Uusia neurofysiologisia menetelmiä

HTML
DOWNLOAD

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Uusia neurofysiologisia menetelmiä"

Pauli Halonen
6 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Uusia neurofysiologisia menetelmiä Risto Ilmoniemi Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitos Aalto-yliopisto BioMag-laboratorio, HUS Meilahden sairaala Nexstim Oyj, perustaja AVH-päivät, Heureka, Vantaa,

2 Aiemmin kehitettyä EEG (Berger 1924, 1929) MEG (Cohen 1968, 1971) TMS (Barker et al. 1985)

3 Aiheita tänään Navigoitu TMS (ntms) TMS EEG Monipaikka-TMS OPM-tekniikka MEG MRI Luotettavuus Toistettavuus Tarkkuus Algoritminen säätö

4 Taustaa MEG 1981 mtms 1986 E-nTMS 1993 TMS EEG 1996 MEG MRI, 2006

5 Navigoitu TMS TMS = Transkraniaalinen magneettistimulaatio

Ilmoniemi & Grandori 1993 Ruohonen & Karhu 2010

6 Navigoitu TMS Tarkkuus 3 10 mm Toistettavuus 1 2 mm FDA-hyväksyntä USA:ssa Courtesy of Thomas Picht Ilmoniemi & Grandori 1993 Ruohonen & Karhu 2010 Karhu et al Sollmann et al Hannula & Ilmoniemi 2017

7 Prekirurginen paikannus HAND (APB, ADM) Foot (TA) Tumor Tumor Craniotomy Foot (TA) Thomas Picht, Neurosurgery, Charité, Berlin

8 TMS EEG Aivostimulaation vaikutuksen mittaus EEG:llä Ilmoniemi et al. NeuroReport

Perturb-and-Measure (PAM) technique Cortical excitability, connectivity, state of the cortex! Ilmoniemi et al. NeuroReport 1997 Kähkönen et al. NeuroImage 2001 Komssi et al. Clin. Neurophysiol.

9 Perturb-and-Measure (PAM) technique Cortical excitability, connectivity, state of the cortex! Ilmoniemi et al. NeuroReport 1997 Kähkönen et al. NeuroImage 2001 Komssi et al. Clin. Neurophysiol Nikulin et al. Eur. J. Neurosci Komssi et al. Hum. Brain Mapp Kähkönen et al. Clin. Neurophysiol Bender et al. Ann. Neurol Massimini et al. Science 2005 Ilmoniemi & Kicic Brain Topogr Mäki & Ilmoniemi NeuroImage 2011 Hanna Mäki Thesis 2011 Hernandez-Pavon et al. J. Neurosci. Meth Mutanen et al. Brain Stim Mutanen et al. Front. Hum. Neurosci Metsomaa et al. J. Neurosci. Meth Julio Hernandez Pavon Thesis 2015 Johanna Metsomaa Thesis 2017

10 TMS:n vaikutus Virtapulssi TMS-kelaan (5 ka) 2010

11 Virtapulssi TMS-kelaan è B-field (1 tesla) TMS:n vaikutus

12 TMS:n vaikutus Virtapulssi TMS-kelaan è B-field (1 tesla) è E-field (100 V/m)

13 TMS:n vaikutus Virtapulssi TMS-kelaan è B-field (1 tesla) è E-field (100 V/m) è Sähkövirta kudoksessa (0.1 ma/mm 2 )

14 TMS:n vaikutus Virtapulssi TMS-kelaan è B-field (1 tesla) è E-field (100 V/m) è Sähkövirta kudoksessa (0.1 ma/mm 2 ) è Solukalvo depolarisoituu (10 mv)

15 TMS:n vaikutus Virtapulssi TMS-kelaan è B-field (1 tesla) è E-field (100 V/m) è Sähkövirta kudoksessa (0.1 ma/mm 2 ) è Solukalvo depolarisoituu (10 mv) è Ionikanavia avautuu

16 TMS:n vaikutus Virtapulssi TMS-kelaan è B-field (1 tesla) è E-field (100 V/m) è Sähkövirta kudoksessa (0.1 ma/mm 2 ) è Solukalvo depolarisoituu (10 mv) è Ionikanavia avautuu è Aktiopotentiaaleja

17 TMS:n vaikutus Virtapulssi TMS-kelaan è B-field (1 tesla) è E-field (100 V/m) è Sähkövirta kudoksessa (0.1 ma/mm 2 ) è Solukalvo depolarisoituu (10 mv) è Ionikanavia avautuu è Aktiopotentiaaleja è Signaalit etenevät

18 TMS:n vaikutus Virtapulssi TMS-kelaan è B-field (1 tesla) è E-field (100 V/m) è Sähkövirta kudoksessa (0.1 ma/mm 2 ) è Solukalvo depolarisoituu (10 mv) è Ionikanavia avautuu è Aktiopotentiaaleja è Signaalit etenevät è Synapsiaktivaatio

19 TMS:n vaikutus Virtapulssi TMS-kelaan è B-field (1 tesla) è E-field (100 V/m) è Sähkövirta kudoksessa (0.1 ma/mm 2 ) è Solukalvo depolarisoituu (10 mv) è Ionikanavia avautuu è Aktiopotentiaaleja è Signaalit etenevät è Synapsiaktivaatio è Postsynaptisia virtoja

20 TMS:n vaikutus Virtapulssi TMS-kelaan è B-field (1 tesla) è E-field (100 V/m) è Sähkövirta kudoksessa (0.1 ma/mm 2 ) è Solukalvo depolarisoituu (10 mv) è Ionikanavia avautuu è Aktiopotentiaaleja è Signaalit etenevät è Synapsiaktivaatio è Postsynaptisia virtoja è Herätepotentiaaleja (TEP)

21 Source-Space-Utilizing Noise Cancellation (SOUND) Mutanen, Metsomaa, Liljander & Ilmoniemi, NeuroImage 2018

22 Perusteellinen johdatus aivosignaalien syntyyn ja analyysiin

23 Tulossa Inom kort TMS fmri Jane ja Aatos Erkon säätiö R. Ilmoniemi (Aalto) ja O. Gröhn (UEF)

24 Next Big Thing Monipaikka-TMS (Multi-locus TMS) Takaisinkytketty stimulaatio Monipaikkasekvenssit Automatisoitu TMS-skannaus Kytkeytyminen aivojen dynaamiseen järjestelmään ( Connect to Brain ) ERC Synergy project (Aalto, Tübingen, Chieti)

25 Tyrkkää juuri oikealla hetkellä On tarkkailtava stimuloitavaa kohdetta ja tyrkättävä oikealla hetkellä ja oikeaan paikkaan

26 Koko pään mtms -yritelmä 1996

27 5-kanavainen monipaikka-tms Koponen et al. (2018)

28 Monipaikka-TMS: 2017 Tarkkuus Koponen, Nieminen & Ilmoniemi. Brain Stimulation 2018

29 Millimetritarkkuus 1000 MEP amplitude (µv) Position of E-field maximum [mm]

30 Vaikka pää liikkuu, stimulus menee samaan kohtaan

31 Sähkökentän elektroninen pyöritys

32 Sähkökentän suunta vs. MEPi-amplitudi 13 koehenkilöä APB-lihas 110% RMT Normalized MEPs Souza, Nieminen, Tugin, Koponen, Baffa & Ilmoniemi, Brain Stimulation 2019

33 Takaisinkytketty TMS (Closed-loop TMS) Courtesy of GL Romani et al.

34 Taiteilijan näkemys tulevaisuuden mtms:stä Stimulation of nearby targets at millisecond-scale intervals

35 Work in Progress OPM-tekniikka OPM = Optically pumped magnetometer

36 OPM MEG in Aalto University Adjustable sensor helmet Optical co-registration with MRIs Dynamic compensation of residual fields Iivanainen NeuroImage, Zetter, Groen, Hakkarainen, Parkkonen, NeuroImage 2019.

37 OPM MEG: Gamma-band responses Dynamic visual stimulus 9 OPM sensors (QuSpin) above the occipital cortex Courtresy of Lauri Parkkonen

38 OPM MEG: Gamma-band Single-channel time frequency representation responses Source estimate (DICS beamformer) Stimulus on N trial = 100 Iivanainen, Zetter, Helle & Parkkonen. In prep.

39 MEG MRI Tarkuus ja luotettavuus Uudenlaista tietoa kudoksesta matalakenttä-mri:llä

40 Magnetoenkefalografia 1971 David Cohen Alpha-rhythm: 2.5 pt D. Cohen, Science 175, (1972)

41 Pioneerityötä Espoon Otaniemessä 1974 HS Fetal MCG K. Hukkinen, V. Kariniemi, V. Kariniemi, T. Katila, J. Ahopelto, H. Laine, P. Karp, and R. Lukander, T. Katila P. Mäkipää J. Perin. Med. Am. J. Obstet. (1974) Gynecol. (-76) Magnetooculogram Toivo Katila

MEG-kehitys Suomessa 1981 1983 SQUIDs 7 4 1987 7 1989 24 1993 122 1999 306 Ilmoniemi, Proc. XV Annual Conf.

, A four-channel SQUID magnetometer for brain research, Electroenceph. Clin. Neurophysiol.

, A large-area low-noise seven-channel dc SQUID magnetometers for brain research, Rev. Sci.

42 MEG-kehitys Suomessa SQUIDs Ilmoniemi, Proc. XV Annual Conf. Finnish Phys. Soc. (Turku 1981), p. 8:12. Ilmoniemi et al., A four-channel SQUID magnetometer for brain research, Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 58, (1984). Knuutila et al., A large-area low-noise seven-channel dc SQUID magnetometers for brain research, Rev. Sci. Instrum 58, (1987). Ahlfors et al., A 24-SQUID gradiometer for magnetoencephalography, Physica B 165 & 166, (1990). Ahonen et al., 122-channel SQUID instrument for investigating the magnetic signals from the human brain. Phys. Scr. T49, , (1993)

43 Neuromag Oy (perustettu 1989) Myöhemmin Elekta Oy Nyt MEGIN (York Instruments) Epilepsia Leikkausta edeltävä aivoalueiden paikannus 2017

44 FET Open project Yhdistetty MEG ja MRI + = MEG MRI MEG-MRI Aalto-yliopisto Physikalisch-Technische Bundesanstalt Berlin University of Chieti Pescara VTT HUS

45 Ultramatalien kenttien MRI McDermott et al., PNAS SQUIDs - Hyvä signaali myös pienillä Larmor-taajuuksilla 2. Prepolarisaatio Courtesy of John Clarke

46 RESULTS Magn. Reson. Med. 69: (2013)

47 MEG MRI Aalto-yliopistossa 48

MEG-demonstraatio hybridilaitteella Checkerboard stimulus presented in the lower left visual quadrant Interstimulus interval 1 s Average

48 MEG-demonstraatio hybridilaitteella Checkerboard stimulus presented in the lower left visual quadrant Interstimulus interval 1 s Average of 100 responses Measurement time < 2 min Field pattern and inverse solution Spherical conductor model 80 ms after the stimulus onset 49

49 Ens.aivokuvat ultramatalissa kentissä v

50 MEG MRI: lähiajan näkymät Kohinan pudotus ft Prepolarisaatio mt DynaCAN (Zevenhoven) 2020 => Mittausajat < 10 min, resoluutio < 2 mm, T1-kontrasti: hyvä Present Next generation Koos Zevenhoven, unpublished 51

51 Erinomaisia tutkijoita ja opiskelijoita MEG MRI Koos Zevenhoven Antti Mäkinen Iiro Lehto Marko Havu Leevi Kähkönen Mikko Luukinen Tiu Aarnio Jukka Rissanen Jaakko Nieminen Lari Koponen Markus Toivonen Aino Tervo Victor Hugo Souza Heikki Sinisalo Lauri Parkkonen Joonas Iivanainen Rasmus Zetter Matti Stenroos Mikael Groen Karoliina Hakkarainen TMS technology, methodology and applications Selja Vaalto Karita Salo Minna Pitkänen Sergei Tugin Johanna Metsomaa Tuomas Mutanen Niko Mäkelä Baran Aydogan Pantelis Lioumis Timo Roine

52 Aiheita tänään Navigoitu TMS (ntms) TMS EEG Monipaikka-TMS OPM-tekniikka MEG MRI Luotettavuus Toistettavuus Tarkkuus Algoritminen säätö

Samankaltaiset tiedostot

Taustaa. Tutkimuksesta tuotteeksi. Projektin varhaisvaiheet. 1996 1996 Kohteena liikeaivokuori. Karhu. Ruohonen. Kela.

Taustaa. Tutkimuksesta tuotteeksi. Projektin varhaisvaiheet. 1996 1996 Kohteena liikeaivokuori. Karhu. Ruohonen. Kela. Tutkimuksesta tuotteeksi Risto Ilmoniemi Lääketieteellisen tekniikan laboratorio, TKK BioMag-laboratorio, HUS, HY, TKK Nexstim Oy To be or Wellbe III Oulu, 17.11.2006 Teknologia kohtaa ihmisen Taustaa