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科研进展|肖晓团队和华山医院吴毅教授团队合作研究设计了一种新型的高磁导率材料屏蔽装置,以增强动物用TMS线圈的空间聚焦性

发布日期:2023-05-19  来源:   点击量:


重复经颅磁刺激(rTMS)已被用于多种神经系统疾病的替代治疗。然而,大多数啮齿类动物的TMS机制研究都是基于全脑刺激,缺乏针对啮齿类动物的特异性高聚焦的TMS线圈,这也大大限制了将人类TMS的治疗方案转化到动物模型中。本研究设计了一种新型的高磁导率材料屏蔽装置,以增强动物用TMS线圈的空间聚焦性。我们首先采用了有限元法分析对有无屏蔽装置的TMS线圈的电磁场分布进行比较。其次,利用免疫荧光c-Fos染色和fMRI扫描进一步在体验证了屏蔽装置的有效性。仿生模拟数据结果显示:在相同的核心刺激强度下,屏蔽装置实现了更小的聚焦,包括1 T磁场分布直径由19.1 mm缩小至13 mm,深度由7.5 mm减少至5.6 mm,但在中心区域1.5 T磁场分布大小基本相同。电场分布面积由4.68 cm2减小至4.19 cm2,深度由3.8 mm减少至2.6 mm,电场中心区域的强度减少约30%。大鼠在体验证的结果与仿生模拟数据一致,使用屏蔽装置后,大鼠大脑皮层c-Fos的表达、ALFFReHo值显示出更有限的皮质激活区域。总体而言,屏蔽装置有效的提高了TMS线圈的空间聚焦性,使45mm直径的TMS线圈的刺激直径缩小到了6 mm。该屏蔽装置为TMS用于啮齿类动物的研究提供了有用的工具。

研究结果Design and evaluation of a rodent-specific focal transcranial magnetic stimulation coil with the custom shielding application in rats于2023年4月在线发表于Frontiers in Neuroscience杂志。

  

图1  TMS刺激模式和屏蔽装置图

(A)屏蔽装置;(B)TMS线圈;(C)TMS线圈+屏蔽装置;(D)大鼠头部TMS刺激位点;(E-F)TMS刺激示意图。

图二 磁场分布图
(A,C)无屏蔽装置的TMS线圈磁场分布;(B,D)有屏蔽装置的TMS线圈磁场分布。

图3 电场分布图

(A,C,E)无屏蔽装置的TMS线圈电场分布;(B,D,F)有屏蔽装置的TMS线圈磁电分布。

图4 大鼠皮层c-Fos染色图

(A)左右两侧皮层三个不同区域;(B)Sham组皮层c-Fos染色;(C)rTMS组皮层c-Fos染色;(D)rTMS+屏蔽组皮层c-Fos染色。

图五 fMRI扫描图

(A)Sham组与rTMS组的ALFFReHo值分析;(B)Sham组与rTMS+屏蔽组的ALFFReHo值分析;(C)rTMS组与rTMS+屏蔽组的ALFFReHo值分析。

 

原文链接:

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2023.1129590/full