Verification of the possibility of increasing the effectiveness of repetitive transcranial magnetic stimulation in the treatment of patients with orofacial pain

Cílem diplomové práce bylo vytvořit metodiku pro stanovení pozice a orientace stimulační cívky s ohledem na maximalizaci efektivity léčby repetitivní transkraniální magnetickou stimulací (rTMS) u pacientů s orofaciální bolestí. Dále vytvořenou metodiku porovnat se současně využívanou metodikou a provést experimentální validaci numerického modelu porovnáním změřených hodnot magnetického pole generovaného reálnou stimulační cívkou pro rTMS. Tvorba metodiky byla konzultována s lékaři zabývajícími se léčbou rTMS. Simulace v programu Sim4life byly nastaveny dle stimulačních protokolů použitých při reálné léčbě u daných pacientů. Experimentální validace numerického modelu byla provedena změřením magnetické indukce v rovině vzdálené 34 mm od vinutí stimulační cívky. Pro měření byla využita měřící cívka, která je vhodná pro měření pulzního magnetického pole. Při aplikaci nové metodiky došlo u všech pacientů k navýšení stimulovaného objemu cílové oblasti požadovanou intenzitou elektrického pole (80 V/m a výše) minimálně o 23,3 % a maximálně o 59,9 %. Pro aplikaci metodiky do praxe byl pro každého pacienta vytvořen zaměřovací bod, který lze importovat do navigačního systému při léčbě rTMS. Tento bod zpřesní proces zaměřování stimulační cívky. Při experimentální validaci numerického modelu se naměřené hodnoty magnetické indukce pohybovaly v průměru o 24,6 % níže než hodnoty získané ze simulací při shodně nastavených hodnotách stimulačního proudu (5400 A). Takto markantní rozdíl byl způsoben degradací kapacitoru v generátoru stimulačních pulzů, jelikož přístroj byl v době měření již 10 let.The main goal of the Master Thesis was the creation of the methodology for setting-up position and orientation stimulation coil with regard to maximizing the effectivity of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) for patients with orofacial pain. Next goal was to compare this methodology with other currently used methodology and perform the experimental validation of numeric model by comparing the magnetic field values generated by the real rTMS stimulation coil. The methodology was consulted with doctors that are dealing with treatment using rTMS on regular basis. The simulations were executed in software Sim4life based on the stimulation protocols used in the real-life treatments. Experimental validation of the numerical model was performed by measuring magnetic induction that was in level and at a distance of 34 mm from the winding of stimulation coil. Search coil was used for the measurement because it is considered to be suitable for measurement of pulse magnetic fields. After application of the new methodology, the stimulated volume of the target area was increased in all patients by the required electric field intensity (80 V / m and higher) by a minimum of 23.3 % and a maximum of 59.9 %. To apply the methodology in practice, a focus point was created for each patient, which can be imported into the navigation system during the treatment of rTMS. This point makes the process of aiming the stimulation coil more precise. During the experimental validation of the numerical model, the measured values of magnetic induction were on average 24.6% lower than the values obtained from the simulations at the same set values of the stimulation current (5400 A). Such a huge difference was caused by the degradation of the capacitor in the stimulation pulse generator as the device has been already in use for 10 years