СПОСОБ ТРАНСКРАНИАЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ СТИМУЛЯЦИИ
METHOD OF TRANSCRANIAL MAGNETIC STIMULATION

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.
Известны различные способы и устройства транскраниальной магнитной стимуляции.
Известны способы транскраниальной магнитной стимуляции и устройства для его осуществления (см. патенты US 9352167 В2 и US 20100113959 A1), 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.
Известен также способ транскраниальной магнитной стимуляции, включающий воздействие магнитным полем, формируемым катушками индукторов (см. патент US 20050228209 А1), 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.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ транкраниальной магнитной стимуляции (см. патент 2654581), включающий воздействие на жестко зафиксированную в пространстве голову реципиента магнитным полем, формируемым двумя источниками 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 и с возможностью поворота плоскости траектории источников магнитного поля вокруг горизонтальной оси, проходящей через зону стимуляции мозга и нормальной к вертикальной оси, проходящей через центр окружности, при этом центр вращения траектории перемещения источников магнитного поля проходит через зону стимуляции мозга.
Недостатком наиболее близкого к заявленному изобретению способа транкраниальной магнитной стимуляции является ограниченность способа и невозможность стимуляции отдельных зон головного мозга из-за наличия нулевого значения в векторе индукции магнитного поля, проходящего через зону стимуляции, а также недостаточная точность адресной стимуляции из-за направления каждого из осей источников магнитного поля по радиусу окружности, что приводит к формированию вектора индукции магнитного поля всей поверхностью рабочей части магнитопровода, что расширяет начальную часть вектора индукции магнитного поля.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение возможностей способа и повышение эффективности и точности стимуляции.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, заключается в обеспечении в рабочем пространстве значений вектора индукции магнитного поля не равных нулю или близких к нулевому значению, что обеспечивает стимуляцию всех разрешенных зон головного мозга. Кроме того, формируют узкий вектор индукции магнитного поля, проходящий через зону стимуляции мозга, что повышает также эффективность и точность стимуляции. Кроме того, воздействуют на ту же зону стимуляции источником узконаправленного терагерцевого излучения, что обеспечивает комплексное воздействие на стимуляционные зоны структур мозга.
Для решения поставленной задачи способ транскраниальной магнитной стимуляции, включающий воздействие магнитным полем, формируемыми двумя источниками магнитного поля, перемещаемыми вокруг головы реципиента с центром вращения траектории и плоскости траектории перемещения катушек, проходящих через зону стимуляции мозга, отличающийся тем, что с помощью источников магнитного поля создают переменный по модулю и направлению вектор индукции магнитного поля с нулевым значением, вынесенным за пределы возможных зон стимуляции, причем, вектор индукции магнитного поля и геометрические оси каждой из источников магнитного поля совпадают по направлению и лежат на одной общей оси, проходящей через зону стимуляции мозга, при этом, используют источник узконаправленного терагерцевого излучения, перемещаемого по той же дуге окружности, с центром вращения, совпадающим с зоной стимуляции мозга.
Кроме того, терагерцевое излучение, прошедшее через зону стимуляции, отражают в ту же зону мозга.
Кроме того, поглощают прошедшее через зону стимуляции мозга терагерцевое излучение.
Кроме того, измеряют терагерцевое излучение, прошедшее через зону стимуляции.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".
Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.
Признаки, указывающие, что "с помощью источников магнитного поля создают переменный по модулю и направлению вектор индукции магнитного поля", обеспечивают стимуляцию зон мозга переменным как по амплитуде, так и по направлению вектором индукции магнитного поля.
Признаки, указывающие, что с помощью источников магнитного поля создают переменный по модулю и направлению вектор индукции магнитного поля "с нулевым значением, вынесенным за пределы возможных зон стимуляции", обеспечивают возможность стимуляции всех разрешенных зон головного мозга, за счет исключения в рабочем пространстве нулевого значения модуля вектора индукции магнитного поля.
Признаки, указывающие, что "вектор индукции магнитного поля и геометрические оси каждой из источников магнитного поля совпадают по направлению и лежат на одной общей оси, проходящей через зону стимуляции", обеспечивают необходимые и достаточные условия, при которых формируется узкий вектор индукции магнитного поля за счет обеспечения направлений геометрических осей источников магнитного поля по одной общей оси, проходящей через зону стимуляции мозга, что повышает также точность стимуляции.
Признаки, указывающие, что "используют источник узконаправленного терагерцевого излучения, перемещаемого по той же дуге окружности, с центром вращения, совпадающим с зоной стимуляции мозга", обеспечивают комплексное воздействие на стимуляционные зоны структур мозга.
Признаки первого дополнительного пункта формулы изобретения повышают эффективность и точность стимуляции терагерцевым излучением за счет вторичного использования прошедшего через объект стимуляции излучения и снижения воздействия на объект стимуляции рассеянным в рабочем пространстве устройства излучением.
Признаки второго дополнительного пункта формулы изобретения снижают воздействие на объект стимуляции рассеянным в рабочем пространстве устройства излучением за счет поглощения прошедшего через зону стимуляции мозга терагерцевого излучения.
Признаки третьего дополнительного пункта формулы изобретения позволяют производить количественную оценку транскраниальной стимуляции ТГц излучением и обеспечить безопасность его проведения.
На фиг. 1 схематически показано перемещение источников магнитного поля, излучателя и отражателя (поглотителя или измерительного преобразователя. В дальнейшем, отражателя, если специально не оговорено) терагерцевого (ТГц) излучения; на фиг. 2 - схема основной части устройства; на фиг. 3 и 4 - концентраторы магнитного поля; на фиг. 5 - схема соединений обмоток катушек источников магнитного поля с источниками питания.
На фиг. 1: N1 и S1, N2 и S2 - северный и южный полюсы двух источников магнитного поля; МС - гибкий магнитопровод; О - центр окружности; R - радиус окружности рабочего пространства; D1 и D2 - дуги окружности; BN - вектор магнитной индукции источников магнитного поля; α - угол поворота вектора магнитной индукции BN магнитного поля; ZC, ZZ и ZD - соответственно, зона стимуляции, запрещенная и опасная зоны; ТО и TR - излучатель и отражатель ТГц излучения; α' - угол сдвига излучателя и отражателя терагерцевого ТГц излучения; X - X, ось вращения поворотных платформ (на схеме не показаны: Z - Z, вертикальная ось, проходящая нормально к плоскости чертежа; Y - Y, горизонтальная ось, проходящая нормально к поворотной оси X - X и к вертикальной оси Z - Z); 1 и 2 - оси вращения источников магнитного поля относительно плоскости траектории перемещения источников магнитного поля; 3 и 4 - оси вращения излучателя ТО и отражателя TR ТГц излучения. На фиг. 2: ТО и TR - излучатель и отражатель ТГц излучения; X - X, ось вращения поворотных платформ; Y - Y, горизонтальная ось, проходящая нормально к поворотной оси X - X и к вертикальной оси Z - Z; 1 и 2 - оси вращения источников магнитного поля относительно плоскости траектории перемещения источников магнитного поля; 3 и 4 - оси вращения излучателя ТО и отражателя TR ТГц излучения; 5 и 6 - подвижные плиты; 7, 8, 9 и 10 - вертикальные направляющие; 11 и 12 - двигатели; 13 и 14 - оси, соответственно, двигателей 11 и 12; 15 и 16 - поворотные платформы; 17 и 18 - двигатели; 19 и 20 - кольца; 21 и 22 - упорные кольца; 23 и 24 - зона соприкосновения колец 19 и 20 с упорными кольцами 21 и 22; 25 и 26 - двигатели; 27 и 28 - концентраторы магнитного поля; 29 и 30 - устройства крепления магнитной системы; 31 и 32 - двигатели; 33 и 34 - устройства крепления излучателя и отражателя. На фиг. 3: ИП1 - источник питания; 35 - центральный магнитопровод; 36 - изоляционный слой; 37 - диэлектрическая накладка; 38 - магнитный материал с высокой магнитной индукцией насыщения; 39 - законцовка магнитопровода; 40 - рабочая поверхность концентратора магнитного поля; 41 - диэлектрическая вставка; 42 - обмотка катушки источника магнитного поля. На фиг. 4: ИП1 - источник питания; Uизм1 и Uизм2 - напряжения на выходе измерительных обмоток; 35 - центральный магнитопровод; 36 - изоляционный слой; 37 - диэлектрическая накладка; 38 - магнитный материал с высокой магнитной индукцией насыщения; 39 - законцовка магнитопровода; 40 - рабочая поверхность концентратора магнитного поля; 41 - диэлектрическая вставка; 42 - обмотка катушки источника магнитного поля; 43 - электромагнитный экран; 44 - изоляционный слой; 45 и 46 -измерительные обмотки. На фиг. 5: БЛОК А - блок источников питания. U1, U2, U3 и U4 - источники питания; БЛОК В - блок задания источников питания. U1 и U2 или U3 и U4 - источники питания, заданные; БЛОК С - блок задания направлений тока. Uзад1, Uзад2, Uзад3 и Uзад4 - источники питания с заданными направлениями токов; БЛОК D - блок подключения источников питания к обмоткам катушек. ОК1 и ОК2 - обмотки катушек источников магнитного поля; а и b, с и d - выводы обмоток катушек источников магнитного поля;, - направления токов в обмотках катушек ОК1 и ОК2, соответственно, по часовой и против часовой стрелки.
N
На чертежах показаны: (см. фиг. 1 для случая стимуляции вектором индукции магнитного поля (северным N полюсом)). Для эффективной и точной стимуляции, во время перемещения катушек индукторов источников магнитного поля, обеспечивают, чтобы геометрические оси каждой из них лежали на одной общей оси, проходящей через зону стимуляции мозга, кроме того, ось излучателя ТО и отражателя TR ТГц излучения должны лежать на другой общей оси, проходящей через ту же зону стимуляции ZC. Для этого, северный и южный полюсы двух источников магнитного поля N1 и S1, N2 и S2, связанные, вне рабочего пространства устройства, гибким магнитопроводом МС и вектором магнитной индукции BN, в рабочем пространстве устройства радиуса R, перемещают вокруг центра окружности О с центром вращения, проходящим через зону стимуляции мозга ZC (здесь, рабочее пространство устройства, это пространство, ограниченное областью перемещения вектора индукции BN магнитного поля, сформированного источниками магнитного поля, и заданное в цилиндрической или сферической системе координат, в которое помещается голова реципиента). Северный N1 и южный S2 полюсы источников магнитного поля, перемещают по дугам окружности D1 и D2 на угол а, при этом, вектор магнитной индукции BN источников магнитного поля также перемещается на угол а, пересекая запрещенные ZZ и опасные ZD зоны, в которых значение вектора магнитной индукции снижается, либо становится равным нулю. В процессе перемещения полюсов N1 и S2 источников магнитного поля по дугам окружности D1 и D2 на угол α, посредством осей 1 и 2 обеспечивают, чтобы геометрические оси каждой из источников (N1 и S1, N2 и S2) магнитного поля совпадали по направлению и лежали на одной общей оси, проходящей через зону стимуляции мозга, что обеспечивает формирование узкого вектора BN индукции магнитного поля, а, следовательно, повышение эффективности и точности стимуляции. Запрещенные ZZ и опасные ZD зоны, прохождение вектора BN индукции магнитного поля в которых запрещено или опасно, задаются в прямоугольной или сферической системе координат, при этом, в качестве оси X - X используется ось вращения поворотных платформ, проходящая (см. фиг. 2) через оси вращения, соответственно, 13 и 14 двигателей 11 и 12. Ось Y - Y проходит нормально к оси X - X и к вертикальной оси Z - Z (на чертежах не показано), проходящей через центр окружности О. Излучатель ТО и отражатель TR ТГц излучения, перемещаются по той же дуге окружности, что и источники магнитного поля, с центром вращения, проходящим через ту же зону стимуляции ZC мозга, и сдвинуты на одинаковый угол α', причем, излучатель ТО вправо относительно полюса N1, а отражатель TR ТГц излучения влево относительно полюса S2. В процессе перемещения излучателя ТО и отражателя TR ТГц излучений посредством осей 3 и 4 обеспечивают, чтобы геометрические оси излучателя ТО и отражателя TR ТГц излучений совпадали по направлению и лежали на другой одной общей оси, проходящей через ту же зону стимуляции ZC мозга, что обеспечивает комплексное воздействие на стимуляционные зоны структур мозга. На фиг. 2 показана схема основной части устройства: TR и ТО - соответственно, отражатель и излучатель ТГц излучения, угловое положение которых, относительно зоны стимуляции ZC, посредством осей 3 и 4 регулируются двигателями, соответственно, 31 и 32. X - X, ось вращения поворотных платформ, проходящая через оси 13 и 14, соответственно, двигателей 11 и 12. Ось Y - Y проходит нормально к оси X - X и к вертикальной оси Z - Z (на чертежах не показано), проходящей через центр окружности О. Подвижные плиты 5 и 6 с установленными на них двигателями 11 и 12, перемещаются по вертикальным направляющим 7, 8, 9 и 10 (двигатели не показаны) до совмещения горизонтальной плоскости, через которую проходит ось X - X, с зоной ZC стимуляции мозга. Далее, перемещают платформы 5 и 6 (двигатель не показан) вокруг вертикальной оси Z - Z (на фиг. 2 перпендикулярно плоскости чертежа) до совмещения оси X - X с зоной ZC стимуляции мозга. Двигатели 11 и 12 посредством осей 13 и 14 обеспечивают поворот платформ 15 и 16 с установленными на них кольцами 19 и 20 вокруг оси X - X, и обеспечивают возможность воздействия на объект стимуляции при различных положениях платформ 15 и 16. Двигатели 17 и 18, закрепленные на платформе 15, предназначены для вращения колец 19 и 20, и также обеспечивают возможность воздействия на объект стимуляции из разных (см. на фиг. 1) точек дуги окружности (D1 и D2), при этом, упорные кольца 21 и 22, закрепленные на платформе 16, через зоны соприкосновения 23 и 24 колец 19 и 20, обеспечивают жесткость конструкции для точности позиционирования при стимуляции. Двигатели 25 и 26, закрепленные на кольцах 19 и 20, посредством осей 1 и 2 регулируют геометрические оси источников магнитного поля (N1 и S1, N2 и S2) так, чтобы (см. фиг. 1) вектор индукции B магнитного поля проходил через геометрические оси, соответственно, концентраторов 27 и 28, и лежали на одной общей оси, проходящей через зону стимуляции ZC. Устройства крепления магнитной системы 29 и 30 концентраторов 27 и 28 магнитного поля к осям, соответственно, 1 и 2 двигателей 25 и 26, обеспечивают поворот осей концентраторов 27 и 28 магнитного поля при вращении двигателей 25 и 26. Двигатели 31 и 32, закрепленные на кольцах 19 и 20, посредством осей 3 и 4 вращают отражатель TR и излучатель ТО ТГц излучения и обеспечивают, чтобы излученное и отраженное излучения лежали на одной общей оси, проходящей через зону стимуляции ZC мозга. При транскраниальной магнитной стимуляции обеспечение вращения концентраторов 27 и 28 магнитного поля, при котором вектор индукции BN магнитного поля проходит через оси, соответственно, концентраторов 27 и 28, и лежит на одной общей оси, проходящей через зону стимуляции ZC, приводит к формированию узкого начала вектора индукции BN магнитного поля и, следовательно, к повышению эффективности и точности транскраниальной магнитной стимуляции. При стимуляции ТГц излучением обеспечивают, чтобы излученное и отраженное излучения лежали на другой одной общей оси, проходящей через зону стимуляции ZC мозга. Совмещение в одном корпусе концентратора 27 и излучателя ТО, а также концентратора 28 магнитного поля и отражателя TR ТГц излучения обеспечивают сдвиг угла между ними, равным нулю, при этом обеспечивается максимальная точность комплексного воздействия на объект. При этом, использование TR в качестве отражателя повышает эффективность и точность стимуляции за счет вторичного использования прошедшего через объект стимуляции излучения и снижения воздействия на объект стимуляции рассеянным в рабочем пространстве устройства излучением; в качестве поглотителя - снизить рассеяние ТГц излучения в рабочем пространстве устройства; в качестве измерительного преобразователя - производить количественную оценку транскраниальной стимуляции ТГц излучением. На фиг. 3 показан концентратор магнитного поля, обеспечивающий повышение напряженности магнитного поля в усеченной части магнитной системы: ИП1 - источник питания катушки индуктора источника магнитного поля. Центральный магнитопровод 35 покрыт изоляционным материалом 36, защищающим центральный магнитопровод 35 от внешних воздействий. Диэлектрическая накладка 37 предназначена для удобства работы с центральным магнитопроводом 35. Магнитный материал 38 с высокой магнитной индукцией насыщения обеспечивает работу концентратора магнитного поля магнитной системы при высоких значениях напряженности магнитного поля. Законцовка 39 магнитопровода обеспечивает повышение напряженности магнитного поля в усеченной части конуса магнитной системы. Рабочая поверхность концентратора магнитного поля 40 обеспечивает на выходе напряженность магнитного потока, увеличенную на величину, пропорциональную отношению площадей поперечных сечений центрального магнитопровода 35 и усеченной части конуса. Диэлектрическая вставка 41 обеспечивает механическую прочность центрального магнитопровода 35 и обмотки катушки источника магнитного поля 42. Законцовка магнитопровода 39 может быть выполнена в форме усеченной параболы или гиперболы вращения для снижения вихревых токов в законцовке 39 магнитопровода при протекании магнитного потока в центральном магнитопроводе 35. На фиг. 4 показана магнитная система с концентратором магнитного поля, обеспечивающая повышение напряженности магнитного поля в усеченной части магнитной системы и защищенная от влияния внешних помех, с возможностью производства измерений в процессе транскраниальной магнитной стимуляции. Назначение и функции элементов ИП1, 35-42 такие же, как и на фиг. 2. Uизм1 и Uизм2 - напряжения на выходе измерительных обмоток, соответственно, 45 и 46. Электромагнитный экран 43 выполнен из гибкого высокопроводящего электрический ток материала, например, медной оплетки, и заземлен не менее, чем в одной точке, в середине или на его концах (см. на фиг. 1) магнитопровода МС. Изоляционный слой 44 защищает центральный магнитопровод 35 от внешних воздействий. Измерительные обмотки 45 и 46 размещены, соответственно, внутри и вокруг центрального магнитопровода 35 и измеряют либо часть, либо полный магнитный поток, протекающий в центральном магнитопроводе 35, что позволяет производить количественную оценку энергетического воздействия на объект стимуляции и обеспечить его проведение на безопасном уровне. На фиг. 5 показана схема соединений обмоток катушек источников магнитного поля с источниками питания, состоящая из последовательно соединенных блока источников питания (БЛОК А), блока задания источников питания (БЛОК В), блока задания направлений тока (БЛОК С), блока подключения источников питания к обмоткам катушек (БЛОК D) и обмоток катушек источников магнитного поля ОК1 и ОК2. Схема предназначена для создания переменного по модулю и направлению вектора BN (или BS) индукции магнитного поля с нулевым значением модуля вектора индукции магнитного поля, вынесенным за пределы возможных зон стимуляции. БЛОК А включает источники питания U1, U2, U3 и U4. U1 и U2, например, импульсные напряжения, причем, U2>2*U1. U3 и U4 - напряжения переменного тока или специальной формы, например, экспоненциальной, причем, U4>2*U3. Все выводы источников питания расширены до четырех и подключены к блоку задания источников питания (БЛОК В), состоящей из четырех двухпакетных переключателей, каждая на восемь входов, обеспечивающей на каждом выходе переключателя выбор любой из имеющихся источников питания. Выводы заданных источники питания из четырех двухпакетных переключателей блока (БЛОК В) поступают в блок задания направлений тока (БЛОК С), состоящей из четырех трехпозиционных переключателей, каждая на два входа, обеспечивающей на каждом выходе переключателя заданное направление тока в заданных источниках питания. Каждый вывод четырех трехпозиционных переключателей блока (БЛОК С), расширенных до восьми, поступает в блок подключения источников питания к обмоткам катушек БЛОК D, состоящей из двух двухпакетных переключателей, каждая на шестнадцать входов, обеспечивающей на выходах а, b, с и d обмоток катушек ОК1 и ОК2 источников магнитного поля, любой из заданных источников питания и направлений тока: по часовой или против часовой стрелки. Набор источников питания прямоугольного импульсного напряжения, отличающиеся по модулю, не менее, чем в два раза, и источников переменного напряжения, или специальной формы, отличающихся по модулю, также, не менее, чем в два раза, позволяют создавать магнитные поля с переменным по модулю и направлению вектором индукции BN (или BS) магнитного поля с нулевым значением модуля вектора индукции В магнитного поля, вынесенным за пределы возможных зон стимуляции, что обеспечивает стимуляцию только положительным переменным значением вектора индукции магнитного поля для седативного воздействия, или отрицательным - для возбуждающего, стимулирующего воздействия, либо как положительным, так и отрицательным для комплексного воздействия на зону стимуляции мозга.
В базовой конструкции все платформы 5, 6, 15 и 16, направляющие 7, 8, 9 и 10, кольца 19 и 20 выполнены из диэлектрического материала, например, из полиуретана. В качестве (см. фиг. 3) гибкого центрального магнитопровода 35 могут быть использованы наноразмерные частицы магнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллоя, метгласса или магнитный проводник, сплетенный из тонких нитей метгласса.
Транкраниальную магнитную стимуляцию осуществляют с использованием магнитного поля, либо ТГц излучения, либо совместно с использованием магнитного поля и ТГц излучения.
Для транскраниальной магнитной стимуляции с помощью источников магнитного поля задают переменный по модулю и направлению вектор индукции магнитного поля с нулевым значением модуля вектора индукции магнитного поля, вынесенным за пределы возможных зон стимуляции. Для этого по схеме соединений обмоток катушек источников магнитного поля с источниками питания (см. фиг. 5) задают источник питания (БЛОК А, БЛОК В) и направление тока (БЛОК С), затем посредством блока подключения источников питания к обмоткам катушек (БЛОК D) подключают обмотки катушек источников магнитного поля ОК1 и ОК2 к заданным источникам питания с заданным направлением тока. Как видно из схемы (см. фиг. 5), обмотки ОК1 и ОК2 катушек источников магнитного поля подключаются независимо друг от друга, при этом, одна из обмоток (например, ОК1) подключается к источнику по модулю, превышающую другую, не менее, чем в два раза. Для стимуляции переменным по модулю положительным значением вектора индукции магнитного поля на обмотку катушки, создающей северный полюс N источника магнитного поля, подается напряжение не менее, чем в два раза превышающее напряжение на обмотке, создающей южный полюс S источника магнитного поля (на данном примере, на обмотку ОК1). Для стимуляции переменным по модулю отрицательным значением вектора индукции магнитного поля на обмотку катушки, создающей южный полюс S источника магнитного поля, подается напряжение не менее, чем в два раза превышающее напряжение на обмотке, создающей северный полюс N источника магнитного поля. Для стимуляции положительным и отрицательным значениями вектора В индукции переменного магнитного поля с нулевым значением вектора индукции магнитного поля, перемещающегося вдоль вектора индукции магнитного поля, на обмотки катушек ОК1 и ОК2 источников магнитного поля подают одинаковые напряжения и обеспечивают переключение полярностей напряжений на обмотках катушек ОК1 и ОК2 источников магнитного поля. При этом используют (см. фиг. 1) два источника магнитного поля, связанные гибким магнитопроводом (МС), и перемещающиеся по дуге окружности, соответственно D1 и D2, с центром вращения, относительно точки О и вектора магнитной индукции BN вокруг головы реципиента с центром вращения, проходящего через зону стимуляции мозга ZC в произвольном направлении с постоянной угловой скоростью относительно зоны стимуляции ZC на угол α, предельно допустимый по условиям технологичности и безопасности. Задают необходимый уровень напряженности магнитного поля Н и значение суммарной энергии Wh в зоне стимуляции ZC и их допустимые значения в запрещенных ZZ и опасных ZD зонах, по которым, определяются, соответственно, токи в катушках индукторов и продолжительность транскраниальной магнитной стимуляции.
Известными способами осуществляют привязку координат 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента внутри устройства транкраниальной магнитной стимуляции. Для этого 3D индивидуальную модель головного мозга реципиента (NBS eXimia Nexstim) на основе магнитно-резонансной томограммы (МРТ) получают с привязкой к трем реперным точкам, размещенных предварительно перед МРТ на голове человека, например, на лбу и сосцевидных отростках. Далее, реперные точки 3D индивидуальной модели головного мозга привязывают к координатам рабочего пространства устройства путем преобразования координат 3D индивидуальной модели мозга к координатам рабочего пространства устройства. При этом необходимо обеспечить жесткую фиксацию головы в рабочем пространстве. Координаты, соответственно, зон ZC, ZZ и ZD в рабочем пространстве устройства задают, например, в сферической системе координат. Далее, устанавливают начальные условия стимуляции (см. фиг. 2). Для этого подвижные плиты 5 и 6 с установленными на них двигателями 11 и 12, перемещают по вертикальным направляющим 7, 8, 9 и 10 (двигатели не показаны) до совмещения горизонтальной плоскости, через которую проходит ось X - X, с зоной ZC стимуляции мозга. Далее, поворачивают платформы 5 и 6 (двигатель не показан) вокруг вертикальной оси Z - Z (на фиг. 2 перпендикулярно плоскости чертежа) до совмещения оси X - X с зоной ZC стимуляции мозга. Включается выбранный тип источника питания с заданным направлением тока в обмотках катушек ОК1 и ОК2 источников магнитного поля и заданным вектором BN индукции магнитного поля. Двигателями 11 и 12 посредством осей 13 и 14 обеспечивают поворот вокруг оси X - X платформ 15 и 16 с установленными на них кольцами 19 и 20, при этом, двигатели 17 и 18, закрепленные на платформе 15, вращают кольца 17 и 18 и обеспечивают возможность воздействия на объект стимуляции из разных точек пространства. Во время поворота колец 19 и 20 двигатели 25 и 26, закрепленные на кольцах 19 и 20, посредством осей 1 и 2 регулируют направления (см. фиг. 1) геометрических осей источников магнитного поля (N1 и S1, N2 и S2) и обеспечивают, чтобы геометрические оси каждой из них лежали на одной общей оси, проходящей через зону стимуляции мозга ZC и лежащей на оси X - X, что приводит к формированию узкого начала вектора индукции BN магнитного поля и, следовательно, к повышению эффективности и точности транскраниальной магнитной стимуляции. Регулирование направления вектора BN индукции магнитного поля посредством двигателей 25 и 26, закрепленных на кольцах 19 и 20, сводится к повороту осей 1 и 2 концентраторов 27 и 28 магнитного поля.
При стимуляции ТГц излучением (см. на фиг. 2) привязку координат 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента внутри устройства транкраниальной стимуляции и установку начальных условий стимуляции осуществляют также, как и при транкраниальной магнитной стимуляции. Отключают источники магнитного поля и включают источник питания ТГц излучений с заданным значением интенсивности и длительности воздействия. Двигателями 11 и 12 посредством осей 13 и 14 обеспечивают поворот вокруг оси X - X платформ 15 и 16 с установленными на них кольцами 19 и 20, при этом, двигатели 17 и 18, закрепленные на платформе 15, вращают кольца 19 и 20 и обеспечивают возможность воздействия на объект стимуляции из разных точек пространства. Во время поворота колец 19 и 20 двигатели 31 и 32, закрепленные на кольцах 19 и 20, посредством осей 3 и 4 вращают отражатель TR и излучатель ТО ТГц излучения и обеспечивают, чтобы излученное и отраженное излучения лежали на одной общей оси, проходящей через зону стимуляции ZC мозга, лежащей на оси X - X, что повышает эффективность и точность стимуляции за счет вторичного использования прошедшего через объект стимуляции излучения и снижения воздействия на объект рассеянным излучением. В случае, когда TR выполнен из материала, близкого к абсолютно черному телу (с возможностью его охлаждения), также обеспечивается снижение воздействия на объект стимуляции рассеянным в рабочем пространстве устройства излучением. Выполнение TR в качестве измерительного преобразователя ТГц излучения позволяет производить количественную оценку транскраниальной стимуляции ТГц излучением и обеспечить безопасность его проведения.
Высокая эффективность стимуляции ТГц излучением (см. Кирьянова В.В., Жарова Е.Н., Баграев Н.Т., Реуков А.С., Логинова С.В. Перспектива применения электромагнитных волн терагерцевого диапазона в физиотерапии (ретроспективный обзор). Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. 2016; 15 (4): 209-215. DOI 10.18821/1681-3456-2016-15-4-209-215) обеспечивается резонансным механизмом биологических эффектов ТГц излучений. В ТГц-диапазоне находятся частоты клеточных мембран (0,1-1 ТГц), соматической клетки (2,39 ТГц), хромосом (0,75-15 ТГц), эритроцитов (0,5-1 ТГц), воды (0,65-0,5 ТГц) и др. При совпадении собственных резонансных частот биологических объектов с частотами внешнего электромагнитного поля имеют место биологические эффекты ТГц излучений, заключающийся в усилении кровотока и снижения ее вязкости, увеличении количества гемоглобина и иных эффектов, используемые для физиотерапии и реабилитации, при этом, техническое обеспечение стимуляции ТГц излучением основано на применении современных комбинированных миниатюрных излучателей и приемников ТГц излучений (см. https://ria.ru/science/20161124/1482091799.htm1) с габаритными размерами, не превышающими нескольких миллиметров. Принцип работы миниатюрных излучателей ТГц излучений и его конструкция обеспечивают их применение и в качестве измерительных преобразователей ТГц излучений.
При комплексном воздействии на стимуляционные зоны структур мозга (см. на фиг. 2) привязку координат 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента внутри устройства транкраниальной стимуляции и установку начальных условий стимуляции осуществляют также, как и при транкраниальной магнитной стимуляции и стимуляции ТГц излучением. Включают выбранный тип источника питания с заданным направлением тока в катушках индукторов источников магнитного поля и заданным вектором индукции В магнитного поля, а также, источник питания ТГц излучений с заданным значением интенсивности и длительности воздействия. Двигателями 11 и 12 посредством осей 13 и 14 обеспечивают поворот вокруг оси X - X платформ 15 и 16, с установленными на них кольцами 19 и 20, при этом, двигатели 17 и 18, закрепленные на платформе 15, вращают кольца 19 и 20 и обеспечивают возможность воздействия на объект стимуляции из разных точек пространства. Во время поворота колец 19 и 20 двигатели 25 и 26, 31 и 32, закрепленные на кольцах 19 и 20, посредством осей, соответственно, 1 и 2, 3 и 4 направляют (см. фиг. 1) вектор BN индукции магнитного поля через одну общую ось, проходящую через зону стимуляции ZC, при этом, направления излученного излучателем ТО и отраженного отражателем TR ТГц излучений, лежат на другой одной общей оси, также проходящей через зону стимуляции ZC мозга. Устройства крепления магнитной системы 29 и 30 концентраторов 27 и 28 магнитного поля к осям, соответственно, 1 и 2 двигателей 25 и 26, обеспечивают поворот геометрических осей концентраторов 27 и 28 магнитного поля при вращении двигателей 25 и 26. Точность вторичного использования прошедшим через объект стимуляции излучения, можно повысить (см. фиг. 1 и 2) минимальным сдвигом угла между осью 1 концентратора 27 и осью 3 излучателя ТО, осью 2 концентратора 28 и осью 4 отражателя TR ТГц излучения. Совмещение в одном корпусе концентратора 27 и излучателя ТО, а также концентратора 28 магнитного поля и TR ТГц излучения обеспечивают сдвиг угла между ними, равным нулю, при этом обеспечивается максимальная точность комплексного воздействия на объект. Использование TR в качестве отражателя повышает эффективность и точность стимуляции за счет вторичного использования прошедшего через объект стимуляции излучения и снижения воздействия на объект стимуляции рассеянным в рабочем пространстве устройства излучением; в качестве поглотителя - снизить рассеяние ТГц излучения в рабочем пространстве устройства; в качестве измерительного преобразователя - производить количественную оценку транскраниальной стимуляции ТГц и обеспечить безопасность его проведения.
При воздействии на стимуляционные зоны структур мозга, имеющих парные органы, например, гипокамп, привязку координат 3D индивидуальной модели головного мозга реципиента внутри устройства транкраниальной стимуляции осуществляют также, как и при транкраниальной магнитной стимуляции и стимуляции ТГц излучением. Для установки начальных условий проецируют лишь контур изображения гипокампа на сагитальную плоскость путем задания множеством его координат, далее, ориентируют ось X - X в сагитальной плоскости, а плоскость колец 19 и 20 в аксиальной плоскости. Далее, устанавливают источники стимуляции (вектор BN магнитной индукции или источник ТГц излучения) симметрично относительно сагитальной плоскости. Включают источник стимуляции и перемещают источник стимуляции внутри контура изображения гипокампа, по множеству заданных в сагитальной плоскости его координат.
По окончании воздействия на зону стимуляции мозга выключают ток в обмотках катушек источников магнитного поля и источник ТГц излучения ТО, двигателями 11 и 12 устанавливают кольца 19 и 20 горизонтальное положение (на фиг. 2 - параллельно плоскости чертежа) и поднимают платформы 15 и 16, после которого реципиент может выйти из рабочего пространства устройства.
Промышленная применимость
Предложенный способ транскраниальной магнитной стимуляции позволяет обеспечить высокую технологичность, эффективность и точность адресной стимуляции разрешенных к стимуляции структур мозга, как магнитным полем, так и источником узконаправленного терагерцевого излучения. 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. Способ применим и в технологиях передачи информации о функциональном состоянии и функциональной активности структур мозга донора на мозг реципиента, а также, при проведении функциональной магнитоиндукционной томографии.