Autore/i MAFRICA, ANNA
Relatore FERRIGNO, GIANCARLO
Correlatore/i BERTACCO, RICCARDO
DE MOMI, ELENA
RINALDI, CHRISTIAN
Scuola ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Data 19-apr-2018
Anno accademico 2016/2017
Titolo della tesi Feasibility study and prototyping of an electromagnetic cortical stimulator for brain mapping in open skull neurosurgery
Abstract in italiano La mappatura cerebrale in fase intraoperatoria è una tecnica neurochirurgica utilizzata principalmente per la resezione di tumori cerebrali o nel trattamento chirurgico dell’epilessia. È usata per identificare correttamente e preservare le aree corticali e i percorsi sottocorticali più importanti e per massimizzare la resezione della lesione. Il protocollo utilizzato attualmente è quello della stimolazione corticale diretta: viene iniettata una corrente nel tessuto corticale attraverso degli elettrodi e si analizza la risposta a livello periferico. I principali svantaggi di tale metodo sono il possibile insorgere di convulsioni, la bassa risoluzione spaziale e la bassa capacità di penetrazione al di sotto della superficie corticale. Lo scopo di questo lavoro è quello di proporre e valutare la fattibilità di un nuovo dispositivo per la mappatura corticale intraoperatoria, che permetta una stimolazione con navigazione e senza contatto. La corteccia viene stimolata da campi magnetici tempo-varianti generati da bobine e trasportati in prossimità dell’area di interesse da un circuito magnetico flessibile. È stato costruito un primo prototipo del dispositivo con un core composto da fili di Kanthal A-1 e con bobina di stimolazione progettata per stimolare il tessuto neurale. È stato inoltre sviluppato un protocollo per valutare le prestazioni del dispositivo. Esso permette di valutare le proprietà magnetiche statiche e dinamiche del materiale che compone il core e le prestazioni del circuito magnetico durante la stimolazione. Tale protocollo è stato applicato al prototipo realizzato e ha evidenziato che il campo elettrico generato non è sufficiente per stimolare il tessuto neuronale. Tale risultato è dovuto principalmente alla troppo bassa permeabilità magnetica del core composto da fili e a una sua magnetizzazione non sufficientemente alta. La teoria, le simulazioni effettuate e la metodologia sviluppata forniscono risultati concordi che hanno permesso di identificare i parametri critici del progetto che possono essere utilizzati per la ricerca e la scelta dei materiali più adatti a tale applicazione e per la loro corretta caratterizzazione.
Abstract in inglese Intraoperative brain mapping is a neurosurgical technique mainly involved in brain tumors resection or in epilepsy surgery. It is essential to reliably identify and preserve the most important cortical areas and subcortical pathways and to maximize the resection of the lesion. The actual golden standard for this technique is Direct Cortical Stimulation: a current is injected in the cortical tissue through electrodes and the peripherical response is analysed. The main drawbacks of DCS are the possibility to induce seizures during the surgery, the low spatial resolution and the very low penetration depth below the cortex surface. This work aims to propose and to evaluate the feasibility of alternative tool for the intraoperative cortical mapping, allowing for a navigated, contactless stimulation of the cortex using coils inducing fast changing magnetic fields on the brain tissues through a flexible magnetic circuit. A first prototype of the magnetic circuit has been developed; its core is composed of Kanthal A-1 wires and the stimulation coil was designed to elicit the neural tissue. This work developed also a protocol for a complete evaluation of the device performances. It allows to evaluate the static and dynamic magnetic properties of the core material and the performances of the magnetic circuit during stimulation. Such protocol has been applied to the prototype realized and showed that the produced electric field is not sufficient to stimulate the neural tissue. This is mainly due to the too low magnetic permeability of the core composed by wires and to a magnetization not sufficiently high. The theory, the simulations performed and the methodological approach developed are in agreement and allowed to identify the design critical parameters that could be used for the research and choice of materials for the application described and for their proper experimental characterization.
Tipo di documento Tesi di laurea Magistrale
Appare nelle tipologie: Tesi di laurea Magistrale
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/10589/140338