Behandlung des Tinnitus mit transkranieller Magnetstimulation : physiologische Grundlagen und Modellierung mittels Finiter Elemente

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden zu Beginn physiologische Grundlagen über die Nervenzelle, das Ohr sowie den Hörvorgang behandelt.<br /> Der anschließende Teil gibt einen umfassenden Überblick zum Thema Tinnitus. Er beinhaltet verschiedene Arten der Tinnitusklassifizierung, eine Zusammenfassung der Hypothesen zu seiner Entstehung, verschiedene Methoden der Diagnostik, sowie die Vorstellung der wichtigsten Therapieansätze.<br />Die weitere Arbeit befasst sich mit einer speziellen Therapieform, der transkraniellen Magnetstimulation. Es werden deren physikalische Grundlagen und die Wirkungsweise erklärt, aber auch technische Komponenten, wie etwa verschiedene Schaltungen und Spulenformen, besprochen.<br />Ein Finite Elemente-Modell der transkraniellen Magnetstimulation wird erstellt. Es beruht auf einer vereinfachten Geometrie und soll die wesentlichen physikalischen Zusammenhänge näher beleuchten und eine Basis für die auf experimentellen Befunden basierende Annahme liefern, dass mit Magnetfeldern, die kleiner als etwa 0,6 Tesla sind, keine Aktionspotenziale evoziert werden.<br />Der Maximalwert des Magnetfeldes in der Simulation erreicht direkt unter der Spule etwas über 2 Tesla. Im Cortex zeigt sich nahe dem Schädelknochen bis 2 cm in der Tiefe ein annähernd linearer Abfall des Magnetfeldes. Im Modell beträgt das Magnetfeld an der Schädeloberseite im Bereich des Cortex ca. 0,6 Tesla, ein Wert der gerade noch über der Auslösungsschwelle von Aktionspotenzialen liegt. Aus der Simulation zeigt sich, wie sich die einzelnen Felder ausrichten.<br />Dadurch lassen sich Rückschlüsse auf einen für die Anregung günstigen Verlauf einer Nervenfaser ziehen. Abschließend beschäftigt sich die Arbeit mit den Annahmen, Ergebnissen und Einschränkungen des Modells und gibt einen Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen.<br />

The present work gives an introduction to physiological foundations of nerve cells, ear and auditory perception.<br />It provides an overall view of tinnitus and its classification, a resume of hypothesis of genesis, a presentation of techniques of diagnostics and the most important methods of treatment.<br />The next part deals with a specific treatment of tinnitus, the transcranial magnetic stimulation. The physical base and effect, as well as technical components like circuitries and shapes of coils are discussed.<br />Furthermore a finite element model of transcranial magnetic stimulation is presented. It is based on a simple geometry of head and coil and illustrates the properties of applied and induced fields. The model can be related to experimental findings which state that magnetic fields smaller than 0,6 Tesla do not evoke action potentials. The maximum value of the magnetic field in the simulation reaches about 2 Tesla right beneath the coil. A nearly linear decrease of the magntetic field can be shown inside the cortex over a distance of 2 cm into the depth.<br />In the region of the cortex the simulation reaches about 0,6 Tesla. Thus it should be possible to evoke action potentials.<br />It can be seen from the model how electromagnetic fields are induced.<br />Therefore conclusions can be drawn about neuron positions that facilitate activation.<br />Finally model assumptions, results and restrictions are discussed and an outlook on future improvements is given.<br />