基于投影的数值优化,用于非凸的目标表面和双线圈几何形状的跨膜磁线圈放置

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 生物医学工程 生物医学工程
• 计算建模 计算建模

背景情况:

• 超磁刺激 (TMS) 是一种非侵入性脑刺激技术.
• 精确的线圈放置对于有效和安全的TMS应用至关重要.
• 现有的线圈放置方法与复杂的线圈几何形状和非凸起的头皮目标作斗争.

研究的目的:

• 为TMS开发一个优化的线圈放置管道.
• 确保可行的线圈放置解决方案,用于双线圈和非凸的头皮区域.
• 为了提高目标地点的电场强度.

主要方法:

• 使用线圈几何投影和方向优化进行线圈放置优化管道.
• 最大限度地暴露头皮,同时防止线圈与头皮的碰撞.
• 使用互惠原则来选择最大电场 (E-field) 强度的最佳位置/方向.
• 在五个人类头部模型上进行测试,具有各种目标和四种线圈类型.

主要成果:

• 管道成功地确定了所有目标线圈组合的可行线圈放置解决方案.
• 超过2000名候选人在几分钟内进行了选,确保了最小的卷轴-头皮距离.
• 直接方法只给出了凸目标上的平面线圈的可行候选者.
• 使用目标到头皮延伸线,与头皮正常向量相比,提高了E场最大化.

结论:

• 开发的管道显著提升了TMS线圈放置优化.
• 它可以在像小脑这样具有挑战性的解剖区域使用双线圈和目标.
• 这项工作扩大了TMS的应用,可能有利于治疗诸如动力衰竭等疾病.