FI89130B - Lokaliseringsspolar och anordning foer deras faestning vid huvudet foer anvaendning i magnetoenkefalografiska maetningar - Google Patents

Description

1 89130

PAIKANNUSKELAT JA NIIDEN PÄÄHÄN KIINNITTÄMISVÄLINEISTÖ KÄYTETTÄVÄKSI MAGNETOENKEFALOGRAFISISSA MITTAUKSISSA

5 Tämän keksinnön kohteena ovat magnetoenkefalografisissa mittauksissa käytettävät paikannuskelat sekä välineet, joilla kelat voidaan kiinnittää koehenkilön päähän. Magnetoenkefalografiassa mitataan aivojen synnyttämiä heikkoja ajasta ja paikasta riippuvia magneettikenttiä; menetelmän merkitys lääketieteellisessä tutkimuksessa ja diagnostiikassa on tulossa yhä 10 suuremmaksi. Erityisesti voidaan tutkia aivotoimintoja ja niiden häiriöitä ihmisessä ilman, että tutkittavaan henkilöön tarvitsisi koskea tai että häntä tarvitsisi altistaa elektromagneettiselle säteilylle tai radioaktiivisille merkkiaineille. Etuna laajalti käytössä oleviin elektroenkefalogrammeihin (EEG) eli kallon pinnalta mitattuihin sähköpotentiaalijakaumiin on se, että mag-15 neettisissa signaaleissa ihmiskudoksen johtavuusepähomogeenisuuksista aiheutuvat vääristymät ovat verrattomasti pienempiä kuin EEGtssä. Täten on mahdollista paikantaa aivotoimintoihin liittyviä lähdevirtoja muutamien millimetrien ja millisekuntien paikka- ja aikaerottelukyvyllä. Menetelmää on selostettu tarkemmin esimerkiksi julkaisussa CRC Critical Reviews 20 in Biomedical Engineering, voi. 14 (1986), n:o 2, ss. 93-126.

Tällaisten laitteistojen tulee kyetä havaitsemaan magneettisia signaaleja, joiden vuontiheys on tyypillisesti 100 fT tai sen alle. Lisäksi mittaus on kyettävä tekemään samanaikaisesti useasta paikasta; jopa yli sadan magneettisen signaalin mittaaminen yhtäaikaisesti eri puolilta päätä on tarpeen. 25 Ainoa tunnettu laite, jolla on riittävä herkkyys näiden signaalien mittaamiseksi, on ns. suprajohtava kvantti-interferenssilaite eli SQUID-mag-netometri. Laitteen toimintaa on selostettu laajalti esimerkiksi aikakauslehdessä Journal of Low Temperature Physics, voi. 76 (1989), n:o 5/6, ss. 287-386.

Jotta mitatusta magneettikenttäjakaumasta määritetty aivojen aktiviteetin 30 synnyttämä virta jakauma pystytään lokalisoimaan tarkasti, on tiedettävä magneettikenttää mittaavan laitteen sijainti ja asento päähän nähden. Mekaaniset määritysmenetelmät ovat liian työläitä ja virhealttiita, joten automaattinen paikannusjärjestelmä on tarpeen.

2 89130

Magnetoenkefalografisissa mittauksissa käytetään yleisesti paikannusmenetelmää, jossa koehenkilön päähän on kiinnitetty vähintään kolme lähetin-kelaa, joiden kiinnityspaikka ja asento ovat tarkasti tiedossa. Järjestelmään kuuluu lisäksi virransyöttölaite, magneettikentän mittauslaite ja laskin, 5 joka määrää kelojen koordinaatit mitattujen magneettikenttäarvojen perusteella. Järjestelmä kykenee määrittämään magnetometrin paikan ja asennon automaattisesti mittauksen aikana. Paikannusjärjestelmän mittalaitteena voidaan käyttää monikanavaista SQUID-magnetometriä (ks. Review of Scientific Instruments, voi. 58 (1987), n:o 11, ss. 2145-2156 tai Advances in 10 Biomagnetism, toimittaneet S. J. Williamson, M. Hoke, G. Stroink ja M. Kotani, Plenum Press, New York 1989, ss. 689-692 ja ss. 693-696). Toisessa tunnetussa ratkaisussa (US4793355) sekä lähettiminä että vastaanottimina toimivat ortogonaaliset kelakolmikot; induktioperiaatteella toimivan laitteen vastaanotinkelastot on kiinnitetty koehenkilön päähän ja lähetinkelas-15 to magnetometriin.

Paikannusmenetelmän tarkkuus riippuu olennaisesti siitä, kuinka hyvin kelat pysyvät paikoillaan ja miten lähelle mittausaluetta ne saadaan kiinnitetyiksi. Tavallisesti kelat on valmistettu ohuesta langasta käsin tai muulla tavalla magnetisoitumattoman ytimen ympärille kiertämällä, kuten yllä-20 mainituissa viitteissä. Kolme näin valmistettua kelaa valetaan epoksimuo-viin, jolloin ne muodostavat kelaryhmän. Kelaryhmät kiinnitetään koehenkilön päähän joustavalla pannalla tai teipillä.

Nykyisten paikannusmenetelmien haittana on se, että kelaryhmä ei ole ul-komittojensa vuoksi helposti asetettavissa varsinaiselle mittausalueelle eli 25 koehenkilön pään ja SQUID-magnetometrin anturiosan väliin. Toisaalta nykyiset kiinnitysmenetelmät eivät anna mahdollisuutta tukevaan kiinnitykseen koko aivokuoren alueelle. Pantaa käytettäessä kiinnitysalue on rajoitettu ja hiukset tekevät teippikiinnityksen epämääräiseksi. Langasta käämimällä valmistettujen monikierroksisten kelojen mittatarkkuus ei ole 30 kovin hyvä, ja hajakenttien huomioonottaminen tai täydellinen eliminointi on hyvin työlästä. Kelojen efektiivisen magneettisen dipolimomen-tin tarkka määrittäminen on täten vaikeaa; tehty virhe heijastuu vastaavasti paikannustuloksen virheeseen.

Muissa yhteyksissä on esitetty tapoja, jotka voisivat soveltua paikannuske-35 lojen kiinnittämiseen päähän. Esimerkiksi julkaisussa DE-2 206 913 käsitellään jäykkää EEG-elektrodien kiinnittämiseen tarkoitettua pään ympärille asetettavaa pantaa. Panta on takaa saranoitu, ja se kiristetään koehenkilön 3 89130 pään ympärille revitettyä leveähköä kuminauhaa käyttäen tai vaihtoehtoisesti käyttäen jousikuormitteista saranaa. Elektrodit kiinnittyvät ko. pantaan jäykkien kytkentälankojen välityksellä, jotka on muotoiltu siten, että syntyvä jousivoima painaa elektrodit päätä vasten. Tässä esitetyn ratkaisun 5 eräänä haittapuolena voidaan mainita, että täysin jäykästä rakenteesta konstruktiosta ei voi tehdä riittävän litteää, jotta ko. pannan käyttö ei vaikeuttaisi samanaikaista monikanavamagnetometrin käyttöä merkittävästi: magnetometri joudutaan asettamaan kauas päästä, jolloin signaali-kohinasuhde huononee. Lisäksi viitejulkaisussa esitetty tapa elektrodien kiinnittä-10 miseen (kuvio 1) ei sovellu käytettäväksi senkään vuoksi, että yhdellä kiin-nitysjalalla ei voida taata paikannuskelaston asettumista pään pinnalle MEG-menetelmän kannalta hyvin määriteltyyn asemaan (tangenttitason suuntaisesti) siten, etteivät kelat pääse liikkumaan kokeen aikana, esimerkiksi magnetometriä siirrettäessä, mikä on MEG:ssä perusvaatimus. Kol-15 mantena haittana on se, että esitetyssä ratkaisussa elektrodit voidaan asettaa vain tietyille, etukäteen valituille paikoille.

DE-2 124 704 käsittelee elastista, onttoa elektrodien kiinnittämiseen tarkoitettua pantaa. Elektrodit sijaitsevat pannan sisäpinnalla, ja kun pantaan pumpataan paineilmaa tms. väliainetta, elektrodit puristuvat koehenkilön 20 päätä vasten. Tämä ratkaisu ei ratkaise ongelmaa, sillä tästäkään rakenteesta ei voida tehdä niin litteää, että magnetometrin asettaminen mahdollisimman lähelle päätä ei häiriintyisi. Lisäksi elektrodit ovat aseteltavissa vain tietyille, ennalta määrätyille paikoille.

Julkaisussa EP-A2-399 499 on mainittu tapa (kuvio 6) magnetometriele-25 menttien kiinnittämiseen jäykälle kuorelle. Mainittu tapa ei sovellu pai-kannuskelojen kiinnittämiseen, koska syntyvä rakenne on täysin jäykkä: tästäkään rakenteesta ei saada tehdyksi sellaista, joka mahdollistaa kelojen kiinnittämisen päähän vapaasti valituille paikoille kaikille koehenkilöille siten, että magnetometrin asettaminen mahdollisimman lähelle ei oleelli-30 sesti häiriintyisi. Pulma ratkeaisi tekemällä jokaiselle koehenkilölle erikseen tiukka päänmukainen kuori, mutta tällöin jouduttaisiin koehenkilön mukavuudesta tinkimään huomattavasti ja lisäksi yksilöllisten kiinnitys-kuorien tekeminen hankaloittaisi esimerkiksi potilasmittauksia merkittävästi lisäämällä mittauksen valmisteluun kuluvaa aikaa kohtuuttomasti. 35 Myös kustannukset kohoaisivat runsaasti.

Julkaisussa EP-A3-199 214 on mainittu kaksi tapaa elektrodien kiinnittämiseen pään pinnalle. Toinen käyttää elastista päähinettä, joka asettuu tiukasti 4 89130 koehenkilön päätä vasten ja toinen jäykkää pään ympärille kiristettävää pantaa, johon liittyy niinikään kiinteästi ja jäykästi kiinnitetty liuska yli pään niiden alueiden, joita halutaan mitata. Kumpikaan kuvattu menetelmä ei sovellu paikannuskelojen kiinnittämiseen, koska elastinen päähine 5 ei takaa riittävän luotettavasti kelojen pysymistä paikallaan mittauksen aikana, ja toisaalta taas esitetty jäykkä panta ei anna mahdollisuutta valita kelojen paikkaa vapaasti pään alueelta. Jäykkä konstruktio on myös epämukava koehenkilön kannalta.

Ohutkalvo- tai paksukalvotekniikalla valmistettujen tasokelojen käyttö ja 10 niiden kotelointi valumuovin sisään sekä taipuisan eristävän materiaalien päälle kuvioitujen rinnakkaisten johdinten käyttö on sinänsä tunnettua esimerkiksi julkaisuista DE-A1-3 135 962, DE-C3-2 315 498, US-7 749 946, IEEE Transactions on Magnetics, voi. MAG-17, N:o 1 (tammikuu 1981), ss. 400-401 sekä DE-A1-3 148 192. Nämä piirteet eivät yksinään ratkaise käsiteltävänä 15 olevaa ongelmaa, kuinka saadaan aikaan mitoiltaan tarkka pieni kela, jonka hajakentät ovat merkityksettömät, mukaanlukien syöttöjohtimet, ja joka lisäksi on mahdollisimman litteä sekä helposti ja luotettavasti päähän kiinnitettävissä.

Keksinnön avulla saadaan ratkaiseva parannus edellä esitetyissä epäkohdis-20 sa. Tämän toteuttamiseksi keksinnölle tunnusomaiset piirteet on esitetty patenttivaatimuksissa 1-5.

Keksinnön tärkeimpänä etuna voidaan pitää, että paikannuskelat saadaan kiinnitetyiksi tukevasti ja helposti päähän tangenttitason suuntaiseksi ilman, että vapaasti valittavasta kiinnityspaikasta tai koehenkilön mukavuu-25 desta jouduttaisiin tinkimään. Lisäksi kelaryhmä saadaan niin ohueksi, että se mahtuu vaivatta koehenkilön pään ja SQUID-magnetometrin anturi-osan väliin. Ohuesta, venymättömästä ja taipuisasta materiaalista valmistetut kiinnitysliuskat, joiden leveys lisäksi on valittu riittävän suureksi estämään sivuttaissuuntaisen liikkeen, takaavat kelojen pysymisen paikoillaan 30 mittauksen aikana ja painavat lisäksi keloja vasten päätä.

Tasomaisten ohut- tai paksukalvotekniikalla valmistettujen kelojen yhdistäminen käytettäväksi vaatimuksissa 1-3 kuvatun panta-tukiliuska -yhdistelmän kanssa samaan rakenteeseen vasta takaa laitteen toimivuuden: tasomaiset kelat saadaan hyvin litteiksi, ja valumuovin avulla voidaan koteloi-35 da tarvittavat liiitokset suojaan luotettavuuden lisäämiseksi sekä samanaikaisesti muotoilla kelaelementin tuentaan käytetyt nystyt ja kiinnittää kela-elementti joustaviin tukiliuskoihin, jotka samalla toimivat johtimina. Kun 5 89130 virran paluujohtimet kulkevat symmetrisesti menojohtimen molemmilla puolilla, niistä aiheutuvat hajakentät ovat mahdollisimman pieniä.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti oheiseen piirustukseen viittaamalla. Kuvio 1 esittää keksinnön pantaosaa ja kuvio 2 keksinnön ke-5 laosaa siten, että päätä vasten tuleva osa on näkyvissä. Kuviossa 3 on kelan geometria kaavamaisesti, ja kuvio 4 esittää keksintöä koehenkilön päähän kiinnitettynä.

Kuvion 1 esittämä panta 1 on valmistettu kankaasta tai muusta vastaavasta materiaalista, ja sen sisäpuolelle on kiinnitetty iholla huonosti luistavaa 10 materiaalia 2 kuten ohutta vaahtomuovia.

Pannan ulkopuoli on päällystetty materiaalilla 3, johon kuvion 2 esittämän kelaosan kiinnitysliuskat kiinnittyvät esimerkiksi kangastarranauhalla, jonka molemmissa toisiinsa tarttuvissa puolissa on lukuisia pieniä mekaanisia tartuntaväkäsiä. Lisäksi pannassa on solki 4 tai muu vastaava laite, 15 jolla panta kiinnitetään pään ympärille tukevasti.

Kuvion 2 esittämä kelaosa koostuu varsinaisesta tasomaisesta kelaryhmästä 5, johon on kiinnitetty ainakin kolme ohuesta, taipuisasta ja venymättömästä materiaalista (esimerkiksi lasikuidusta) valmistettua riittävän pitkää kiinnitysliuskaa 6. Toisessa vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa kiinnitys-20 liuskoihin on kuhunkin kiinnitetty niinikään tasomaiset kelaryhmät tai erilliset kelat 5' (kuvio 2b).

Liuskojen tulee olla niin ohuita, että ne taipuvat pään kaarevuuden mukaisesti, mutta kuitenkin niin paksuja, että niiden taipumisesta aiheutuva momentti painaa kelaosaa päätä vasten. Lisäksi liuskojen tulee olla niin levei-25 tä, että taipuma sivuttaissuunnassa on erittäin pieni. Liuskojen alapintaan on kiinnitetty pannan ulkopintaan tarttuvaa materiaalia 7 kuten esimerkiksi kangastarranauhaa. Lisäksi kelaryhmän 5 alapintaan on valmistettu vähintään kolme kohoumaa 8 siten, että kelaryhmä asettuu pallon pinnalla kyseisten kohoumien varassa tukevasti pallon tangenttitason suuntaiseksi.

30 Kelaryhmä 5 sisältää vähintään kolme ohut- tai paksukalvotekniikalla valmistettua kelaa. Myös yksittäiset kelat 5' on valmistettu samalla menetelmällä. Kukin kela muodostuu esimerkiksi päällekkäin asetetuista spiraaleista siten, että päällekkäiset spiraalit ovat toistensa peilikuvia. Tällöin virta voidaan johtaa spiraalilta toiselle vain vaihtamalla kerrosta niiden 35 keskipisteessä. Näin kytkettynä spiraalien magneettikentät vahvistavat toisiaan ja johdinten hajakentät saadaan minimoiduiksi vetämällä piilevyllä β 89130 virtajohtimet päällekkäin. Kuvio 3 esittää tätä tilannetta. Syöttöjohdoissa tulee myös käyttää kierrettyjä pareja tai koaksiaalirakennetta hajakenttien minimoimiseksi. Erityisen edullinen on se keksinnön suoritusmuoto, jossa virransyöttöjohtimet on kuvioitu painopiirilevytekniikalla suoraan kiinni-5 tysliuskoille. Hajakentät minimoituvat siten, että keskijohdinta ympäröi symmetrisesti kaksi paluujohdinta. Kelat liitetään johtimiin esimerkiksi ultraäänikontaktoimalla (ns. bondaus) ohuita kytkentälankoja käyttäen. Valmiit kelat kontaktointeineen voidaan lopuksi koteloida esimerkiksi epoksimuoviin valamalla. Näin valmistetun kelaryhmän paksuus on vain 10 muutamia millimetrejä.

Keksintöä käytettäessä kiinnitetään ensin kuvan 1 esittämä pantaosa tukevasti pään ympärille. Tämän jälkeen kelaosa asetetaan haluttuun paikkaan ja kiinnitysliuskat painetaan tiukasti päätä myötäillen suoraan pantaan kiinni. Kuvio 4 esittää keksintöä päähän asennettuna. Tällöin kelaosa sei-15 soo tukevasti pään pinnalla hiusten läpi tunkeutuvien kohoumien varassa tangenttitason suuntaisena. Aiemmin kuvatut kiinnitysliuskojen ominaisuudet pitävät huolen siitä, että kelaosa painautuu päätä vasten eikä pääse liikkumaan missään suunnassa. Vastaavasti keloja koehenkilön päästä pois otettaessa irroitetaan ensin kiinnitysliuskat pannasta ja tämän jälkeen pois-20 tetaan panta.

Erityisesti on huomattava, että kiinnitysliuskojen ei tarvitse olla samanpituisia, vaan esim. käytettäessä kolmea liuskaa voidaan yksi tehdä muita pitemmäksi, jolloin tätä käytetään kaukaisimman kiinnityksen tekemiseksi. Liuskoihin voidaan myös tehdä erillisiä jatkokappaleita.

i

Claims (1)

1. 7 89130 1.) Magnetoenkefalografisissa mittauksissa käytettäväksi tarkoitetut pai-kannuskelat ja niiden päähän kiinnittämisvälineistö, johon kuuluu koehenkilön pään ympärille soljella (4) tai muulla menetelmällä kiinnitetlä-5 vissä oleva erillinen päätä hyvin myötäilevä ohut panta (1), tunnettu siitä, että pantaan (1) on kiinnitetty kolmen tai useamman ohuesta, taipuisasta ja huonosti venyvästä materiaalista valmistetun kiinnitysliuskan (6) avulla haluttuun mielivaltaiseen paikkaan pään pinnalla asettuva, ohut- tai pak-sukalvojen kasvatus- ja kuviointimenetelmin tai painopiirilevymenetel- 10 mällä tasomaiselle alustalle valmistettu kelaryhmä (5) tai useita kiinnitys-liuskoihin kiinnitettyjä edellämainituin keinoin valmistettuja kelaryhmiä tai yksittäisiä keloja (5') siten, että pannan (1) ulkopinta (3) ja kiin-nitysliuskojen päätä vasten tulevat puolet (7) on päällystetty toisiinsa tarttuvilla ja helposti irrotettavissa olevilla materiaaleilla. 15 2.) Patenttivaatimuksen 1 mukaiset paikannuskelat ja niiden päähän kiinnittämisvälineistö, tunnettu siitä, että kiinnitysliuskat (6) ovat niin ohuita, että ne taipuvat pään kaarta pitkin, mutta niin paksuja, että niiden taivutuksesta aiheutuva momentti painaa kelaryhmää (5) päätä vasten ja että kiinnitysliuskat (6) ovat niin leveitä, että niiden taipuma sivusuunnas- 20 sa on erittäin pieni. 3.) Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaiset paikannuskelat ja niiden päähän kiinnittämisvälineistö, tunnettu siitä, että kelat (5, 5') ja niiden syöttöjohti-miin kytkemiseksi tarvittavat liitokset sekä kiinnitysliuskojen (6) kelan-puoleiset päät on koteloitu valumuovin sisään. 25 4.) Patenttivaatimuksen 3 mukaiset paikannuskelat ja niiden päähän kiinnittämisvälineistö, tunnettu siitä, että kelaryhmän (5) alapintaan on valmistettu vähintään kolme kohoumaa (8) siten, että se asettuu pallon pinnalla kyseisten kohoumien varassa kiinnitysliuskojen (6) painamana pallon tangenttitason suuntaiseksi. 30 5.) Patenttivaatimusten 1, 2, 3, 4 tai 5 mukaiset paikannuskelat ja niiden päähän kiinnittämisvälineistö, tunnettu siitä, että kiinnitysliuskat (6) on tehty painopiirilevystä, johon on kuvioitu johtimet kelojen virransyöttöä varten siten, että liuskoihin kuvioidut johtimet koostuvat keskijohtimesta 8 89130 ja sitä symmetrisesti molemmin puolin ympäröivistä paluujohtimista joh-dinten hajakenttien minimoimiseksi. I, 9 89130 1. ) Lokaliseringsspolar för användning vid magnetoenkefalografiska mät-ningar och redskap för deras fastsättning vid huvudet, till vilka hör ett sär-skilt tunnt band (1) som bra anpassar sig efter huvudets form och som fasts vid huvudet med ett spänne (4) pä bandet eller med nägon annan metod. Uppfinningen kännetecknas därav, att vid bandet (1) har, med hjäp av tre eller flera tunna, böjliga och av icke-tänjbart material tillverkade fastsätt-ningsremmar (6), pä en godtycklig plats pä huvudytan fästs en spolgrupp (5), som tillverkats pä ett plant underlag med tunnfilms- eller tjockfilmsdepo-nering och -mönsterdefiniering eller som tryckta kretsar pä en kretsskiva, eller flera med ovannämnda metoder tillverkade, vid fastsättningsremmar-na fastsatta spolgrupper eller enskilda spolar (5'), sä att bandets (1) utsida (3) och den del av fastsättningsremmarna som kommer mot huvudet (7) är beklädda med vid varandra häftande och lätt lösgörbart material. 2. ) Lokaliseringsspolar och redskap för deras fastsättning vid huvudet enligt patentkrav 1, vilka kännetecknas därav, att fastsättningsremmarna (6) är sä tunna att de följer huvudets rundning, men sä tjocka att momentet som uppkommer vid deras böjning trycker spolgruppen (5) mot huvudet och av att fastsättningsremmarna (6) är sä breda att deras böjning i sidled är synner-ligen liten. 3. ) Lokaliseringsspolar och redskap för deras fastsättning vid huvudet enligt patentkrav 1 eller 2, vilka kännetecknas därav, att spolarna (5, 5') och an-slutningen som behövs för kopplingen av deras matningsledningar samt de ändor av fastsättningsremmarna (6) pä vilken spolarna finns är kapslade i formplast. 4. ) Lokaliseringsspolar och redskap för deras fastsättning vid huvudet enligt patentkrav 3, vilka kännetecknas därav, att minst tre upphöjningar (8) har gjorts pä spolgruppens (5) undersida, sä att den stödd av ovannämnda upphöjningar och nedtryckt av fastsättningsremmarna (6) ställer sig pä ytan av en sfär i sfärens tangentplan . 5. ) Lokaliseringsspolar och redskap för deras fastsättning vid huvudet enligt patentkrav 1, 2, 3, 4 eller 5, vilka kännetecknas därav, att fastsättningsremmarna (6) är tillverkade av en tryckt kretsskiva, pä vilken ledningarna för 10 891 30 strömmatning till spolarna har mönsterdefinierats sä att de pä remmarna mönsterdefienierade ledningarna, för minimering av läckfälten, bestär av en centralledning omgiven av returledningar symmetriskt placerad pä centralledningens bäda sidor.