Design optimization of stimulation coil system for nerve stimulation

Onuki, Takashi; Wakao, Shinji; Miyokawa, Toshio; Nishimura, Y.; Ishikawa, Nobuyoshi; Hosaka, Hiroko

doi:10.1109/20.706837

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“…Il existe des bobines de stimulation de différents tailles, formes, matériaux et modèles (Ren et al, 1995; Onuki et al, 1998; Hsu et Durand, 2001; Aglio et al, 2002; Epstein et Davey, 2002; Thielscher et Kammer, 2002; Xu et al, 2005; Roth et al, 2007) (figure 2a). Ce sont elles qui déterminent en grand partie la distribution (Roth, 2007; Salinas et al, 2007) et la capacité de pénétration du champ magnétique dans une région cérébrale donnée, son étendue spatiale ou sa résolution spatiale, sa capacité à induire des courants intra-corticaux d’intensité faible ou élevée, sa localisation (Hsu et al, 2003; Thielscher et Kammer, 2004) et, en conséquence, les effets sortants moteurs, sensoriels ou comportementaux (Thickbroom et al, 1998).…”

Section: Description Des Composantes Essentielles De L’équipement De unclassified

“…Qui plus est, d’autres éléments comme les interphases entre tissus, l’accumulation ou la circulation du liquide cérébro-spinal, la structure anatomique ou ses altérations (Wagner et al, 2004b; Wagner, 2006; Wagner et al, 2008; Wagner, 2009), et les caractéristiques cyto- et chémo-architecturales du cortex, pourraient jouer un rôle covariant dans la sensibilité d’une région donnée à la stimulation. De telles limitations peuvent être partiellement surmontées en utilisant des bobines de formes spéciales – par exemple des bobines en cloche pour viser des parties plus profondes du cortex moteur – ou éventuellement une combinaison de différentes sources de SMT infraliminaire convergeant vers une profondeur corticale donnée (Heller et van Hulsteyn, 1992; Onuki, 1998). L’utilisation de la SMT combinée à des méthodes d’imagerie cérébrale non invasive chez l’homme (IRMf) (Baudewig et al, 2001; Bestmann et al, 2003; Ruff, 2006; Sack et al, 2007), ainsi que les modèles computationnels pour faire des prédictions sur la distribution du champ magnétique et des courants induits (Thielscher et Kammer, 2002; Wagner, 2007b), dans le contexte local et global d’une région anatomique et de ses réseaux associés, aideront probablement à fournir dans un avenir prochain de solides corrélats d’une telle efficacité.…”

Section: Neurobiologie De La Smt: Critères Pertinents Pour Le Design unclassified

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La stimulation magnétique transcrânienne (SMT) dans la recherche fondamentale et clinique en neuroscience

Valero‐Cabré

Pascual‐Leone

Coubard³

2011

Revue Neurologique

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Introduction Les méthodes de stimulation cérébrale non invasives telles que la Stimulation Magnétique Transcrânienne (SMT) sont largement utilisées pour établir des inférences causales sur les relations entre cerveau et comportement. Des applications cliniques basées sur la SMT ont également été développées pour traiter des affections neurologiques ou psychiatriques comme la dépression, la dystonie, la douleur, les acouphènes ou les séquelles d’accident vasculaire cérébral. État des connaissances La SMT fonctionne en induisant de manière non invasive et de manière focale des courants électriques dans des régions corticales, modulant ainsi leur niveau d’activité de façon variable suivant la fréquence, le nombre d’impulsions, les intervalles et la durée de stimulation utilisés. S’agissant du cortex moteur, on sait par exemple que les patterns d’impulsions de SMT à basse fréquence ou ceux délivrées de manière continue tendent à déprimer l’activité locale, tandis que la SMT à haute fréquence et discontinus tend à la potentialiser. Outre ses effets locaux, la SMT peut aussi avoir des effets à distance sur les régions cérébrales, véhiculés par les connections anatomiques et qui dépendent de l’efficacité et du signe de ces connexions. Perspectives Dans le domaine de la recherche fondamentale et des applications thérapeutiques, l’utilisation efficace de la SMT requiert, cependant, la compréhension approfondie de ses principes opérationnels, de ses risques, de ses potentialités et de ses limites. Dans cet article, nous présentons les principes par lesquels opèrent les méthodes de stimulation cérébrale non invasive, et en particulier la SMT. Conclusion À l’issue de sa lecture, le lecteur sera en mesure de discuter de façon critique les études scientifiques et cliniques utilisant la SMT, ainsi que de concevoir des applications SMT suivant une hypothèse a priori dans le domaine de la recherche en neuroscience fondamentale et/ou clinique.

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Section: Description Des Composantes Essentielles De L’équipement De unclassified

Section: Neurobiologie De La Smt: Critères Pertinents Pour Le Design unclassified

La stimulation magnétique transcrânienne (SMT) dans la recherche fondamentale et clinique en neuroscience

Valero‐Cabré

Pascual‐Leone

Coubard³

2011

Revue Neurologique

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Finite element analyses and simulations in biomedicine: a bibliography (1985‐1999)

Mackerle

2000

Engineering Computations

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Circuit topology and control principle for a first magnetic stimulator with fully controllable waveform

Goetz

Pfaeffl

Huber

et al. 2012

2012 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society

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Magnetic stimulation pulse sources are very inflexible high-power devices. The incorporated circuit topology is usually limited to a single pulse type. However, experimental and theoretical work shows that more freedom in choosing or even designing waveforms could notably enhance existing methods. Beyond that, it even allows entering new fields of application. We propose a technology that can solve the problem. Even in very high frequency ranges, the circuitry is very flexible and is able generate almost every waveform with unrivaled accuracy. This technology can dynamically change between different pulse shapes without any reconfiguration, recharging or other changes; thus the waveform can be modified also during a high-frequency repetitive pulse train. In addition to the option of online design and generation of still unknown waveforms, it amalgamates all existing device types with their specific pulse shapes, which have been leading an independent existence in the past years. These advantages were achieved by giving up the common basis of all magnetic stimulation devices so far, i.e., the high-voltage oscillator. Distributed electronics handle the high power dividing the high voltage and the required switching rate into small portions.

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Design optimization of stimulation coil system for nerve stimulation

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La stimulation magnétique transcrânienne (SMT) dans la recherche fondamentale et clinique en neuroscience

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Circuit topology and control principle for a first magnetic stimulator with fully controllable waveform

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