Skip to main content
SUPERVISOR
Abolghasem Zeidaabadi Nezhad,Rasoul AmirFattahi
ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد راهنما) رسول امیر فتاحی ورنوسفادرانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fariba Karimi
فریبا کریمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Noninvasive Deep Brain Stimulation : Tissue Modeling and Study of Interferential Electric Fields
The human brain is the most complex structure in the universe and yet there are a lot of mysteries about it. There are around one billion people worldwide who suffer from kinds of brain disease, any malfunction of brain activity. Brain stimulations, which are generally divided into invasive and noninvasive methods, are important tools for understanding the brain functions and treating its disorders. Despite many applications in diagnosing and treating brain disorders and improving its functions, conventional noninvasive methods , cannot directly modulate deep brain structures. Direct stimulation of these structures requires invasive methods such as deep brain stimulation, which was invented in the late 1980s. Although invasive methods have been very successful, its applications are very limited due to its significant risks. Noninvasive deep brain stimulation, inspirred by the interferential current therapy, is a bridge between conventional noninvasive methods and deep brain stimulation. It is introduced in 2017 to directly stimulate deep brain structures through scalp electrodes. In this study, the interferential electric fields in a homogeneous and inhomogeneous cylinder and sphere were computed both analytically and numerically. In addition, they were computed numerically in a precise anatomical human head model. Threshold approach, exploiting the maximum envelope modulation amplitude along any orientation, has been used for determining the volume of tissue activated. Results showed that it is possible to directly stimulate deep structures. Also, by extracting the relationship between activated area and stimulation parameters, a method was developed to determine the stimulation parameters in order to achieve the desired activated area (inverse problem). In addition, the activated area was computed more accurately with the help of microscopic axon models. The results can be used to prove this method from the computational point of view. In the following, after designing and implementing the interferential current stimulator, the noninvasive deep brain stimulation method was evaluated in the phantom to validate the concept of the theory presented. In according with the great application and importance of this method and its challenges, more exact investigation and in-vivo evaluation are proposed for future researches.
مغز انسان پیچیده‌ترین ساختار در جهان هستی است که هنوز ناشناخته‌های زیادی در مورد آن وجود دارد و اختلال در هر یک از عملکردهای آن منجر به بروز انواع مختلف بیماری‌های مربوط به مغز می‌شود؛ به طوری که حدود یک بیلیون نفر در سراسر دنیا از این بیماری‌ها رنج می‌برند. تحریک‌های مغزی ابزارهای مهمی برای شناخت عملکردهای مغز و درمان اختلالات مربوط به آن هستند که به طور کلی به دو دسته تهاجمی و غیرتهاجمی تقسیم می‌شوند. تحریک‌های غیرتهاجمی مرسوم ، علی‌رغم کاربردهای فراوان در تشخیص و درمان اختلالات مغز و بهبود عملکردهای آن ، نمی‌توانند مستقیما نواحی عمقی مغز را مدوله کنند و مدوله کردن مستقیم این ساختارها نیازمند روش‌های تهاجمی مانند تحریک عمقی مغز است که نخستین بار در اواخر دهه $ 1980 $ میلادی معرفی شد. اگرچه این روش با موفقیت‌های زیادی همراه بوده است اما ماهیت تهاجمی ، کاربردهای آن را محدود کرده است. تحریک غیرتهاجمی عمقی مغز با الهام از روش درمانی جریان‌های تداخلی که سال‌ها در فیزیوتراپی‌ها برای کاهش درد ، توانبخشی و غیره کاربرد داشته است ، پلی بین تحریک‌های غیرتهاجمی مرسوم و تحریک تهاجمی عمقی مغز است که در سال $ 2017 $ معرفی شد و می‌تواند به کمک الکترودهای سطحی ، مستقیما ساختارهای عمقی مغز را تحریک کند. در این پژوهش ، میدان‌های الکتریکی تداخلی این روش در استوانه و کره همگن و چندلایه به صورت تحلیلی و عددی و در مدل دقیق سر انسان به صورت عددی محاسبه شدند. تعیین ناحیه تحریک شده با آستانه‌گذاری روی بیشینه دامنه پوش میدان الکتریکی مدوله شده در همه جهت‌ها ، امکان تحریک مستقیم نواحی عمقی را نشان داد. هم‌چنین به کمک ارتباط بین پارامترهای تحریک و ناحیه تحریک شده ، روشی برای تعیین پارامترهای تحریک به منظور دستیابی به ناحیه تحریک دلخواه (مساله معکوس) توسعه داده شد. به علاوه ، ناحیه تحریک شده به صورت دقیق‌تر و به کمک مدل‌های میکروسکوپی آکسون‌ها محاسبه شد. نتایج این محاسبات ، درستی این روش را از دیدگاه محاسباتی نشان داد. در ادامه پس از طراحی و ساخت منبع جریان تداخلی ، روش تحریک غیرتهاجمی عمقی مغز به کمک جریان‌های تداخلی درون فانتوم ارزیابی و صحت مباحث تئوری بیان شده ثابت شد. با توجه به کاربرد و اهمیت بسیار زیاد این روش تحریک و چالش‌های موجود در آن ، بررسی دقیق‌تر و ارزیابی‌های آن روی موجودات زنده به عنوان پیشنهادهایی برای ادامه کار مطرح شده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی