RU2654269C1

RU2654269C1 - Transcranial magnetic stimulation method

Info

Publication number: RU2654269C1
Application number: RU2017125310A
Authority: RU
Inventors: Борис Николаевич Юнг; Алексей Анатольевич Кацурин
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2018-05-17

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention relates to medicine, namely to physiotherapy. Magnetic field is applied, which is formed by two coils of inductors connected via a magnetic flux by a flexible magnetic core. Magnetic field is moved around the recipient's head along the arc of the circle in an arbitrary direction with equal angular velocity. In this case center of rotation of the trajectory of the movement of the coils passes through the stimulation zone of the brain. When moving the coils of inductors around the head of the recipient establish the presence of forbidden brain regions, through which the motion of the vector of magnetic field induction is dangerous or prohibited. When the magnetic induction vector is approached, the induction values of the magnetic field are minimized. Measure the intensity of the magnetic field acting on the stimulation zone and forbidden zones, and set the permissible values of this effect at a safe level.

EFFECT: method increases the accuracy of dosed and safe stimulation of deep brain structures, which is achieved by increasing the magnetic flux passing through the stimulation zone of the brain, providing the necessary conditions under which the magnetic field induction vector passes through the brain stimulation zone.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины, когнитивных технологий и смежных областей и предназначено для использования в терапии болезней нервной системы и заболеваний головного мозга, в технологиях активизации творческих способностей и восстановления утраченных функций сенсоров пациентов.The invention relates to the field of medicine, cognitive technologies and related fields, and is intended for use in the treatment of diseases of the nervous system and diseases of the brain, in technologies for activating creative abilities and restoring lost functions of patient sensors.

Известны различные способы и устройства транскраниальной магнитной стимуляции.Various methods and devices of transcranial magnetic stimulation are known.

Известны способы транскраниальной магнитной стимуляции и устройства для его осуществления (см. патенты US9352167 B2 и US20100113959A1), включающие проведение транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС), при котором осуществляется пространственное суммирование магнитных потоков за счет множества электромагнитов, расположенных в пространстве вокруг головы реципиента на определенном шаге друг от друга и с числом обмоток на катушке от одного до двух.Known methods of transcranial magnetic stimulation and devices for its implementation (see patents US9352167 B2 and US20100113959A1), including transcranial magnetic stimulation (TMS), in which the spatial summation of magnetic flux due to many electromagnets located in the space around the head of the recipient at a certain step from each other and with the number of windings on the coil from one to two.

Известен также способ транскраниальной магнитной стимуляции (см. патент US 8052591 B2), включающий проведение транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС), в заданных местах головного или спинного мозга множеством электромагнитов, расположенных в заданной конфигурации.There is also known a method of transcranial magnetic stimulation (see patent US 8052591 B2), including transcranial magnetic stimulation (TMS), in predetermined places of the brain or spinal cord with many electromagnets located in a given configuration.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ транкраниальной магнитной стимуляции, включающий воздействие магнитным полем, формируемым катушками индукторов (см. патент US 20050228209 A1), включающий перемещение одной и более катушек относительно зоны стимуляции, причем магнитные поля катушек воздействуют на зону стимуляции из нескольких точек, в результате суммарная энергия магнитного поля от катушек в зоне стимуляции больше, чем энергия магнитного поля в областях вблизи зоны стимуляции на том же расстоянии от катушки.Closest to the claimed invention is a method of transcranial magnetic stimulation, including exposure to a magnetic field generated by inductor coils (see US patent 20050228209 A1), including the movement of one or more coils relative to the stimulation zone, and the magnetic fields of the coils affect the stimulation zone from several points, as a result, the total magnetic field energy from the coils in the stimulation zone is greater than the magnetic field energy in the areas near the stimulation zone at the same distance from the coil.

Общим недостатком перечисленных известных способов является, наличие значительных по уровню электромагнитных помех из-за необходимости применения множества перемещающихся по кругу электромагнитов, воздействующих на мозг реципиента, что приводит к низкой технологичности, эффективности и точности.A common drawback of these known methods is the presence of significant electromagnetic interference due to the need to use a plurality of electromagnets moving in a circle, affecting the recipient’s brain, which leads to low manufacturability, efficiency and accuracy.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности и технологичности.The problem to which the invention is directed, is to increase efficiency and manufacturability.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, заключается в обеспечении снижения уровня электромагнитных помех за счет обеспечения движения магнитного потока вокруг головы реципиента по гибкому магнитопроводу, что также повышает эффективность воздействия на мозг за счет увеличения магнитного потока, проходящего через зону стимуляции мозга. Кроме того, обеспечиваются необходимые условия, при которых вектор индукции магнитного поля проходит через зону стимуляции мозга за счет направления вектора индукции магнитного поля по дуге окружности, с центром вращения, проходящего через зону стимуляции мозга, что повышает эффективность и технологичность стимуляции.The technical result obtained in solving this problem is to reduce the level of electromagnetic interference by ensuring the movement of magnetic flux around the recipient’s head through a flexible magnetic circuit, which also increases the efficiency of exposure to the brain by increasing the magnetic flux passing through the brain stimulation zone. In addition, the necessary conditions are provided under which the magnetic field induction vector passes through the brain stimulation zone due to the direction of the magnetic field induction vector along the circular arc, with the center of rotation passing through the brain stimulation zone, which increases the efficiency and manufacturability of the stimulation.

Для решения поставленной задачи способ транcкраниальной магнитной стимуляции, включающий воздействие магнитным полем, формируемым катушками индукторов, отличается тем, что используют две катушки индукторов магнитного поля, которые соединяют по магнитному потоку гибким магнитопроводом и перемещают вокруг головы реципиента по дуге окружности в произвольном направлении с равной их угловой скоростью, при этом центр вращения траектории перемещения катушек, проходит через зону стимуляции мозга.To solve this problem, the method of transcranial magnetic stimulation, including exposure to a magnetic field formed by the coils of the inductors, is characterized in that two coils of the magnetic field inductors are used, which are connected along the magnetic flux by a flexible magnetic circuit and moved around the recipient’s head in an arbitrary direction in a circular direction with equal to angular velocity, while the center of rotation of the trajectory of movement of the coils passes through the zone of stimulation of the brain.

Кроме того, при перемещении катушек индукторов вокруг головы реципиента устанавливают наличие запрещенных зон мозга, через которые движение вектора индукции магнитного поля опасно или запрещено, при этом при приближении вектора индукции магнитного поля к этим зонам минимизируют значения индукции магнитного поля.In addition, when moving the inductor coils around the recipient’s head, the presence of forbidden zones of the brain through which the motion of the magnetic field induction vector is dangerous or prohibited is established, while minimizing the values of magnetic field induction when the magnetic field induction vector approaches these zones.

Кроме того, контролируют значения энергии магнитного поля, воздействующих на зону стимуляции и запрещенные зоны мозга реципиента, для чего измеряют напряженность магнитного поля, действующих в указанных зонах и фиксируют длительность этого воздействия, при этом устанавливают допустимые значения этого воздействия на безопасном уровне.In addition, the values of the magnetic field energy acting on the stimulation zone and the forbidden zones of the recipient's brain are monitored, for which the magnetic field strengths acting in these zones are measured and the duration of this effect is recorded, while the permissible values of this effect are established at a safe level.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the signs of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.The features of the characterizing part of the claims provide a solution to a set of functional tasks.

Признаки, указывающие, что «используют две катушки индукторов магнитного поля, которые соединяют по магнитному потоку гибким магнитопроводом», обеспечивают снижение электромагнитных помех за счет движения магнитного потока, формируемого катушками индукторов вокруг головы реципиента, по гибкому магнитопроводу, а также, повышают эффективность воздействия на мозг за счет увеличения магнитного потока, формирующего вектор индукции магнитного поля, проходящего через зону стимуляции мозга.Signs indicating that “they use two coils of magnetic field inductors that connect along a magnetic flux with a flexible magnetic circuit” provide a reduction in electromagnetic interference due to the movement of magnetic flux generated by coils of inductors around the recipient’s head through a flexible magnetic circuit, and also increase the efficiency of the brain due to an increase in magnetic flux, which forms the vector of induction of the magnetic field passing through the stimulation zone of the brain.

Признаки, указывающие, что «катушки индукторов перемещают вокруг головы реципиента по дуге окружности», обеспечивают возможность подачи магнитного потока через зону стимуляции мозга с произвольных точек вокруг головы реципиента.Signs indicating that “inductor coils move around the recipient’s head in an arc of a circle” provide the ability to supply magnetic flux through the brain stimulation zone from arbitrary points around the recipient’s head.

Признаки, указывающие, что катушки индукторов перемещают вокруг головы реципиента «в произвольном направлении с равной их угловой скоростью, при этом центр вращения траектории перемещения катушек, проходит через зону стимуляции мозга» обеспечивают необходимые и достаточные условия, при которых вектор индукции магнитного поля проходит через зону стимуляции мозга при перемещении катушек индукторов вокруг головы реципиента.Signs indicating that the inductor coils move around the recipient’s head “in an arbitrary direction with their angular velocity equal, while the center of rotation of the trajectory of the coils passes through the brain stimulation zone” provides the necessary and sufficient conditions under which the magnetic field induction vector passes through the zone brain stimulation when moving inductor coils around the recipient's head.

Признаки первого дополнительного пункта формулы изобретения позволяют, при необходимости, ввести опасные и запрещенные зоны в мозге при проведении транcкраниальной магнитной стимуляции, а также, поясняют принцип управления значениями индукции магнитного поля при движении вектора магнитной индукции вблизи опасных и запрещенных зон в мозге.The signs of the first additional claim allow, if necessary, to introduce dangerous and forbidden zones in the brain during transcranial magnetic stimulation, and also explain the principle of controlling the values of magnetic field induction when the magnetic induction vector moves near dangerous and forbidden zones in the brain.

Признаки второго дополнительного пункта формулы изобретения позволяют обеспечить контроль и условия дозированного безопасного воздействия магнитным полем на зону стимуляции и запрещенные зоны мозга реципиента.The features of the second additional claim make it possible to provide control and conditions for a dosed safe magnetic field exposure to the stimulation zone and forbidden zones of the recipient's brain.

На фиг. 1 схематически показаны перемещение катушек индукторов и вектора индукции магнитного поля в рабочем пространстве устройства (здесь, рабочее пространство устройства, это пространство, ограниченное областью перемещения вектора индукции магнитного поля, сформированного катушками индукторов, и заданное в цилиндрической или сферической системе координат, в которое помещается голова реципиента); на фиг. 2 - схема устройства; на фиг. 3 - разрез устройства в горизонтальной плоскости по оси вращения поворотных платформ (вид сверху) для случая, когда ось вращения колец лежит в горизонтальной плоскости, нормально к оси вращения поворотных платформ; на фиг. 4 показан разрез гибкого магнитопровода.In FIG. Figure 1 schematically shows the movement of the inductor coils and the magnetic field induction vector in the working space of the device (here, the working space of the device is the space limited by the region of movement of the magnetic field induction vector formed by the inductor coils and defined in a cylindrical or spherical coordinate system in which the head is placed recipient); in FIG. 2 is a diagram of a device; in FIG. 3 is a section of the device in the horizontal plane along the axis of rotation of the turntables (top view) for the case when the axis of rotation of the rings lies in the horizontal plane, normal to the axis of rotation of the turntables; in FIG. 4 shows a section through a flexible magnetic circuit.

На фиг. 1: N и S - северный и южный полюсы катушек индукторов магнитного поля; ГМ - гибкий магнитопровод; D1 и D2 - дуги окружности; O – центр окружности и начало координат в цилиндрической или сферической системе координат; В - вектор магнитной индукции магнитного поля между катушками индукторов; ZC, ZZ и ZD – соответственно, зона стимуляции, запрещенные и опасные зоны мозга; α - угол поворота катушек индукторов; ZC, ZZ и ZD, соответственно, зона стимуляции, запрещенные и опасные зоны; X – X, ось вращения поворотных платформ; Y – Y, вертикальная ось, проходящая через центр окружности O (на чертежах не показано) ; На фиг. 2 и 3:1 - неподвижная плита; 2 – двигатель; 3 – рама; 4 и 5 - винты; 6 и 7 - двигатели; 8, 9, 10 и 11 - направляющие; 12 и 13 - платформы; 14 и 15 - двигатели; 16 и 17 – поворотные платформы; 18 и 19 - кольца; 20 и 21 – двигатели вращения колец; 22 и 23 – концевые выключатели; 24 и 25 – стопорные ограничители; 26 и 27 – концевые выключатели; 28 и 29 - стопорные ограничители; 30 и 31 - катушки индукторов магнитного поля; 32 - гибкий магнитопровод; 33 - оптический датчик положения устройства; 34 и 35 - концевые выключатели; На фиг. 3: 36 и 37 – крепления катушек; На фиг. 4: 38 - концентратор магнитного поля; 39 - защитный наконечник концентратора магнитного поля; 40 - наночастицы магнитной жидкости; 41 - внутренняя оболочка гибкого магнитопровода; 42 - внешняя оболочка гибкого магнитопровода.In FIG. 1: N and S are the north and south poles of the coils of the magnetic field inductors; GM - flexible magnetic circuit; D1 and D2 - circular arcs; O is the center of the circle and the origin in a cylindrical or spherical coordinate system; B is the vector of magnetic induction of the magnetic field between the coils of the inductors; ZC, ZZ and ZD - respectively, the stimulation zone, the forbidden and dangerous zones of the brain; α is the angle of rotation of the coils of the inductors; ZC, ZZ and ZD, respectively, stimulation zone, forbidden and dangerous zones; X - X, rotation axis of turntables; Y - Y, the vertical axis passing through the center of the circle O (not shown in the drawings); In FIG. 2 and 3: 1 - fixed plate; 2 - engine; 3 - frame; 4 and 5 - screws; 6 and 7 - engines; 8, 9, 10 and 11 - guides; 12 and 13 - platforms; 14 and 15 - engines; 16 and 17 - rotary platforms; 18 and 19 - rings; 20 and 21 - ring rotation motors; 22 and 23 - limit switches; 24 and 25 - stop limiters; 26 and 27 - limit switches; 28 and 29 - stop limiters; 30 and 31 are coils of magnetic field inductors; 32 - flexible magnetic circuit; 33 - optical position sensor of the device; 34 and 35 - limit switches; In FIG. 3: 36 and 37 - mounting coils; In FIG. 4: 38 - magnetic field concentrator; 39 - a protective tip of the concentrator of the magnetic field; 40 - nanoparticles of magnetic fluid; 41 - the inner shell of a flexible magnetic circuit; 42 - the outer shell of the flexible magnetic circuit.

На чертежах показаны: (см. фиг. 1) N и S северный и южный полюсы катушек индукторов магнитного поля, связанные гибким магнитопроводом (ГМ), и перемещающиеся по дуге окружности, соответственно D1 и D2, с центром вращения, относительно точки O и вектора магнитной индукции B вокруг головы реципиента с центром вращения, проходящего через зону стимуляции ZC мозга в произвольном направлении с равной их угловой скоростью; α – угол поворота катушек индукторов по дуге окружности D1 и D2, предельно допустимый по условиям технологичности и безопасности; ZZ и ZD, соответственно, запрещенные и опасные зоны, прохождение вектора индукции магнитного поля в которых, запрещено или опасно; X – X, ось вращения поворотных платформ, проходящая через оси вращения, соответственно, двигателей 14 и 15; Y – Y, вертикальная ось, проходящая через центр окружности O и ось вращения двигателя 2 (на чертежах не показано). На фиг. 1 ось Y – Y проходит вертикально к плоскости чертежа. Посредством осей Х – Х и Y – Y задаются, соответственно, зенитный θ и азимутальный β углы зон ZC, ZZ и ZD, а также, расстояние r от начала координат до указанных зон в сферической системе координат в рабочем пространстве устройства; на неподвижной плите 1 (см. фиг.2) жестко закреплен двигатель 2, с возможностью вращения рамы 3 вокруг вертикальной оси Y – Y; винты 4 и 5 установлены на раме 3 с возможностью их вращения, соответственно, двигателями 6 и 7 для перемещения по направляющим 8, 9, 10 и 11 платформ 12 и 13 вдоль вертикальной оси рабочего пространства устройства; двигатели 14 и 15 закреплены, соответственно, на платформах 12 и 13, с возможностью вращения ими поворотных платформ 16 и 17 вокруг поворотной оси Х – Х; кольца 18 и 19 размещены на поворотных платформах 16 и 17 с возможностью их вращения, соответственно, двигателями 20 и 21 вокруг вертикальной оси Y – Y внутри рабочего пространства устройства в произвольном направлении с равной их угловой скоростью; концевые выключатели 22 и 23 используют для выключения двигателя 20 на границах допустимого углового перемещения кольца 18; стопорные ограничители 24 и 25 используют для ограничения углового перемещения кольца 18 двигателем 20; концевые выключатели 26 и 27 используют для выключения двигателя 21 на границах допустимого углового перемещения кольца 19; стопорные ограничители 28 и 29 используют для ограничения углового перемещения кольца 19 двигателем 21; 30 и 31 – катушки индукторов магнитного поля, закреплены, соответственно, на кольцах 18 и 19, причем, (см. фиг. 3 и 4) защитный наконечник 39 концентратора 38 магнитного поля лежит в плоскости, проходящей посередине между плоскостями, образованными кольцами 18 и 19 (в дальнейшем, поворотная плоскость); 32 – гибкий магнитопровод, концы которых присоединены к катушкам индукторов магнитного поля 30 и 31, которые посредством креплений 36 и 37 закреплены к кольцам, соответственно, 31 и 30 и подвешены к раме 3; оптический датчик 33 показывает угловое положение устройства при его вращении вокруг вертикальной оси Y - Y; концевые выключатели 34 и 35, соответственно, двигателей 6 и 7, определяют нижнюю границу вертикального перемещения платформ 12 и 13; концентратор магнитного поля 38 (см. фиг. 4), обеспечивает максимальное значение напряженности магнитного поля на его конце; защитный наконечник 39 концентратора магнитного поля защищает концентратор 38 магнитного поля от механических повреждений и обеспечивает безопасность реципиента при случайном с ним контакте; наночастицы магнитной жидкости 40 обеспечивают минимальное сопротивление магнитному потоку в гибком магнитопроводе 32; внутренняя 41 и внешняя 42 оболочки гибкого магнитопровода 32, обеспечивают его, соответственно, герметичность и механическую прочность.The drawings show: (see Fig. 1) the N and S north and south poles of the coils of the magnetic field inductors connected by a flexible magnetic circuit (GM) and moving along the arc of a circle, respectively D1 and D2, with the center of rotation, relative to point O and vector magnetic induction B around the head of the recipient with the center of rotation passing through the zone of ZC stimulation of the brain in an arbitrary direction with their angular velocity equal; α is the angle of rotation of the inductor coils along an arc of a circle D1 and D2, the maximum permissible under the conditions of manufacturability and safety; ZZ and ZD, respectively, forbidden and dangerous zones, the passage of the vector of the magnetic field induction in which is prohibited or dangerous; X - X, the axis of rotation of the turntables passing through the axis of rotation, respectively, of the engines 14 and 15; Y - Y, the vertical axis passing through the center of the circle O and the axis of rotation of the engine 2 (not shown in the drawings). In FIG. 1 axis Y - Y runs vertically to the plane of the drawing. Using the X - X and Y - Y axes, respectively, the zenith θ and azimuthal β angles of the zones ZC, ZZ and ZD, as well as the distance r from the origin to the indicated zones in the spherical coordinate system in the working space of the device are set; on a fixed plate 1 (see figure 2), the engine 2 is rigidly fixed, with the possibility of rotation of the frame 3 around the vertical axis Y - Y; screws 4 and 5 are mounted on the frame 3 with the possibility of rotation, respectively, by engines 6 and 7 to move along the guides 8, 9, 10 and 11 of the platforms 12 and 13 along the vertical axis of the working space of the device; motors 14 and 15 are mounted, respectively, on platforms 12 and 13, with the possibility of rotation of the rotary platforms 16 and 17 around the rotary axis X - X; rings 18 and 19 are placed on the rotary platforms 16 and 17 with the possibility of rotation, respectively, by engines 20 and 21 around the vertical axis Y - Y inside the working space of the device in an arbitrary direction with their angular velocity equal; limit switches 22 and 23 are used to turn off the engine 20 at the boundaries of the permissible angular movement of the ring 18; locking stops 24 and 25 are used to limit the angular movement of the ring 18 by the engine 20; limit switches 26 and 27 are used to turn off the engine 21 at the boundaries of the permissible angular movement of the ring 19; locking stops 28 and 29 are used to limit the angular movement of the ring 19 by the engine 21; 30 and 31 — coils of magnetic field inductors, are fixed, respectively, on rings 18 and 19, and, (see FIGS. 3 and 4) the protective tip 39 of the magnetic field concentrator 38 lies in a plane passing in the middle between the planes formed by the rings 18 and 19 (hereinafter, the rotary plane); 32 is a flexible magnetic circuit, the ends of which are connected to the coils of the inductors of the magnetic field 30 and 31, which are attached to the rings, respectively, 31 and 30 by means of the fasteners 36 and 37 and suspended from the frame 3; the optical sensor 33 shows the angular position of the device when it rotates around the vertical axis Y - Y; limit switches 34 and 35, respectively, of engines 6 and 7, determine the lower boundary of the vertical movement of the platforms 12 and 13; the magnetic field concentrator 38 (see Fig. 4), provides the maximum value of the magnetic field at its end; the protective tip 39 of the magnetic field concentrator protects the magnetic field concentrator 38 from mechanical damage and ensures the safety of the recipient in case of accidental contact with it; magnetic fluid nanoparticles 40 provide minimal resistance to magnetic flux in the flexible magnetic circuit 32; the inner 41 and outer 42 shell of the flexible magnetic circuit 32, provide it, respectively, tightness and mechanical strength.

В базовой конструкции все платформы 3, 12 и 13, 16 и 17, направляющие 8, 9, 10, 11, кольца 18 и 19 выполнены из диэлектрического материала, например, из полиуретана, винты 6 и 7 из прочного износостойкого материала с низкой магнитной проницаемостью. Катушки индукторов 30 и 31 выполнены сменными в зависимости от целей стимуляции и типа магнитного поля, воздействующего на мозг реципиента, и могут быть выполнены, либо из тонкого провода с большим числом витков на катушке, либо из толстого провода с небольшим числом витков.In the basic design, all platforms 3, 12 and 13, 16 and 17, guides 8, 9, 10, 11, rings 18 and 19 are made of dielectric material, for example, polyurethane, screws 6 and 7 are made of durable wear-resistant material with low magnetic permeability . The coils of the inductors 30 and 31 are interchangeable, depending on the purpose of the stimulation and the type of magnetic field acting on the recipient's brain, and can be made either from a thin wire with a large number of turns on the coil, or from a thick wire with a small number of turns.

Концентратор магнитного поля 38 выполняет также функции сердечника катушки индукторов магнитного поля и выполнен из магнитомягкого материала, например, пермаллоя. В качестве наночастиц магнитной жидкости 40 могут быть использованы наноразмерные частицы магнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллоя или метгласса. Внутренняя 41 и наружная 42 оболочки гибкого магнитопровода выполнены, соответственно, из герметичного гибкого и прочного гибкого диэлектрических материалов. В качестве оболочки гибкого магнитопровода возможно использование шлангов высокого давления при условии отсутствия в них, в качестве укрепляющего материала, металлической сетки.The magnetic field concentrator 38 also performs the functions of the core of the coil of the magnetic field inductors and is made of soft magnetic material, for example permalloy. As nanoparticles of magnetic fluid 40, nanosized particles of magnetic materials with high magnetic permeability, for example permalloy or metglass, can be used. The inner 41 and outer 42 shell of the flexible magnetic core are made, respectively, of a sealed flexible and durable flexible dielectric materials. It is possible to use high-pressure hoses as a sheath of a flexible magnetic circuit, provided that they do not have a metal mesh as a reinforcing material.

Стандартный способ проведения транcкраниальной магнитной стимуляции включает: 1) проведение магнито-резонансной томографии реципиента в режиме Т1 MPR; 2) построение 3D индивидуальной модели головного мозга пациента (NBS eXimia Nexstim); 3) соотнесение анатомических образований с ориентирами на магнито-резонансной томограмме (МРТ); 4) привязку координат 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента внутри устройства транскраниальной магнитной стимуляции; 5) проведение стимуляции зон мозга по заданным координатам 3D модели головного мозга реципиента внутри устройства транскраниальной магнитной стимуляции (см. http://cyberleninka.ru/article/n/novyy-shag-k-personifitsirovannoy-meditsine-navigatsionnaya-sistema-transkranialnoy-magnitnoy-stimulyatsii-nbs-eximia-nexstim, или Червяков А.В., Пирадов М.А., Савицкая Н.Г., Черникова Л.А., Кремнева Е.И. Новый шаг к персонифицированной медицине. Навигационная система транскраниальной магнитной стимуляции (NBS EXIMIA NEXSTIM), ж-л, «Анналы клинической и экспериментальной неврологии», т.6, № 3, с. 39). В заявленном способе исходят из того, что первые четыре пункта стандартного способа решены известным образом и осуществлена привязка координат 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента внутри устройства транскраниальной магнитной стимуляции и подлежит реализации только пятый пункт – т.е. проведение стимуляции зон мозга по заданным координатам 3D модели головного мозга реципиента внутри устройства транскраниальной магнитной стимуляции.The standard method for conducting transcranial magnetic stimulation includes: 1) conducting magnetic resonance imaging of the recipient in T1 MPR mode; 2) building a 3D individual model of the patient’s brain (NBS eXimia Nexstim); 3) correlation of anatomical formations with landmarks on a magnetic resonance imaging (MRI); 4) the binding of the coordinates of the 3D individual model of the recipient’s brain inside the transcranial magnetic stimulation device; 5) conducting stimulation of brain zones according to the given coordinates of the 3D model of the recipient's brain inside the transcranial magnetic stimulation device (see http://cyberleninka.ru/article/n/novyy-shag-k-personifitsirovannoy-meditsine-navigatsionnaya-sistema-transkranialnoy- magnitnoy-stimulyatsii-nbs-eximia-nexstim, or Chervyakov A.V., Piradov M.A., Savitskaya N.G., Chernikova L.A., Kremneva E.I. A new step to personalized medicine. Transcranial magnetic navigation system stimulation (NBS EXIMIA NEXSTIM), female, “Annals of Clinical and Experimental Neurology”, v.6, No. 3, p. 39). In the claimed method, it is assumed that the first four points of the standard method are solved in a known manner and the coordinates of the 3D individual model of the recipient’s brain are transformed inside the transcranial magnetic stimulation device and only the fifth point is to be implemented - i.e. stimulation of brain zones according to the given coordinates of the 3D model of the recipient's brain inside the transcranial magnetic stimulation device.

Для транcкраниальной магнитной стимуляции, включающей воздействие магнитным полем, (см. фиг. 1) используют две катушки индукторов магнитного поля, связанные гибким магнитопроводом (ГМ), и перемещающиеся по дуге окружности, соответственно D1 и D2, с центром вращения, относительно точки O и вектора магнитной индукции B вокруг головы реципиента с центром вращения, проходящего через зону стимуляции мозга ZC в произвольном направлении с равной их угловой скоростью на угол α, а также, задают необходимый уровень напряженности магнитного поля Н и значение суммарной энергии W в зоне стимуляции ZC и их допустимые значения в запрещенных ZZ и опасных ZD зонах, по которым, в последующем, определяются, соответственно, токи в катушках индукторов и продолжительность транскраниальной магнитной стимуляции.For transcranial magnetic stimulation, including exposure to a magnetic field (see Fig. 1), two coils of magnetic field inductors are used, connected by a flexible magnetic circuit (GM), and moving along a circular arc, respectively D1 and D2, with a center of rotation, relative to point O and vector of magnetic induction B around the head of the recipient with the center of rotation passing through the zone of stimulation of the brain ZC in an arbitrary direction with their angular velocity equal to the angle α, and also set the required level of magnetic field H and the total energy W in the stimulation zone ZC and their permissible values in the forbidden ZZ and hazardous ZD zones, which subsequently determine, respectively, the currents in the inductor coils and the duration of transcranial magnetic stimulation.

Для этого задают координаты зон ZC, ZZ и ZD, например, в сферической системе в рабочем пространстве устройства посредством указания зенитного θ и азимутального β углов зон, а также, расстояния r от начала координат до указанных зон и осуществляют привязку координат 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента внутри устройства транcкраниальной магнитной стимуляции.To do this, specify the coordinates of the zones ZC, ZZ and ZD, for example, in the spherical system in the working space of the device by indicating the zenith θ and azimuthal β angles of the zones, as well as the distance r from the origin to these zones and coordinate the 3D coordinates of the individual brain model the recipient inside the transcranial magnetic stimulation device.

На реципиенте, при построении 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента (NBS eXimia Nexstim) и соотнесении анатомических образований с ориентирами на магнитно-резонансной томограмме (МРТ), размещаются реперные точки путем их установки, например, на капе, зажатой зубами, по которым 3D индивидуальная модель головного мозга реципиента представляется в сферической или иной системе координат. Далее, для привязки координат 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента внутри устройства транcкраниальной магнитной стимуляции используются те же реперные точки, которые использовались при построении 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента. Для этого, капа посредством телескопических рычагов закрепляется на неподвижной части устройства, например, в основании направляющих 8, 9, 10 или 11, с возможностью реципиенту зажать капу зубами таким же образом, как и при построении 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента с использованием МРТ (на чертежах не показаны). При этом важно, чтобы голова реципиента была зафиксирована неподвижно. Для снижения влияния динамических процессов, вызванных ударными выбросами крови из сердца и мышечными напряжениями грудной клетки в различных фазах дыхания, реципиента усаживают на жесткий стул с прямой спинкой и закрепленными на ней регулируемыми опорами (на чертежах не показаны) для костей черепа: сосцевидных отростков и скуловой кости, в спокойном расслабленном состоянии, затем подводят снизу под сосцевидные отростки и скуловые кости регулируемые опоры и фиксируют их в верхней фазе грудного вдоха, в интервале от нормального до глубокого, обеспечивающего достаточно комфортные условия для реципиента во время проведения транскраниальной стимуляции. По реперным точкам на капе, жестко связанным с неподвижной частью устройства, осуществляют привязку координат 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента внутри устройства транcкраниальной магнитной стимуляции путем преобразования сферической системы координат анатомических образований МРТ мозга, построенных с использованием трех точек в капе, в сферическую или иную систему координат внутри рабочего пространства устройства.On the recipient, when constructing a 3D individual model of the recipient’s brain (NBS eXimia Nexstim) and correlating the anatomical formations with landmarks on a magnetic resonance imaging (MRI), reference points are placed by installing them, for example, on a mouthpiece clamped by teeth along which the 3D individual the model of the recipient’s brain is represented in a spherical or other coordinate system. Further, to bind the coordinates of the 3D individual model of the recipient’s brain inside the transcranial magnetic stimulation device, the same reference points are used that were used to construct the 3D individual model of the recipient’s brain. To do this, the capa is fixed by telescopic levers on the fixed part of the device, for example, at the base of guides 8, 9, 10 or 11, with the ability for the recipient to grip the cap with his teeth in the same way as when building a 3D individual model of the recipient's brain using MRI ( not shown in the drawings). In this case, it is important that the recipient's head is fixed motionless. To reduce the influence of dynamic processes caused by shock surges of blood from the heart and muscle tension of the chest in various phases of respiration, the recipient is seated on a hard chair with a straight back and adjustable supports fixed to it (not shown) for the bones of the skull: mastoid processes and zygomatic bones, in a relaxed relaxed state, then adjustable supports are placed below the mastoid processes and cheekbones from below and fix them in the upper phase of the chest inspiration, in the range from normal to deep someone providing a sufficiently comfortable environment for the recipient during transcranial stimulation. Based on the reference points on the mouthpiece, rigidly connected with the fixed part of the device, the coordinates of the 3D individual model of the recipient’s brain are transformed inside the transcranial magnetic stimulation device by converting the spherical coordinate system of the anatomical formations of the brain MRI constructed using three points in the mouthpiece into a spherical or other system coordinates within the workspace of the device.

Далее, двигателем 2 по данным оптического датчика 33 устанавливают азимутальный β угол зоны стимуляции, двигателями 6 и 7 (см. фиг. 2 и 3) посредством винтов 4 и 5, перемещают платформы 12 и 13 из верхнего горизонтального положения в рабочее вдоль вертикальной оси по направляющим 8, 9, 10 и 11, а вместе с ними и поворотные платформы 16 и 17 так, чтобы ось поворотной платформы Х – Х находилась ниже или выше зоны стимуляции ZC в соответствии, с заданным зенитным θ углом зоны стимуляции и расстоянием r начала координат до указанных зон в сферической системе координат в рабочем пространстве устройства. Двигателями 14 и 15, закрепленными, соответственно, на платформах 12 и 13, поворачивают поворотные платформы 16 и 17 вокруг поворотной оси Х – Х на зенитный θ угол так, чтобы координаты зоны стимуляции ZC, оказалась лежащей на поворотной плоскости. Далее, двигателями 20 и 21 посредством вращения колец 18 и 19, осуществляют перемещение катушек индукторов магнитного поля 30 и 31, формирующих вектор индукции магнитного поля В, на допустимый угол α, с центром вращения вектора магнитной индукции B между катушками индукторов, проходящего через зону стимуляции ZC. Перемещение катушек индукторов магнитного поля 30 и 31 производится в произвольном направлении с равной их угловой скоростью, что обеспечивает постоянное прохождение вектора магнитной индукции В через зону стимуляции ZC мозга. Стимуляция зоны ZC может быть осуществлена при различных зенитных θ углах, обеспечивая при этом допустимое возможное расстояние поворотной плоскости от запрещенных ZZ и опасных ZD зон.Next, the engine 2 according to the optical sensor 33 sets the azimuthal β angle of the stimulation zone, with engines 6 and 7 (see Figs. 2 and 3) by means of screws 4 and 5, the platforms 12 and 13 are moved from the upper horizontal position to the working along the vertical axis along guides 8, 9, 10 and 11, and with them the rotary platforms 16 and 17 so that the axis of the rotary platform X - X is below or above the stimulation zone ZC in accordance with the given zenith θ angle of the stimulation zone and the distance r of the origin to the indicated zones in the spherical system of coor INAT device in the workspace. The motors 14 and 15, mounted respectively on the platforms 12 and 13, rotate the rotary platforms 16 and 17 around the rotary axis X - X by the zenith θ angle so that the coordinates of the stimulation zone ZC are lying on the rotary plane. Further, by the motors 20 and 21, by rotating the rings 18 and 19, the coils of the magnetic field inductors 30 and 31, forming the magnetic field induction vector B, are moved to an allowable angle α, with the center of rotation of the magnetic induction vector B between the inductor coils passing through the stimulation zone ZC. The movement of the coils of the magnetic field inductors 30 and 31 is carried out in an arbitrary direction with their angular velocity equal, which ensures constant passage of the magnetic induction vector B through the stimulation zone ZC of the brain. Stimulation of the ZC zone can be carried out at various zenith θ angles, while ensuring the permissible possible distance of the rotary plane from the forbidden ZZ and dangerous ZD zones.

В предлагаемом способе устанавливают также наличие запрещенных зон ZZ мозга, через которые движение вектора индукции магнитного поля В опасно для реципиента, или запрещено, при этом при приближении вектора индукции магнитного поля к этим зонам минимизируют значения индукции магнитного поля В. Для этого ось поворотной платформы Х – Х располагают относительно зоны стимуляции ZC так, чтобы поворотная плоскость не пересекала запрещенные ZZ и опасные ZD зоны. В случае, если поворотная плоскость все же пересекает запрещенные ZZ и опасные ZD зоны, или проходит рядом, то при приближении вектора индукции магнитного поля В к этим зонам минимизируют значения индукции магнитного поля, снижая или отключая токи в катушках индукторов магнитного поля 30 и 31. Для контроля значения энергии магнитного поля, воздействующих на зону стимуляции ZC и запрещенные зоны ZZ мозга реципиента, предварительно перед проведением стимуляции измеряют, известными методами, напряженность магнитного поля, действующих в указанных зонах при различных значениях тока в катушках индукторов магнитного поля, по данным которых определяют либо необходимое время воздействия на мозг реципиента, либо значения энергии магнитного поля, воздействующих на зону стимуляции ZC. Допустимые значения энергии магнитного поля, воздействующих на зону стимуляции ZC, устанавливают на безопасном уровне, задавая длительность воздействия при известных значениях напряженностей магнитного поля, предварительно измеренных перед проведением стимуляции.The proposed method also establishes the presence of forbidden zones ZZ of the brain through which the motion of the magnetic field induction vector B is dangerous for the recipient, or is prohibited, while when the magnetic field induction vector approaches these zones, the values of the magnetic field B induction are minimized. For this, the axis of the rotary platform X - X is positioned relative to the ZC stimulation zone so that the turning plane does not cross the forbidden ZZ and dangerous ZD zones. If the rotary plane nevertheless crosses the forbidden ZZ and dangerous ZD zones, or passes side by side, then when the magnetic field induction vector B approaches these zones, the values of the magnetic field induction are minimized, reducing or disconnecting the currents in the coils of the magnetic field inductors 30 and 31. To control the values of the magnetic field energy acting on the stimulation zone ZC and the forbidden zones ZZ of the recipient’s brain, prior to stimulation, the magnetic field acting in these zones at different values of the current in the coils of the magnetic field inductors, according to which either the necessary time of exposure to the recipient’s brain is determined, or the values of the magnetic field energy acting on the stimulation zone ZC. Permissible values of the magnetic field energy acting on the stimulation zone ZC are set at a safe level by setting the duration of exposure at known values of the magnetic field strengths previously measured before stimulation.

По окончании заданного времени воздействия магнитным полем на зону стимуляции мозга выключают ток в катушках индукторов 30 и 31, устанавливают двигателями 14 и 15 кольца 18 и 19 в горизонтальное положение, и, далее, двигателями 6 и 7 поднимают платформы 12 и 13 в верхнее положение, затем опускают регулируемые опоры для сосцевидных отростков и скуловой кости, после которого реципиент может выйти из рабочего пространства устройства.At the end of the specified time of exposure to the brain stimulation zone with a magnetic field, the current in the coils of the inductors 30 and 31 is turned off, the rings 18 and 19 are installed in the horizontal position by the engines 14 and 15, and then the platforms 12 and 13 are raised to the upper position by the engines 6 and 7, then lower the adjustable supports for the mastoid processes and the zygomatic bone, after which the recipient can leave the working space of the device.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Предложенный способ транскраниальной магнитной стимуляции позволяет обеспечить высокую технологичность, эффективность и точность дозированной, безопасной стимуляции структур мозга, а также, значительно снизить уровень электромагнитных помех. Способ может быть использован в терапии болезней нервной системы и заболеваний головного мозга, в технологиях активизации творческих способностей, ускорения и повышения когнитивных ресурсов для молодых и пожилых людей, восстановления утраченных функций и сенсоров пациентов.The proposed method of transcranial magnetic stimulation allows to ensure high adaptability, efficiency and accuracy of the dosed, safe stimulation of brain structures, as well as significantly reduce the level of electromagnetic interference. The method can be used in the treatment of diseases of the nervous system and diseases of the brain, in technologies of activating creative abilities, accelerating and increasing cognitive resources for young and old people, restoring lost functions and sensors of patients.

Claims

1. A method of transcranial magnetic stimulation, including exposure to a magnetic field formed by the coils of the inductors, characterized in that two coils of the magnetic field inductors are used, which are connected along the magnetic flux by a flexible magnetic circuit and moved around the recipient’s head in an arbitrary direction with a circular arc with equal angular velocity while the center of rotation of the trajectory of movement of the coils passes through the zone of stimulation of the brain.

2. The method according to p. 1, characterized in that it establishes the presence of forbidden zones of the brain through which the movement of the magnetic field induction vector is dangerous for the recipient or prohibited, while minimizing the values of magnetic field induction when the magnetic field induction vector approaches these zones.

3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that they control the values of the energy of the magnetic field acting on the stimulation zone and the forbidden zones of the recipient’s brain, for which they measure the intensity of the magnetic field acting in these zones, and record the duration of this effect, while setting the permissible values of this effect on safe level.