E-Field Lab

Die Elektroden werden auf einem 3D-Kopfmodell ausgewählt, als Anoden oder Kathoden festgelegt und mit einem Gesamtstrom versehen; das Werkzeug zeigt daraufhin das resultierende elektrische Feld auf der kortikalen Oberfläche. Die Berechnung erfolgt sofort: keine Warteschlange, kein Warten.

Gedacht ist es für den Moment vor dem Experiment, in dem die Elektrodenplatzierung festgelegt wird und zwei Montagen zu vergleichen sind, ohne für jede eine vollständige Simulation aufzusetzen.

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Die Grundlage ist ein Leadfield: die Feldlösung für jede Elektrode einzeln, einmal mit finiten Elementen berechnet und gespeichert. Da das Problem quasi-statisch und ohmsch ist, ist das Feld jeder Elektrodenkombination die gewichtete Summe dieser Einzellösungen. Diese Summe ist keine Näherung: für das gelöste Modell ist sie exakt.

• — Gelöst mit SimNIBS 4.6 auf dem Kopfmodell Ernie aus dessen Beispieldatensatz
• — EEG-10-10-Haube (Jurak 2007): 76 Elektroden, mit Cz als Referenz
• — Runde Elektroden, 20 mm Durchmesser, 4 mm Gel, auf der Kopfhaut vernetzt
• — Feld interpoliert auf der mittleren Oberfläche der grauen Substanz
• — Normiert auf V/m pro mA, sodass der gewählte Strom linear skaliert
• — Oberfläche von 308.791 auf 20.003 Knoten reduziert, damit sie in den Browser passt

Der Betrag ist die Feldstärke, unabhängig von ihrer Richtung.

Die Normalkomponente ist die Projektion des Feldes auf die Senkrechte zur kortikalen Oberfläche. Sie ist positiv, wenn das Feld in den Kortex hinein zeigt, und negativ, wenn es heraus zeigt. Sie hängt am engsten mit der neuronalen Polarisation zusammen und wird deshalb üblicherweise berichtet.

Die drei Kennzahlen zu jeder Montage sind bewusst konservativ:

• — Spitzenwert: 99. Perzentil des Betrags, nicht das absolute Maximum. Das Maximum wird von wenigen Knoten bestimmt und ist zwischen Netzen instabil
• — Median: das typische Feld über den gesamten Kortex
• — Fokalität: Anteil der kortikalen Oberfläche oberhalb des halben Spitzenwerts. Kleiner heißt fokaler

Abbildungen werden als PNG exportiert, die Bildunterschrift steht bereits darin: Montage, Strom, Modell, Referenzelektrode und Elektrodengeometrie. Die Werteanzeige auf dem Bild lässt sich auch ausschalten.

• — Ein einziges Kopfmodell. Die Werte sind Anhaltspunkte, nicht personenspezifisch. Ein anderer Schädel, eine andere Knochendicke oder Anatomie ergibt andere Zahlen
• — Die Elektrodengeometrie ist bei der Berechnung festgelegt. Eine Montage mit 5×5-cm-Schwämmen verteilt denselben Strom auf die achtfache Fläche und wird von diesem Modell nicht abgebildet
• — Die Oberfläche ist reduziert von rund 309.000 auf 20.000 Knoten. Feine Furchendetails werden geglättet
• — Nur kortikale Oberfläche. Für tiefe Strukturen gibt es keine Werte
• — 16-Bit-Gleitkommaspeicherung, die eine kleine, aber nicht verschwindende Rundung einführt

Es ist kein Medizinprodukt und ersetzt keine personenspezifische Simulation. Für ein reales Protokoll bleibt es richtig, SimNIBS auf dem MRT dieser Person zu rechnen.

Zur Zitation des Werkzeugs in publizierbaren Arbeiten kann dieses vorläufige Format verwendet werden, solange kein eigener DOI vorliegt:

Jones, S. R. (2026). E-Field Lab: browserbasierte Simulation des elektrischen Feldes bei transkranieller elektrischer Stimulation. Omega Dynamics. https://omegadym.com/de/efield

Ebenso ist SimNIBS zu zitieren, die Software, welche die Physik hinter dem Werkzeug löst: Thielscher, A., Antunes, A. und Saturnino, G. B. (2015). Field modeling for transcranial magnetic stimulation: a useful tool to understand the physiological effects of the brain? IEEE EMBC.

Der Code und die Rechenskripte werden als eigenes Repository veröffentlicht. Soll das Leadfield vorher reproduziert werden oder wird ein Modell mit anderer Elektrodengeometrie benötigt, schreibe an contact@omegadym.com.