulation magnetique cerebrale non invasive - Google Patents

Dispositif d'emission magnetique pour stimulation magnetique cerebrale non invasive

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Publication number
EP3784342A2
EP3784342A2 EP19791449.2A EP19791449A EP3784342A2 EP 3784342 A2 EP3784342 A2 EP 3784342A2 EP 19791449 A EP19791449 A EP 19791449A EP 3784342 A2 EP3784342 A2 EP 3784342A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spiral
antenna
magnetic
emission device
point
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19791449.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Stefan ENOCH
Redha ABDEDDAIM
Éric Émile David GUEDJ
Raphaëlle LE ROUZIC
Megdouda BENAMARA
Marie Coralie BULTOT
Michael KEFEDER
Tryfon ANTONAKAKIS
Fouad FEZARI
Elodie GEORGET-PARIS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Multiwave Technologies Ag
Aix Marseille Universite
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Assistance Publique Hopitaux de Marseille APHM
Ecole Centrale de Marseille
Original Assignee
Multiwave Technologies Ag
Aix Marseille Universite
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Assistance Publique Hopitaux de Marseille APHM
Ecole Centrale de Marseille
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Multiwave Technologies Ag, Aix Marseille Universite, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Assistance Publique Hopitaux de Marseille APHM, Ecole Centrale de Marseille filed Critical Multiwave Technologies Ag
Publication of EP3784342A2 publication Critical patent/EP3784342A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N2/00—Magnetotherapy
    • A61N2/004—Magnetotherapy specially adapted for a specific therapy
    • A61N2/006—Magnetotherapy specially adapted for a specific therapy for magnetic stimulation of nerve tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N2/00—Magnetotherapy
    • A61N2/02—Magnetotherapy using magnetic fields produced by coils, including single turn loops or electromagnets

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic emission device for noninvasive magnetic brain stimulation and the use of such a device.
  • the invention applies more particularly to a magnetic emission device for noninvasive magnetic brain stimulation, comprising an antenna (generally referred to as "coil” in English).
  • Non-invasive brain magnetic stimulation methods such as Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) are used to treat various neurological or psychiatric conditions such as depression, dystonia, pain, tinnitus or sequelae. stroke (non-exhaustive list).
  • TMS Transcranial Magnetic Stimulation
  • the common principle of these methods is to non-invasively induce electrical currents in brain regions, thus modulating their level of activity.
  • the antenna is connected to an electrical power generation device so as to radiate a magnetic field near a human head, which induces an electric current in any excitable tissue of the brain.
  • These electric currents generate different physiological or behavioral effects depending on the affected cerebral region and the intensity of the field.
  • antennas of different sizes and shapes There are antennas of different sizes and shapes, these parameters largely determine the distribution and penetration capacity of the magnetic field in a given brain region, its extent and its spatial resolution.
  • the subject of the invention is therefore a magnetic emission device for noninvasive magnetic brain stimulation, comprising an antenna and characterized in that it further comprises means designed to select one of a plurality of predefined portions of the antenna and to connect the selected portion to a current generating device to, on the one hand, pass the current in the selected portion of the antenna to radiate a magnetic field and, on the other hand, to prevent the current from passing out of the selected portion of the antenna.
  • the antenna comprises at least one spiral having several turns and each predefined portion has a segment of each spiral.
  • the segments of each spiral extend respectively to whole numbers of turns of the spiral, these integers being for example consecutive and starting for example to one.
  • the segments of each spiral extend from the same first point of the spiral up to the second points respectively staggering along the spiral.
  • the means comprise, for each spiral, a switch designed to selectively connect each of the second points to the current generating device.
  • the first point is intended to be connected to the current generating device.
  • the first point is located more in the center of the spiral than the second points.
  • the antenna comprises two parts and the magnetic emission device further comprises a relative positioning device of the two parts according to the selected predefined portion.
  • the magnetic emission device further comprises the current generating device and the current generating device is designed to supply a current having at least one pulse of duration between 0.5 and 4 ms, of preferably between 1 and 2 ms, and intensity between 500 and 10,000 A, preferably between 1000 and 3000 A.
  • the invention also relates to the use of a magnetic emission device according to the invention, this use comprising:
  • FIG. 1 schematically represents the general structure of a magnetic emission device for noninvasive magnetic brain stimulation, according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 illustrates the successive steps of a non-invasive brain magnetic stimulation method, according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 schematically represents the general structure of a magnetic emission device for non-invasive cerebral magnetic stimulation, according to a second embodiment of the invention
  • FIGS. 4, 5 and 6 represent possible positions of two spirals of an antenna of the magnetic emission device of FIG. 3, and
  • FIGS. 7 to 9 are graphs illustrating the performance of different magnetic emission devices according to the invention, compared to known antennas.
  • a magnetic emission device 100 for non-invasive cerebral magnetic stimulation according to a first embodiment of the invention will now be described by way of non-limiting example.
  • the magnetic emission device 100 firstly comprises an antenna 102 comprising a flat spiral with straight sections having several turns (three turns in the example described) and extending from a central end S to a peripheral end E 3 .
  • the magnetic emission device 100 also preferably comprises a cooling device (not shown) of the antenna 102.
  • the cooling device comprises a cooling fluid (gas and / or liquid) in which the antenna 102 is immersed.
  • the antenna 102 may be hollow (tubular) and the cooling fluid flows inside the antenna 102.
  • the magnetic emission device 100 further comprises a current generation device 104 designed to supply a current having at least one pulse of duration between 0.5 and 4 ms, preferably between 1 and 2 ms, and of intensity between 500 and 10 000 A, preferably between 1000 and 3000 A. In the case where a pulse train is sent, this pulse train has a frequency between 0.1 Hz and 10 kHz, preferably between 0.9 to 50 Hz.
  • the current generating device 104 is connected to the central end S of the spiral.
  • the magnetic transmitter device 100 further comprises means 106 adapted to select one of a plurality of predefined portions of the antenna 102 and to connect the selected portion to the current generation device 104.
  • each predefined portion comprises a segment of the spiral, extending over an integer number of spiral turns.
  • the segments extend from the same point formed in the example described by the central end S up to points E 1 respectively; E 2 , E 3 (the point E 3 being formed by the peripheral end E 3 of the spiral) extending along the spiral from the central end S.
  • the points S, E 1; E 2 , E 3 are spaced, along the spiral, substantially a spiral turn from one point to the next.
  • the points S and E are spaced substantially from a spiral turn
  • the points E and E 2 are spaced substantially from a spiral turn
  • the points E 2 and E 3 are spaced substantially by one turn of spiral .
  • three predefined portions of the antenna 102 are thus provided: a first portion extending over a spiral tower, from the point S to the point E 1; a second portion extending over two turns of spiral, from point S to point E 2 , and a third portion extending over three spiral turns, from point S to point E 3 (i.e. the entire antenna 102).
  • the means 106 comprise firstly a switch 108 designed to selectively connect each of the points E 1; E 2 , E 3 to the current generating device 104.
  • the current device 104 is connected between the point S and the point E 1; E 2 or E 3 selected.
  • the current generated by the current generating device 104 therefore passes into the selected portion of the antenna 102, but does not pass out of that selected portion.
  • only the selected portion of the antenna 102 radiates a magnetic field.
  • the switch 108 comprises a switch controllable by point E 1; E 2 or E 3 being selectable, this controllable switch being connected, on the one hand, to the current generating device and, on the other hand, to the point E 1; E 2 or E 3 considered.
  • Each controllable switch can be realized, for example, with transistors or electronic relays.
  • the means 106 furthermore comprise a device 10 for controlling the current generation device 104 and the switch 108.
  • the control device 1 10 comprises, for example, a computer comprising a processing unit 1 10A and a memory 1 10B coupled to the processing unit 1 10A and intended to contain a computer program 1 10C comprising instructions to be executed by the processing unit 1 10A, for carrying out the steps implemented by the control device 1 10 which will be described in reference to Figure 2.
  • the control device 1 10 further comprises a man / machine interface 1 10D to allow its control by a user.
  • control device 1 10 could be formed of programmed hardware means micro or micro wired in dedicated integrated circuits.
  • control device 1 10 could be an electronic device consisting only of digital circuits (without a computer program) for carrying out the same actions.
  • the antenna 102 is placed near the head of a subject.
  • a user uses the interface 1 10D of the control device 1 10 to select a stimulation protocol from among a plurality of predefined protocols, as well as an antenna portion from the predefined portions.
  • the predefined protocols include one or more of the following protocols:
  • paired-pulse TMS double-pulse transcranial magnetic stimulation protocol
  • TMS transcranial magnetic stimulation protocol with triple / quadruple pulses
  • the current generation device 104 is controlled to produce three or four pulses separated from each other by one interval between 1 ms and 5 s (privileged mode from 1, 5 ms to 1, 25 s),
  • repetitive Transcranial Magnetic Stimulation Protocol (called “Repetitive TMS” in English), in which the current generation device 104 is controlled to produce pulses with a frequency of between 0.1 Hz and 10 kHz (privileged mode of 0.9 Hz at 50 Hz) including continuous or intermittent theta burst pauses ("theta-burst").
  • control device 110 controls the switch 108 so that the switch 108 connects the selected antenna portion to the current generating device 104.
  • control device 1 10 controls the current generation device 104 so that the latter provides a current according to the selected protocol.
  • the selected portion of the antenna 102 is traversed by the current and radiates a magnetic field in the subject's head.
  • an electric field then appears in the subject's head, thereby achieving non-invasive brain magnetic stimulation.
  • the method then returns to step 204 where the user can select another protocol and / or another portion of the antenna 102.
  • the selection step 204 can be implemented once for several iterations of the step loop 206, 208, 210.
  • the user then defines a sequence of protocol / portion pairs to respectively perform at each iteration of the loop of steps 206, 208, 210.
  • the following sequence can be defined: protocol "single-pulse TMS" for the first portion, then the second portion, then the third portion of the antenna 102, then "repetitive TMS" protocol for the second portion, then for the first portion of the antenna 102.
  • the control device 1 10 is then responsible for performing the defined sequence, without the user needs to intervene.
  • a magnetic emission device 300 for non-invasive brain magnetic stimulation according to a second embodiment of FIG. Embodiment of the invention will now be described, again by way of non-limiting example.
  • the antenna 102 comprises two identical spirals 302, 302 '(it will be appreciated that in the context of the present invention, the term "identical” includes the case of two mirror spirals one of the other).
  • the spirals 302, 302 'each have seven turns.
  • the spirals 302, 302 'respectively have central ends S, S' connected to one another and peripheral ends E 7 , E ' 7 . They further extend in parallel planes offset vertically (that is to say, perpendicular to these planes) from each other, to allow the overlap of the spirals 302, 302 'as will be explained later .
  • each predefined portion comprises a segment of the first spiral 302 and a segment of the second spiral 302 '.
  • the segments of the first coil 302 extend from the same point formed in the example described by the central end S to respectively point E ⁇ ... E 7 (point E 7 being formed by the end device E 7 of the first spiral 302) spaced along the first spiral 302 from the central end S.
  • the points S, E 1; ..., E 7 are spaced, along the first spiral 302, substantially one spiral turn from one point to the next.
  • the points S and E ⁇ are spaced substantially from a spiral turn
  • the points E 1 and E 2 are spaced substantially by one spiral turn, and so on.
  • the segments of the second spiral 302 ' extend from the same point formed in the example described by the central end S' to points E ... E ' 7 respectively (point E' 7 being formed by the peripheral end E ' 7 of the second spiral 302') spaced along the second spiral 302 'from the central end S'.
  • the points S ', E' 1; ..., E ' 7 are spaced, along the second spiral 302', substantially a spiral turn from one point to the next.
  • the points S and E are spaced substantially one turn of a spiral
  • the points E i and E '2 are spaced substantially one turn of a spiral, and so on.
  • these segments will be denoted SE N for the first spiral 302 and S'-E ' N for the second spiral 302', N varying from one to seven.
  • SE N the points S ', E' 15 E ' 7 are located on the second spiral
  • each segment of the first spiral 302 corresponds to an identical segment of the second spiral 302 '.
  • the segment SE 4 of the first spiral 302 and the segment S'-E ' 4 of the second spiral 302' are identical.
  • the means 106 comprise, for each spiral 302, 302 ', a switch 108, respectively 108', designed to selectively connect each of the points E ⁇ ... E 7 of the first spiral 302, respectively each of the points E ⁇ . .. E ' 7 of the second spiral 302', the current generating device 104.
  • the current device 104 is connected between the point E ⁇ ... E 7 selected by the switch 108 and the point E ... E ' 7 selected by the switch 108'.
  • the control device 1 10 is designed to control the switches 108, 108 'so that each predefined portion has two identical segments respectively belonging to the two spirals 302, 302'. More precisely, the points E 1; EL are connected at the same time to select the first predefined portion, the points E 2 , E 2 'are connected at the same time to select the second predefined portion, and so on.
  • the first predetermined portion includes, on the one hand, the SE ⁇ segment of the first coil 302 and, on the other hand, S'-E section of the second coil 302 ', and so on for the other portions predefined.
  • the magnetic emission device 300 further comprises a device 304 for relative positioning of the two spirals 302, 302 '.
  • the positioning device 304 is designed to translate the spirals 302, 302 'in translation relative to one another in a direction parallel to the planes of the spirals 302, 302'.
  • the positioning device 304 can cause the spirals 302, 302 'to overlap.
  • control device 1 10 is further adapted to control the positioning device 304 as a function of the selected predefined portion.
  • Figure 6 illustrates the case where the fourth predefined portion is selected. This fourth predefined portion comprises segment SE 4 and segment S'-E ' 4 . Then, the spirals 302, 302 'are positioned so that the point E' 4 is as close as possible to the point E 4 . Overlapping spirals, but not active segments (that is, segments of the selected predefined portion) overlap. The active segments are positioned adjacent to each other.
  • the magnetic emission device 300 can also be used according to the method 200 of FIG.
  • Figure 7 is a graph illustrating the performance of a magnetic emission device similar to that of Figure 1, but using a so-called circular antenna (a single circular spiral, for example as the spiral 302) having sixteen turns.
  • a so-called circular antenna a single circular spiral, for example as the spiral 302
  • Each antenna is evaluated with respect to a sphere representing a head.
  • the ordinate of the graph indicates the depth of action defined as the depth relative to the surface of the sphere at which the electric field resulting from the magnetic field of the antenna is halved compared to its maximum value at the surface of the antenna. the sphere.
  • the depth of action is generally called in the literature "D1 / 2".
  • the abscissa of the graph indicates the area of action defined as the ratio between the volume of action and the depth of action D1 / 2, the volume of action being the volume of the sphere in which the electric field resulting from the field magnetic of the antenna is greater than the maximum value at the surface of the sphere, divided by two.
  • the volume of action is generally called in the literature “V1 / 2” and the action surface is generally called in the literature “S1 / 2".
  • the round dots indicate the performance of conventional antennas as evaluated in the article "Electric field depth-focus tradeoff in transcranial magnetic stimulation: simulation comparison of 50 coil designs" by Deng, ZD, Lisanby, SH, & Peterchev, A. V, published in 2013 in the journal Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation, 6 (1), 1-13.
  • a reference of the form A x is assigned to each round point, where X represents the number assigned to the antenna considered in this article.
  • the square points indicate the performance of the antenna of the invention according to the selected predefined portion.
  • a reference of the form l T is assigned to each square point, where T represents the number of turns of the selected portion.
  • the reference 14 corresponds to a selected portion extending (using the references used for the spiral 302 of FIG. 3) from the point S to the point E4, that is to say extending over the four first turns of the spiral.
  • Fig. 8 is a graph similar to the graph of Fig. 7, illustrating the performance of a magnetic emission device similar to that of Fig. 3, but in which the spirals 302; 302 'each have ten turns.
  • the second positioning rule active segments overlapping is used.
  • Fig. 9 is a graph similar to the graph of Figs. 7 and 8, illustrating the performance of a magnetic emission device similar to that of Fig. 3, but in which the spirals 302; 302 'each have sixteen turns.
  • a magnetic emission device makes it possible to effectively replace several antennas of the state of the art.
  • a judicious choice of the predefined portions of the antenna makes it possible, by successively selecting carefully selected predefined portions, to follow the same progression of performance (dotted line in FIGS. 7-9) as by changing the antenna of the antenna. state of the art.
  • a magnetic transmission device can even replace antennas of the state of the art having different geometries from that of the antenna used in the magnetic emission device according to the invention.
  • the antenna used according to the invention for Figure 7 is a circular antenna and the predefined portions are also circular antennas - only changes the number of turns.
  • the known antenna A 8 H-coil
  • the known antenna A 15 in the form of a Chinese hat
  • the known antenna A 41 assembly of five small circular turns - two placed tangentially to the skull and three placed according to the normal to the skull and perpendicular to the first two.

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Abstract

ABREGE Ce dispositif d'émission magnétique (100) comporte une antenne (102) et en outre des moyens (106) conçus pour sélectionner une parmi une pluralité de portions prédéfinies de l'antenne (102) et pour connecter la portion sélectionnée à un dispositif de génération de courant (104) afin, d'une part, de faire passer le courant dans la portion sélectionnée de l'antenne (102) pour rayonner un champ magnétique et, d'autre part, d'empêcher le courant de passer hors de la portion sélectionnée de l'antenne (102).

Description

DISPOSITIF D’EMISSION MAGNETIQUE POUR STIMULATION MAGNETIQUE CEREBRALE NON INVASIVE ET PROCEDE D’UTILISATION D’UN TEL DISPOSITIF
La présente invention concerne un dispositif d’émission magnétique pour stimulation magnétique cérébrale non invasive et l’utilisation d’un tel dispositif.
L'invention s’applique plus particulièrement à un dispositif d’émission magnétique pour stimulation magnétique cérébrale non invasive, comportant une antenne (généralement désignée par le terme « coil » en anglais).
Les méthodes de stimulation magnétique cérébrale non invasives telles que la Stimulation Magnétique Transcrânienne (« transcranial magnetic stimulation » ou TMS en anglais) sont utilisées pour traiter différentes affections neurologiques ou psychiatriques telles que la dépression, la dystonie, la douleur, les acouphènes ou les séquelles d’accident vasculaire cérébral (liste non exhaustive). Le principe commun de ces méthodes est d’induire de manière non invasive des courants électriques dans des régions du cerveau, modulant ainsi leur niveau d’activité.
Pour induire ces courants électriques, l’antenne est connectée à un dispositif de génération de courant électrique de manière à rayonner un champ magnétique à proximité d’une tête humaine, ce qui induit un courant électrique dans tout tissu excitable du cerveau. Ces courants électriques génèrent des effets physiologiques ou comportementaux différents suivant la région cérébrale affectée et l’intensité du champ.
Il existe des antennes de différentes tailles et formes, ces paramètres déterminent en grande partie la distribution et la capacité de pénétration du champ magnétique dans une région cérébrale donnée, son étendue et sa résolution spatiale.
Or, en fonction de la pathologie à traiter, il faut stimuler différentes régions cérébrales, et donc changer d’antenne pour chaque stimulation, ce qui prend du temps et nécessite d’avoir à disposition une multitude d’antennes différentes.
Il peut ainsi être souhaité de prévoir un dispositif d’émission magnétique pour stimulation magnétique cérébrale non invasive qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
L’invention a donc pour objet un dispositif d’émission magnétique pour stimulation magnétique cérébrale non invasive, comportant une antenne et caractérisé en ce qu’il comporte en outre des moyens conçus pour sélectionner une parmi une pluralité de portions prédéfinies de l’antenne et pour connecter la portion sélectionnée à un dispositif de génération de courant afin, d’une part, de faire passer le courant dans la portion sélectionnée de l’antenne pour rayonner un champ magnétique et, d’autre part, d’empêcher le courant de passer hors de la portion sélectionnée de l’antenne.
Ainsi, grâce à l’invention, il est possible de reproduire le comportement d’antennes de tailles et de formes différentes et d’offrir une gamme de performances, simplement en sélectionnant différentes portions de l’antenne.
De façon optionnelle, l’antenne comporte au moins une spirale présentant plusieurs tours et chaque portion prédéfinie comporte un segment de chaque spirale.
De façon optionnelle également, les segments de chaque spirale s’étendent sur respectivement des nombres entiers de tours de la spirale, ces nombres entiers étant par exemple consécutifs et débutant par exemple à un.
De façon optionnelle également, les segments de chaque spirale s’étendent depuis un même premier point de la spirale jusqu’à respectivement des deuxièmes points s’échelonnant le long de la spirale.
De façon optionnelle également, les moyens comportent, pour chaque spirale, un commutateur conçu pour sélectivement connecter chacun des deuxièmes points au dispositif de génération de courant.
De façon optionnelle également, pour chaque spirale, le premier point est destiné à être connecté au dispositif de génération de courant.
De façon optionnelle également, pour chaque spirale, le premier point est situé plus au centre de la spirale que les deuxièmes points.
De façon optionnelle également, l’antenne comporte deux parties et le dispositif d’émission magnétique comporte en outre un dispositif de positionnement relatif des deux parties en fonction de la portion prédéfinie sélectionnée.
De façon optionnelle également, le dispositif d’émission magnétique comporte en outre le dispositif de génération de courant et le dispositif de génération de courant est conçu pour fournir un courant présentant au moins une impulsion de durée comprise entre 0,5 et 4 ms, de préférence entre 1 et 2 ms, et d’intensité comprise entre 500 et 10 000 A, de préférence entre 1 000 et 3 000 A.
L’invention a également pour objet l’utilisation d’un dispositif d’émission magnétique selon l’invention, cette utilisation comportant :
- la sélection par les moyens d’une première portion parmi la pluralité de portions prédéfinies de l’antenne de sorte que la première portion rayonne un champ magnétique dans une tête d’un patient, et de manière plus générale d’un sujet, - la sélection par les moyens d’une deuxième portion, différente de la première, parmi la pluralité de portions prédéfinies de l’antenne de sorte que la deuxième portion rayonne un champ magnétique dans la tête du patient, et de manière plus générale du sujet.
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement la structure générale d’un dispositif d’émission magnétique pour stimulation magnétique cérébrale non invasive, selon un premier mode de réalisation de l’invention,
- la figure 2 illustre les étapes successives d’un procédé de stimulation magnétique cérébrale non invasive, selon un mode de réalisation de l’invention,
- la figure 3 représente schématiquement la structure générale d’un dispositif d’émission magnétique pour stimulation magnétique cérébrale non invasive, selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
- les figures 4, 5 et 6 représentent des positionnements possibles de deux spirales d’une antenne du dispositif d’émission magnétique de la figure 3, et
- les figures 7 à 9 sont des graphiques illustrant les performances de différents dispositifs d’émission magnétique conformes à l’invention, par rapport à des antennes connues.
En référence à la figure 1 , un dispositif d’émission magnétique 100 pour stimulation magnétique cérébrale non invasive selon un premier mode de réalisation de l’invention va à présent être décrit, à titre d’exemple non limitatif.
Le dispositif d’émission magnétique 100 comporte tout d’abord une antenne 102 comportant une spirale plane à tronçons droits présentant plusieurs tours (trois tours dans l’exemple décrit) et s’étendant depuis une extrémité centrale S jusqu’à une extrémité périphérique E3.
Le dispositif d’émission magnétique 100 comporte en outre de préférence un dispositif de refroidissement (non représenté) de l’antenne 102. Par exemple, le dispositif de refroidissement comporte un fluide de refroidissement (gaz et/ou liquide) dans lequel l’antenne 102 est immergée. Alternativement, l’antenne 102 peut être creuse (tubulaire) et le fluide de refroidissement coule à l’intérieur de l’antenne 102. Le dispositif d’émission magnétique 100 comporte en outre un dispositif de génération de courant 104 conçu pour fournir un courant présentant au moins une impulsion de durée comprise entre 0,5 et 4 ms, de préférence entre 1 et 2 ms, et d’intensité comprise entre 500 et 10 000 A, de préférence entre 1 000 et 3 000 A. Dans le cas où un train d’impulsions est envoyé, ce train d’impulsion présente une fréquence comprise entre 0,1 Hz et 10 kHz, de préférence entre 0,9 à 50 Hz. Dans l’exemple décrit, le dispositif de génération de courant 104 est connecté à l’extrémité centrale S de la spirale.
Le dispositif d’émission magnétique 100 comporte en outre des moyens 106 conçus pour sélectionner une parmi une pluralité de portions prédéfinies de l’antenne 102 et pour connecter la portion sélectionnée au dispositif de génération de courant 104.
Dans l’exemple décrit, chaque portion prédéfinie comporte un segment de la spirale, s’étendant sur un nombre entier de tours de spirale. En outre, les segments s’étendent depuis le même point formé dans l’exemple décrit par l’extrémité centrale S jusqu’à respectivement des points E1 ; E2, E3 (le point E3 étant formé par l’extrémité périphérique E3 de la spirale) s’échelonnant le long de la spirale depuis l’extrémité centrale S. Les points S, E1 ; E2, E3 sont espacés, le long de la spirale, sensiblement d’un tour de spirale d’un point au suivant. Ainsi, les points S et E sont espacés sensiblement d’un tour de spirale, les points E et E2 sont espacés sensiblement d’un tour de spirale et les points E2 et E3 sont espacés sensiblement d’un tour de de spirale.
Dans l’exemple décrit, il est donc prévu trois portions prédéfinies de l’antenne 102 : une première portion s’étendant sur un tour de spirale, du point S au point E1 ; une deuxième portion s’étendant sur deux tours de spirale, du point S au point E2, et une troisième portion s’étendant sur trois tours de spirale, du point S au point E3 (c’est-à-dire sur la totalité de l’antenne 102).
Pour sélectionner chaque portion prédéfinie, les moyens 106 comportent tout d’abord un commutateur 108 conçu pour sélectivement connecter chacun des points E1 ; E2, E3 au dispositif de génération de courant 104. Ainsi, le dispositif de courant 104 est connecté entre le point S et le point E1 ; E2 ou E3 sélectionné. Le courant généré par le dispositif de génération de courant 104 passe donc dans la portion sélectionnée de l’antenne 102, mais ne passe pas hors de cette portion sélectionnée. Ainsi, seule la portion sélectionnée de l’antenne 102 rayonne un champ magnétique. Dans l’exemple décrit, le commutateur 108 comporte un interrupteur commandable par point E1 ; E2 ou E3 pouvant être sélectionné, cet interrupteur commandable étant connecté, d’une part, au dispositif de génération de courant et, d’autre part, au point E1 ; E2 ou E3 considéré. Chaque interrupteur commandable peut être réalisé, par exemple, avec des transistors ou des relais électroniques.
Les moyens 106 comportent en outre un dispositif 1 10 de commande du dispositif de génération de courant 104 et du commutateur 108. Le dispositif de commande 1 10 comporte par exemple un ordinateur comportant une unité de traitement 1 10A et une mémoire 1 10B couplée à l’unité de traitement 1 10A et destinée à contenir un programme d’ordinateur 1 10C comportant des instructions destinées à être exécutée par l’unité de traitement 1 10A, pour la réalisation des étapes mises en oeuvre par le dispositif de commande 1 10 qui seront décrites en référence à la figure 2. Le dispositif de commande 1 10 comporte en outre une interface homme/machine 1 10D pour permettre son pilotage par un utilisateur.
Alternativement, tout ou partie du dispositif de commande 1 10 pourrait être formé de moyens matériels micro programmés ou micro câblés dans des circuits intégrés dédiés. Ainsi, en variante, le dispositif de commande 1 10 pourrait être un dispositif électronique composé uniquement de circuits numériques (sans programme d’ordinateur) pour la réalisation des mêmes actions.
En référence à la figure 2, un exemple de procédé 200 d’utilisation du dispositif d’émission magnétique 100 pour réaliser une stimulation magnétique cérébrale non invasive va à présent être décrit.
Au cours d’une étape 202, l’antenne 102 est placée à proximité de la tête d’un sujet.
Au cours d’une étape 204, un utilisateur utilise l’interface 1 10D du dispositif de commande 1 10 pour sélectionner un protocole de stimulation parmi une pluralité de protocoles prédéfinis, ainsi qu’une portion d’antenne parmi les portions prédéfinies.
Par exemple, les protocoles prédéfinis comportent un ou plusieurs des protocoles suivants :
- protocole de Stimulation Magnétique Transcrânienne simple, dans lequel le dispositif de génération de courant 104 est commandé pour produire un unique train d’impulsions de fréquence comprise entre 0,1 Hz et 10 kHz (mode privilégié de 0,9 Hz à 50 Hz),
- protocole de Stimulation Magnétique Transcrânienne à double impulsions (appelée « paired-pulse TMS » en anglais), dans lequel le dispositif de génération de courant 104 est commandé pour produire deux impulsions séparées l’une de l’autre d’un intervalle compris entre 1 et 500 ms,
- protocole de Stimulation Magnétique Transcrânienne à triple/quadruple impulsions (appelée « triple/quadruple-pulse TMS » en anglais), dans lequel le dispositif de génération de courant 104 est commandé pour produire trois ou quatre impulsions séparées les unes des autres d’un intervalle compris entre 1 ms et 5 s (mode privilégié de 1 ,5 ms à 1 ,25 s),
- protocole de Stimulation Magnétique Transcrânienne répétée (appelée « Répétitive TMS » en anglais), dans lequel le dispositif de génération de courant 104 est commandé pour produire des impulsions de fréquence comprise entre 0,1 Hz et 10 kHz (mode privilégié de 0,9 Hz à 50 Hz) incluant des stimulations en rafale thêta (« theta-burst » en anglais) continues ou bien intermittentes.
Au cours d’une étape 206, le dispositif de commande 1 10 commande le commutateur 108 pour que ce dernier connecte la portion d’antenne sélectionnée au dispositif de génération de courant 104.
Au cours d’une étape 208, le dispositif de commande 1 10 commande le dispositif de génération de courant 104 pour que ce dernier fournisse un courant conforme au protocole sélectionné.
Au cours d’une étape 210, la portion sélectionnée de l’antenne 102 est parcourue par le courant et rayonne un champ magnétique dans la tête du sujet. En réponse au champ magnétique, un champ électrique apparaît alors dans la tête du sujet, ce qui réalise une stimulation magnétique cérébrale non invasive.
Le procédé retourne alors à l’étape 204 où l’utilisateur peut sélectionner un autre protocole et/ou une autre portion de l’antenne 102.
Alternativement, l’étape 204 de sélection peut être mise en œuvre une seule fois pour plusieurs itérations de la boucle d’étapes 206, 208, 210. Durant l’étape 204, l’utilisateur définit alors une séquence de paires protocole/portion à respectivement réaliser à chaque itération de la boucle d’étapes 206, 208, 210. Par exemple, la séquence suivante peut être définie : protocole « single-pulse TMS » pour la première portion, puis la deuxième portion, puis la troisième portion de l’antenne 102, puis protocole « Répétitive TMS » pour la deuxième portion, puis pour la première portion de l’antenne 102. Le dispositif de commande 1 10 se charge alors de réaliser la séquence définie, sans que l’utilisateur n’ait besoin d’intervenir.
En référence à la figure 3, un dispositif d’émission magnétique 300 pour stimulation magnétique cérébrale non invasive selon un deuxième mode de réalisation de l’invention va à présent être décrit, toujours à titre d’exemple non limitatif.
Les éléments similaires fonctionnellement au premier mode de réalisation de la figure 1 gardent les mêmes références.
Dans ce deuxième mode de réalisation, l’antenne 102 comporte deux spirales 302, 302’ identiques (il sera apprécié que dans le cadre de la présente invention, le terme « identique » inclut le cas de deux spirales miroirs l’une de l’autre). Dans l’exemple décrit, les spirales 302, 302’ présentent chacune sept tours. En outre, les spirales 302, 302’ présentent respectivement des extrémités centrales S, S’ connectées l’une à l’autre et des extrémités périphériques E7, E’7. Elles s’étendent en outre dans des plans parallèles décalés verticalement (c’est-à-dire perpendiculairement à ces plans) l’un de l’autre, pour permettre le chevauchement des spirales 302, 302’ comme cela sera expliqué par la suite.
D’une manière similaire au mode de réalisation de la figure 1 , il est prévu plusieurs portions prédéfinies de l’antenne 102. Plus précisément, chaque portion prédéfinie comporte un segment de la première spirale 302 et un segment de la deuxième spirale 302’.
Les segments de la première spirale 302 s’étendent depuis le même point formé dans l’exemple décrit par l’extrémité centrale S jusqu’à respectivement des points EÏ ... E7 (le point E7 étant formé par l’extrémité périphérique E7 de la première spirale 302) s’échelonnant le long de la première spirale 302 depuis l’extrémité centrale S. Les points S, E1 ; ..., E7 sont espacés, le long de la première spirale 302, sensiblement d’un tour de spirale d’un point au suivant. Ainsi, les points S et E^ sont espacés sensiblement d’un tour de spirale, les points E^ et E2 sont espacés sensiblement d’un tour de spirale, et ainsi de suite.
De même, les segments de la deuxième spirale 302’ s’étendent depuis le même point formé dans l’exemple décrit par l’extrémité centrale S’ jusqu’à respectivement des points E ... E’7 (le point E’7 étant formé par l’extrémité périphérique E’7 de la deuxième spirale 302’) s’échelonnant le long de la deuxième spirale 302’ depuis l’extrémité centrale S’. Les points S’, E’1 ; ..., E’7 sont espacés, le long de la deuxième spirale 302’, sensiblement d’un tour de spirale d’un point au suivant. Ainsi, les points S’ et E sont espacés sensiblement d’un tour de spirale, les points E’Ï et E’2 sont espacés sensiblement d’un tour de spirale, et ainsi de suite.
Par la suite, ces segments seront notés S-EN pour la première spirale 302 et S’-E’N pour la deuxième spirale 302’, N variant de un à sept. Autrement dit, les points S’, E’15 E’7 sont situés sur la deuxième spirale
302’ de la même manière que les points S, E1 ; E7 sur la première spirale 302. Ainsi, à chaque segment de la première spirale 302 correspond un segment identique de la deuxième spirale 302’. Par exemple, le segment S-E4 de la première spirale 302 et le segment S’-E’4 de la deuxième spirale 302’ sont identiques.
Ainsi, les moyens 106 comportent, pour chaque spirale 302, 302’, un commutateur 108, respectivement 108’, conçu pour sélectivement connecter chacun des points E^ ... E7 de la première spirale 302, respectivement chacun des points E^ ... E’7 de la deuxième spirale 302’, au dispositif de génération de courant 104. Le dispositif de courant 104 est donc connecté entre le point E^ ... E7 sélectionné par le commutateur 108 et le point E ... E’7 sélectionné par le commutateur 108’.
Afin de ne pas surcharger la figure, les connexions entre les commutateurs 108, 108’ et les points E^ ... E7, E^ ... E7 sont symbolisées par des flèches partant des commutateurs 108, 108’.
Par ailleurs, le dispositif de commande 1 10 est conçu pour commander les commutateurs 108, 108’ de sorte que chaque portion prédéfinie comporte deux segments identiques appartenant respectivement aux deux spirales 302, 302’. Plus précisément, les points E1 ; EL sont connectés en même temps pour sélectionner la première portion prédéfinie, les points E2, E2’ sont connectés en même temps pour sélectionner la deuxième portion prédéfinie, et ainsi de suite. Ainsi, la première portion prédéfinie comporte, d’une part, le segment S-EÏ de la première spirale 302 et, d’autre part, le segment S’-E de la deuxième spirale 302’, et ainsi de suite pour les autres portions prédéfinies.
Le dispositif d’émission magnétique 300 comporte en outre un dispositif 304 de positionnement relatif des deux spirales 302, 302’. Par exemple, le dispositif de positionnement 304 est conçu pour déplacer en translation les spirales 302, 302’ l’une par rapport à l’autre selon une direction parallèle aux plans des spirales 302, 302’.
Comme cela est illustré sur la figure 4, le dispositif de positionnement 304 peut amener les spirales 302, 302’ à se chevaucher.
De retour à la figure 3, le dispositif de commande 1 10 est en outre conçu pour commander le dispositif de positionnement 304 en fonction de la portion prédéfinie sélectionnée.
Deux règles de positionnement relatif des spirales 302, 302’ sont prévues par le dispositif de commande 1 10. En référence à la figure 5, selon la première règle de positionnement, les spirales 302, 302’ sont positionnées de sorte que, pour chaque spirale 302, 302’, le point connecté au dispositif de génération de courant 104 soit le plus proche possible du point central de l’autre spirale. La figure 5 illustre le cas où la quatrième portion prédéfinie est sélectionnée. Cette quatrième portion prédéfinie comporte le segment S-E4 et le segment S’-E’4. Alors, les spirales 302, 302’ sont positionnées de sorte que le point E’4 soit le plus proche possible du point S et que le point E4 soit le plus proche possible du point S’. Il y a chevauchement des segments actifs (c’est-à-dire des segments de la portion prédéfinie sélectionnée).
En référence à la figure 6, selon la deuxième règle de positionnement, les spirales 302, 302’ sont positionnées de sorte que les points connectés au dispositif de génération de courant 104 des deux spirales soient le plus proche possible l’un de l’autre. La figure 6 illustre le cas où la quatrième portion prédéfinie est sélectionnée. Cette quatrième portion prédéfinie comporte le segment S-E4 et le segment S’-E’4. Alors, les spirales 302, 302’ sont positionnées de sorte que le point E’4 soit le plus proche possible du point E4. Il y a chevauchement des spirales, mais pas des segments actifs (c’est-à-dire des segments de la portion prédéfinie sélectionnée). Les segments actifs sont positionnés adjacents l’un à l’autre.
Il sera apprécié que dans les deux règles de positionnement illustrées sur les figures 5 et 6, les spirales 302, 302’ sont en position dite « d’antenne en huit ».
Le dispositif d’émission magnétique 300 peut également être utilisé selon le procédé 200 de la figure 2.
La figure 7 est un graphique illustrant les performances d’un dispositif d’émission magnétique similaire à celui de la figure 1 , mais utilisant une antenne dite circulaire (une seule spirale circulaire, par exemple comme la spirale 302) présentant seize tours.
Chaque antenne est évaluée par rapport à une sphère représentant une tête.
L’ordonnée du graphique indique la profondeur d’action définie comme la profondeur par rapport à la surface de la sphère à laquelle le champ électrique résultant du champ magnétique de l’antenne est divisé par deux par rapport à sa valeur maximale à la surface de la sphère. La profondeur d’action est généralement appelée dans la littérature « D1/2 ».
L’abscisse du graphique indique la surface d’action définie comme le rapport entre le volume d’action et la profondeur d’action D1/2, le volume d’action étant le volume de la sphère dans lequel le champ électrique résultant du champ magnétique de l’antenne est supérieur à la valeur maximale à la surface de la sphère, divisée par deux. Le volume d’action est généralement appelé dans la littérature « V1/2 » et la surface d’action est généralement appelé dans la littérature « S1/2 ».
Les points ronds indiquent les performances des antennes classiques telles qu’évaluées dans l’article « Electric field depth-focality tradeoff in transcranial magnetic stimulation: simulation comparison of 50 coil designs » de Deng, Z. D., Lisanby, S. H., & Peterchev, A. V, publié en 2013 dans la revue Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation, 6(1 ), 1 -13. Une référence de la forme Ax est assignée à chaque point rond, où X représente le numéro assigné à l’antenne considérée dans cet article.
Les points carrés (déterminés par simulation numérique) indiquent les performances de l’antenne de l’invention suivant la portion prédéfinie sélectionnée. Une référence de la forme lT est assignée à chaque point carré, où T représente le nombre de tours de la portion sélectionnée. Par exemple, la référence l4 correspond à une portion sélectionnée s’étendant (en utilisant les références utilises pour la spirale 302 de la figure 3) du point S au point E4, c’est-à-dire s’étendant sur les quatre premiers tours de la spirale.
La figure 8 est un graphique similaire au graphique de la figure 7, illustrant les performances d’un dispositif d’émission magnétique similaire à celui de la figure 3, mais dans lequel les spirales 302 ; 302’ présentent chacune dix tours. La deuxième règle de positionnement (segments actifs se chevauchant) est utilisée.
La figure 9 est un graphique similaire au graphique des figures 7 et 8, illustrant les performances d’un dispositif d’émission magnétique similaire à celui de la figure 3, mais dans lequel les spirales 302 ; 302’ présentent chacune seize tours.
Sur la figure 9, les références avec un astérisque indiquent que la deuxième règle de positionnement est utilisée (segments actifs se chevauchant) tandis que l’absence d’astérisque indique que la première règle de positionnement est utilisée (segments actifs adjacents).
D’après les figures 7-9, il apparaît clairement qu’un dispositif d’émission magnétique selon l’invention permet de remplacer efficacement plusieurs antennes de l’état de la technique. En particulier, un choix judicieux des portions prédéfinies de l’antenne permet, en sélectionnant successivement des portions prédéfinies judicieusement choisies, de suivre la même progression de performance (ligne pointillée sur les figures 7-9) qu’en changeant d’antenne de l’état de la technique. En outre, un dispositif d’émission magnétique selon l’invention peut même remplacer des antennes de l’état de la technique ayant des géométries différentes de celle de l’antenne utilisée dans le dispositif d’émission magnétique selon l’invention. Par exemple, l’antenne utilisée selon l’invention pour la figure 7 est une antenne circulaire et les portions prédéfinies sont également des antennes circulaires - seul change le nombre de tours. Cependant, cela permet de remplacer par exemple l’antenne connue A8 (« H-coil » avec un assemblage particulier tenant dans un casque avec des parties selon la normale et d'autre tangentes au crâne), l’antenne connue A15 (en forme de chapeau chinois) ou bien l’antenne connue A41 (assemblage de cinq petites spires circulaires - deux placées tangentiellement au crâne et trois placées selon la normale au crâne et perpendiculaires au deux premières).
On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci- dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’émission magnétique (100 ; 300) pour stimulation magnétique cérébrale non invasive, comportant une antenne (102) comportant au moins une spirale, le dispositif d’émission magnétique (100 ; 300) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre des moyens (106) conçus pour sélectionner une parmi une pluralité de portions prédéfinies de l’antenne (102), chaque portion prédéfinie comportant un segment de chaque spirale, et pour connecter la portion sélectionnée à un dispositif de génération de courant (104) afin, d’une part, de faire passer le courant dans la portion sélectionnée de l’antenne (102) pour rayonner un champ magnétique et, d’autre part, d’empêcher le courant de passer hors de la portion sélectionnée de l’antenne (102).
2. Dispositif d’émission magnétique (100 ; 300) selon la revendication 1 , dans lequel chaque spirale présente plusieurs tours et dans lequel les segments de chaque spirale s’étendent sur respectivement des nombres entiers de tours de la spirale, ces nombres entiers étant par exemple consécutifs et débutant par exemple à un.
3. Dispositif d’émission magnétique (100 ; 300) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les segments de chaque spirale s’étendent depuis un même premier point (S ; S’) de la spirale jusqu’à respectivement des deuxièmes points (E1 ; E2, E3 ; E1 ; ..., E7, E’1 ; ..., E’7) s’échelonnant le long de la spirale.
4. Dispositif d’émission magnétique (100 ; 300) selon la revendication 3, dans lequel les moyens (106) comportent, pour chaque spirale, un commutateur (108 ; 108’) conçu pour sélectivement connecter chacun des deuxièmes points (E1 ; E2, E3 ; E1 ; ..., E7, E’I , ..., E’7) au dispositif de génération de courant (104).
5. Dispositif d’émission magnétique (100) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel, pour chaque spirale, le premier point (S) est destiné à être connecté au dispositif de génération de courant (104).
6. Dispositif d’émission magnétique (100) selon l’une quelconque des revendications 3, 4 ou 5, dans lequel, pour chaque spirale, le premier point (S) est situé plus au centre de la spirale que les deuxièmes points (E1 ; E2, E3).
7. Dispositif d’émission magnétique (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’antenne (102) comporte deux parties (302, 302’) et comportant en outre un dispositif (304) de positionnement relatif des deux parties (302, 302’) en fonction de la portion prédéfinie sélectionnée.
8. Dispositif d’émission magnétique (100 ; 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comportant en outre le dispositif de génération de courant (104) et dans lequel le dispositif de génération de courant (104) est conçu pour fournir un courant présentant au moins une impulsion de durée comprise entre 0,5 et 4 ms, de préférence entre 1 et 2 ms, et d’intensité comprise entre 500 et 10 000 A, de préférence entre 1 000 et 3 000 A.
9. Utilisation d’un dispositif d’émission magnétique (100 ; 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comportant :
la sélection par les moyens (106) d’une première portion parmi la pluralité de portions prédéfinies de l’antenne de sorte que la première portion rayonne un champ magnétique dans une tête d’un sujet, la sélection par les moyens (106) d’une deuxième portion, différente de la première, parmi la pluralité de portions prédéfinies de l’antenne de sorte que la deuxième portion rayonne un champ magnétique dans la tête du sujet.
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