Medizintechnik Kleinmotoren steuern Spulen zur Stimulation von Gehirnbereichen

Die transkranielle Magnetstimulation ist eine medizinische Behandlungsart mithilfe starker Magnetfelder. Elektrische Kleinstantriebe müssen die Magnetspulen hochgenau positionieren.

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Bei bestimmten neurologischen und psychischen Erkrankungen kann die transkranielle Magnetstimulation als Alternative zur medikamentösen Behandlung eingesetzt werden und bietet den Vorteil weder invasiv noch schmerzhaft zu sein (transkraniell = durch den Schädel hindurch). Mithilfe von Kleinstantrieben konnte diese neue Technik automatisiert und in einem kompakten Gehäuse untergebracht werden. Sie bietet ein hohes Sicherheitsniveau und ist im Vergleich zur manuellen Steuerung deutlich präziser.

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Die TMS ist nicht nur ein nützliches Werkzeug in der neurowissenschaftlichen Forschung, sie wird auch bei der Diagnose und Behandlung gewisser neurologischer und psychischer Erkrankungen eingesetzt, insbesondere bei Depressionen. Bei dieser Technik wird in der Großhirnrinde ein starkes Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld kann per Induktion die elektrische Aktivität der Neuronen anregen oder hemmen.

Die Spule, die das fokussierte Magnetfeld erzeugt, muss exakt und reproduzierbar positioniert und auf die richtigen Punkte im Gehirn ausgerichtet werden. Mit dieser Vorgabe entwickelte die französische Axilum Robotix gemeinsam mit deren Partner Streb & Weil den weltweit ersten Robotassistenten speziell für die TMS (Bild 1).

Auf vorab für jeden Patienten speziell definierten Gehirnbereichen positioniert das System die TMS-Spule höchst präzise und sicher. Mit dem Ziel ein stabiles, kompaktes und präzises Gerät zu erhalten, arbeiteten die Entwickler mit dem Kleinstantriebsspezialisten FAULHABER zusammen, um durch die Integration spielarmer Getriebe in den Führungsarm für die Spule einen möglichst reproduzierbar positionierenden Antrieb zu erhalten.

Methode der transkraniellen Magnetstimulationen

Erste transkranielle Magnetstimulationen gelangen dem Arzt und Physiker Jacques-Arsène d'Arsonval Ende des 19. Jahrhunderts am Collège de France in Paris. An der University of Sheffield arbeitete Anthony Barker 1985 an der modernen Variante der transkraniellen Magnetstimulation. Deutlich kleinere Spulen, die die Großhirnrinde nur in einem kleinen Bereich stimulieren, verbesserten die Ergebnisse.

Die Magnetstimulation des schädelnahen Kortex erfolgt heute nahezu ohne Unannehmlichkeiten für die Probanden bzw. Patienten. Jedoch erfordern die kleinen Spulen eine äußerst exakte Positionierung der Magnetfeldquelle.

Das Prinzip ist einfach: Eine tangential am Schädel angelegte TMS-Spule, die mit einem Stimulator verbunden ist, liefert für wenige Millisekunden ein Magnetfeld mit einer Stärke von bis zu 3 Tesla. Die dadurch ausgelöste elektrische Potenzialänderung in der schädelnahen Hirnrinde bewirkt eine Depolarisation von Neuronen mit Auslösung von Aktionspotentialen.

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Die Stärke dieses elektrischen Felds nimmt mit der Entfernung zur Spule exponentiell ab. Diese Abnahme ist ein weiterer Grund, die Spule möglichst nahe an das zu stimulierende Hirnareal zu bringen, also in direkten Kontakt mit dem Schädel ohne dabei die Genauigkeit der Positionierung einzubüßen.

Ein Kompaktroboter übernimmt die Spulenführung

Ausgehend von diesen Anforderungen entwickelten die Experten aus Frankreich einen Roboter, der sehr präzise und reproduzierbar die TMS-Spule um den Kopf des Probanden herum positionieren kann. Der Patient sitzt dabei in einem bequemen, elektrisch verstellbaren Sessel mit Kopfstütze (Bild 2), um so die Kopfbewegungen zu minimieren.

Der Roboter wird von einem Neuro-Navigationssystem gesteuert, bei dem ein optisches Überwachungssystem es ermöglicht, etwaige Kopfbewegungen zu erkennen und zu kompensieren. Die Spule ist mit einem Kontaktsensor ausgestattet und kann so sicher mit dem Schädel in Berührung gebracht werden.

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