Analisi elettromagnetica agli elementi finiti della stimolazione magnetica transcranica a campo rotante

Conventional Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) presents an intrinsic limitation related to the sensitivity of the induced electric field's orientation with respect to the geometry of target neuronal structures, which reduces the proportion of the cortical neuronal population effectively recruited by a single stimulation pulse. Rotational Field TMS (rfTMS) has been proposed to overcome this limitation through the use of two orthogonal coils excited with a quarter-period temporal phase shift, generating an induced electric field whose direction varies dynamically during the stimulation pulse. The present work implemented and verified this principle through two complementary finite element models: a simplified model, developed in Simcenter MAGNET, and a realistic anatomical model, developed in the SimNIBS environment and applied to two motor targets — the hand and tibialis anterior cortical representations. The results confirm, in both simulation environments, the progressive rotation of the induced electric field throughout the excitation cycle, and highlight the influence of realistic anatomical geometry on the three-dimensional field distribution, which is not captured by the simplified model. This work suggests the usefulness of a combined simplified/anatomical approach for the study and future optimization of the rfTMS technique.

La Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) convenzionale presenta un limite intrinseco legato alla sensibilità all'orientamento del campo elettrico indotto rispetto alla geometria delle strutture neuronali bersaglio, che riduce la porzione di popolazione neuronale corticale effettivamente reclutata da un singolo impulso di stimolazione. La tecnica Rotational Field TMS (rfTMS) è stata proposta per superare tale limite mediante l'impiego di due bobine ortogonali eccitate con uno sfasamento temporale di un quarto di periodo, in grado di generare un campo elettrico indotto la cui direzione varia dinamicamente durante l'impulso di stimolazione. Il presente lavoro ha implementato e verificato tale principio attraverso due modelli complementari agli elementi finiti: un modello semplificato, realizzato in Simcenter MAGNET, e un modello anatomico realistico, realizzato in ambiente SimNIBS e applicato a due target motori — l'area corticale della mano e quella del muscolo tibiale anteriore. I risultati ottenuti confermano, in entrambi gli ambienti di simulazione, la rotazione progressiva del campo elettrico indotto nel corso del ciclo di eccitazione, ed evidenziano l'influenza della reale geometria anatomica sulla distribuzione tridimensionale del campo, non colta dal modello semplificato. Il lavoro suggerisce l'utilità di un approccio combinato semplificato/anatomico per lo studio e la futura ottimizzazione della tecnica rfTMS.