Исследование миниатюрных гибких катушек для очаговой магнитной стимуляции нервов

Введение: Периферическая магнитная стимуляция (ПМС) становится дополнением к стандартной электрической стимуляции (ЭС) периферической нервной системы (ПНС). ПМС позволяет стимулировать чувствительные и двигательные нервные волокна без дискомфорта, связанного с ЭС, применяемой при стандартных исследованиях нервной проводимости. В ПМС используются те же катушки, что и при транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС), однако им недостаёт очаговости и избирательности.

Цель: Представить новую катушку для ПМС, разработанную с использованием технологий гибкой электроники и имеющую уменьшенные размеры для точного и контролируемого воздействия на периферические нервы.

Методы: Для изучения электромагнитного воздействия, создаваемого новой миниатюрной катушкой (mcoil) в области лучевого нерва и вокруг него, а также для оценки порогового тока, необходимого для магнитной стимуляции (МС) лучевого нерва, провели гибридное электромагнитное и электрофизиологическое моделирование. Исследование с применением mcoil проведено у 11 здоровых добровольцев. Катушка состояла из двух катушек диаметром 15 мм, расположенных в конфигурации «восьмёрки»; каждая содержала 100 витков четырёхслойной фольги с медным покрытием толщиной 25 мкм. У каждого участника с помощью двух электродов регистрировали сенсорные потенциалы действия нерва (SNAP) и сравнивали их с потенциалами, полученными при стандартной ЭС. Скорость проведения SNAP оценивали как показатель эффективности.

Результаты: Согласно численному моделированию, максимальная напряжённость индуцированного электрического поля непосредственно под mcoil достигала 39 В/м при токе 70 А. При таких условиях электрофизиологическое моделирование показало, что mcoil вызывает SNAP, возникающие на расстоянии 7 мм от её центра. Кроме того, расчётные латентности и форма волн совпадали с результатами экспериментов по ПМС у здоровых добровольцев, что подтвердило способность mcoil стимулировать чувствительные волокна лучевого нерва.

Выводы: Гибридное электромагнитное и электрофизиологическое моделирование способствовало разработке миниатюрной катушки малого диаметра с большим числом витков на основе гибкой электроники. Численный дозиметрический анализ позволил предсказать амплитуды порогового тока, необходимые для сверхпороговой сенсорной стимуляции периферического нерва, что было подтверждено экспериментально. Разработанный и валидированный вычислительный процесс будет использоваться для повышения эффективности новых поколений конструкций mcoil, в частности их очаговости и снижения минимально необходимого тока.