ArmaçãodeBúzios–RJ–Brasil

October21stto25th,2018

MétododosElementosFinitoseSoftwareLivrenocálculodocampogeradoporEstimulaçãoMagnéticaTranscraniana

R.L.Q.Ribeiro*,M.A.F.FeitosaUniversidadedePernambuco,Recife,Brasil

*e-mail:raphaellqr@hotmail.com

Antecedentes, Motivação e Objetivos. A Estimulação Magnética Transcraniana (EMT) é umatécnica não-invasiva que possibilita o estímulo de partes do sistema nervoso e é utilizada emdiversos tratamentos. Consiste na passagem de um pulso de corrente por uma bobina, paraproduzirumcampomagnéticocomtaxadevariação temporalaltao suficienteparaprovocarosurgimentodeumpotencialdeaçãononervo.Emtrabalhosanteriores,desenvolvidosporumdosautores, verificou-se, através de algoritmo numérico, que pulsos de corrente de amplitudeinsuficienteparaobtençãodeestímulosneuronais,quandotruncadosaumapequenafraçãodotempo total de descarga, podem gerar estímulos efetivos. Essa descoberta permite odesenvolvimentodeequipamentosmaiscompactos,eficientesecompotencialdefuncionamentoemaltastaxasderepetição.Oobjetivodesseartigoéaanálisedaefetividadedocampoelétricogeradopelos pulsos truncados, nummodelo realista para a cabeça humana, através do uso dométododoselementosfinitoseutilizandosoftwaresgratuitos.Métodos. Para o cálculo do campo gerado pelo pulso de corrente truncado percorrendo umabobina de EMT, é necessário ummodelo da geometria da cabeça considerando todas as suascamadas e condutividades, bem como um da bobina a ser utilizada. Para modelar a cabeça éutilizadoopacotedesoftwaresFreeSurfereoFSLBET/BETsurf,quesegmentamocérebroapartirde imagensde ressonânciamagnéticado tipoT1eT2,quepossuemcontrastesdiferentesparatecidos diferentes. Com o auxílio do programa SimNIBS, o método dos elementos finitos nospermite calcular a intensidade do campo e a densidade de corrente num esquema demalhasvolumétricascomplexas.OSimNIBSfoidesenvolvidoporpesquisadoresalemãesedinamarqueses,parasistemaoperacionalGNU.AsdiferentesbobinasaseremutilizadassãomodeladaspeloGNUOctave, uma linguagem computacional, desenvolvida para computação matemática. Forammodeladas e simuladas quatro bobinas diferentes. Na simulação é possível modificarconfiguraçõesdedistânciadabobinapara a cabeçae intensidadedopulso.Apósescolhidoumponto na cabeça para centralizar a projeção, informa-se a condutividade de cada elemento edefine-se como será considerada a anisotropia da cabeça. Na Figura 1 tem-se uma prévia docampo elétrico na matéria cinzenta, na tela do SimNIBS, onde também é exibida a janela dedeterminaçãodascondutividadeseosvaloresdedensidadedecorrentenoescalpo(a),nocrânio(b),namatériabranca(c),noliquidocérebroespinalenamatériacinzenta(e),paraumabobinaemformade8,de70mm.Resultados.Quatrotiposdebobinasforamsimulados,duascirculareseduasemformade8,comdiâmetrosdiferentes.Opulsodecorrentesimuladotevedl/dtde3x106A/s.Épossívelcomprovaratravésdas simulações apreferênciapelasbobinas formatode8 sobre as circularesquando secompara a focalização de uma com a outra. Os valores (mínimo - máximo) do campo elétricoinduzidoedadensidadedecorrenteparaas4bobinasvariaramrespectivamentedeacordocomaTabela1.Calculou-seosresultadosapartirdevaloresdecondutividadedefinidos,peloprograma,

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emS/m.Essesvalores,apesardenãotermosasconfiguraçõesexatasutilizadasporeles,sãobempróximosdosencontradosporYoungSunChoetal(DOI:10.1109/IEMBS.2010.5626096).

DiscussãoeConclusões.Assimulaçõesrealizadasatéomomento,ecomparaçãocomaliteratura,comprovamaeficiênciadométodoedosprogramasescolhidos.Avantagemdeseremsoftwarelivre é permitirem amodificação não apenas dos parâmetros disponibilizados,mas tambémdageometria das bobinas, e o principal para essa pesquisa, da configuração do pulso de correnteaplicadonassimulações.Equaçõesquedescrevemospulsos truncadosdecorrenteestãosendodesenvolvidaseintegradasaossoftwaresnuméricosparasimulações.Comessemétodonuméricoespera-se mais uma constatação da eficácia desses pulsos em modelos detalhados da cabeçahumana.

FiguraseTabelas.Figura1:TeladoSimNIBSeosvaloresdedensidadedecorrentenoescalpo(a),

nocrânio(b),namatériabranca(c),noliquidocérebroespinalenamatériacinzenta(e).

Tabela1:Valores(min.–máx.)docampoelétricoinduzidoedadensidadedecorrente.

Bobinas Campo(V/m) Densidade(A/m²)

Figurade8a 8.36x10-4–15.1 2.07x10-4–10.9

Figurade8b 7.09x10-4–14.9 1.09x10-4–12.3

Circular70mm 2.11x10-4–8.5 0.15x10-4–6.35

Circular90mm 4.16x10-4–9.73 0.14x10-4–8

Palavras Chave. Estimulaçãomagnética transcraniana,Método dos elementos finitos, SoftwareLivre,Cálculodecampoelétrico.