Оптимизация конструкций и ориентации катушек в форме восьмёрки для магнитной стимуляции периферического нерва на основе моделирования

Хотя магнитная стимуляция нервной ткани имеет ряд преимуществ перед электрической стимуляцией, её основными недостатками являются более высокая потребность в энергии и низкая селективность стимуляции. Ориентация и расположение катушки относительно участка стимуляции играют ключевую роль в определении порога и селективности стимуляции. В настоящей работе с помощью численного моделирования оптимизированы конструктивные параметры, ориентация и положение магнитных катушек относительно периферического нерва для повышения эффективности стимуляции. В частности, исследованы различные ориентации и положения катушек в форме восьмёрки при стимуляции седалищного нерва крысы. Также изучено влияние конструктивных параметров катушки — числа слоёв и витков — и различных электрических конфигураций катушек — противоположного или одинакового направления токов, последовательного или параллельного соединения — на порог стимуляции. Для оценки возможности селективной стимуляции использованы многоуровневый метод импеданса и гетерогенная анатомическая модель седалищного нерва крысы, состоящего из нескольких нервных пучков. Возбуждение нервного волокна моделировали с помощью эквивалентной кабельной модели и уравнений Франкенхойзера—Хаксли в программном обеспечении NEURON. Результаты показывают, что межфасцикулярная селективность может быть достигнута за счёт правильной ориентации и позиционирования катушки относительно нерва. Кроме того, при ориентации катушки в форме восьмёрки под углом 90° и смещении на 6 мм можно было преимущественно активировать один нервный пучок, почти не активируя другой, а затем менять их роли простым изменением направления тока в двух катушках.