利用結構有效性指標來規劃導航經顱磁刺激的制作方法
【專利說明】利用結構有效性指標來規劃導航經顱磁刺激發明領域
[0001 ] 本發明涉及經顱磁刺激(TMS)領域。本發明的某些實施例涉及導航TMS (nTMS)及其規劃。
【背景技術】
[0002]在TMS規劃和刺激期間，期望在大腦中的任意給定位置引入最小有效劑量的刺激。通過給予低于最小有效劑量的劑量，該劑量可能不會產生預期的效果。給予遠大于最小有效劑量的劑量會產生多個副作用。一些示例為:過度刺激區域、刺激比預期更大的區域、在限制刺激周期長度的區域或范圍中累積過度劑量、使腦部的區域過熱以及發生癲癇。
[0003]可實驗性地確定針對腦部的特定區域的最小有效劑量，例如在可測量或觀察刺激效果的皮質運動區。然后，通常將該最小有效劑量作為針對腦部的其他區域的指南，復制該劑量或者在該劑量的基礎上增加預定量，例如對另一區域進行針對其他區域的120%的最小有效劑量的刺激。通常，可應用一般經驗法則，并且執行的劑量與針對每個非測量性位置的實際最小有效劑量之間無相關性。
[0004]確定劑量有效程度的一個關鍵特征在于:被刺激的區域的神經結構和感應電場相對于該區域的方位。目前，TMS和nTMS系統均尚未考慮此信息，從而導致施加低效刺激劑量和無效刺激劑量。因此，期望具有一種為了確定最小有效劑量和/或方位而說明在刺激位置處的神經結構的系統及方法。另外，期望的是，要知道大腦內或大腦上的位置處的劑量的實際有效性是不易測量到的。
【發明內容】
[0005]本發明的某些實施例的一個方面提供了一種導航經顱磁刺激(nTMS)規劃和/或nTM刺激的方法。
[0006]該方法的示例包括以下步驟:確定針對腦部的目標區域的結構有效性指標(SEI)，其用于基于腦部的至少一個神經特征來說明經顱磁刺激(TMS)脈沖的有效性，確定針對腦部的基礎電場幅度和方位，以及基于針對所述目標區域和針對腦部的基礎電場幅度和方位來計算腦部的目標區域的需要的感應電場向量。
[0007]根據某些示例，SEI包括各向異性指標(Al)。Al可至少基于目標區域的局部各向異性來說明TMS脈沖的有效性。另外，根據某些示例，SEI包括連接指標(Cl)。Cl說明TMS脈沖在腦部中不同于所刺激的目標區域的位置處的有效性。此外，Cl可至少部分基于白質束連接。
[0008]SEI可具有Al分量和Cl分量。另外，SEI可僅為Al分量或Cl分量。此外，SEI可包含或由與TMS的結構有效性相關的其他指標(例如部分各向異性指標(FIA))組成。SEI可以是向量、數值、角度(例如關于SEI向量的線圈角度或感應電場角度)的函數或方向。
[0009]根據某些示例，方法包括計算TMS線圈設備相對于腦部的至少一個位置和方位的步驟，腦部能感應出針對腦部的目標區域的需要的感應電場。附加步驟可包括:確定針對TMS線圈設備的至少一個線圈繞組的脈沖參數，以使脈沖參數能使TMS線圈設備感應出針對腦部的目標區域的所需要的感應電場。
[0010]根據某些實施例和示例，有利的是基于該位置處的實際神經結構(例如在該區域處的各向異性或白質束)，利用腦部的至少一個區域的SEI來規劃該位置處的有效劑量和/或最小有效劑量。
[0011]根據某些實施例和示例，有利的是利用腦部的至少一個區域的SEI來規劃與其他位置具有類似神經神構的另一位置處的有效劑量和/或最小有效劑量。
[0012]根據某些實施例和示例，有利的是基于該位置處的實際神經結構和劑量的方位，利用腦部的至少一個區域的SEI來確定在該位置處的某個劑量或者多個劑量的有效性。
[0013]根據某些實施例和示例，有利的是基于在一個或多個區域處的實際神經結構，利用腦部的多個區域的SEI來選擇最優的區域進行刺激，以獲得期望的效果。
[0014]此外，本發明的某些實施例的一個方面提供了一種存儲有一組用于使處理器執行這里所描述的方法的計算機可實現的指令的非暫時性計算機可讀介質。
[0015]另外，本發明的某些實施例的一個方面提供了一種包括配置成根據此處所描述的方法來確定nTMS的規劃或者執行nTMS的處理器的導航經顱磁刺激(nTMS)系統。
【附圖說明】
[0016]圖1示出了與示例nTMS刺激相關聯的SEI的圖形化表示。
[0017]圖2示出了腦部的神經結構的示例，其包括更詳細的鄰近要進行刺激的目標區域的區域的插圖。
[0018]圖3示出了用于實驗性地計算針對目標區域的Al的方法的示例。
[0019]圖4示出了在圖3中所示的方法中確定的Al的圖形化結果。
【具體實施方式】
[0020]根據某些實施例，這里公開了規則導航經顱磁刺激(nTMS)的方法。這里的方法可用于創建用于后續對患者進行TMS的規劃。該方法還可在規劃下一個和/或未來刺激時在對患者進行TMS期間使用。
[0021 ] 根據某些方法，針對nTMS的規則包括以下步驟:確定針對腦部的區域或體積的結構有效性指標(SEI)。SEI可基于腦部的至少一個神經特征來說明TMS脈沖的有效性。這樣的神經特征的示例為:腦部的區域的神經各向同性或各向異性、神經束的方位、神經束的數量或平均數量、一個區域與另一個區域的連接；區域處的白質束的數量、密度和/或厚度及其組合。通過本說明，其他示例將變得顯而易見。
[0022]根據某些示例，SEI可包含各向異性指標(Al)、連接指標(Cl)、兩者的組合和/或考慮A1、CI兩個因素或其一的一般性指標。SE1、AI和/或Cl可以是向量或其表示。他們也可以僅是數值指標。通常，Al說明至少基于區域的局部各向異性的TMS脈沖的有效性。類似地，通常，Cl說明當應用至第一區域時，TMS脈沖在不同的第二區域處的有效性。第一區域通常位于皮質上或者在皮質附近。第二區域也可位于皮質上或者在皮質附近，但也可是腦部的更深區域。
[0023]方法可還包括以下步驟:確定針對腦部的基礎電場幅度和方位，以及基于針對所述區域的SEI和針對腦部的基礎電場幅度和方位來計算期望或所需要的針對腦部的區域的感應電場向量。
[0024]根據某些示例，可改變步驟的順序。例如，根據某些方法，可針對腦部的特定區域和/或特定范圍來確定和/或映射SEI。接下來可確定基礎電場幅度和方位。例如，基礎電場幅度可以是運動閾值(MT)，基礎方位可垂直于腦部拓撲特征。類似地，確定基礎電場幅度和方位之后，確定針對腦部的某個區域和/或某區。
[0025]如這里討論地，區域或目標區域指的是所需要的TMS脈沖的焦點。由于焦點通常是三維的，因此這里的術語區域與體積同義。區或治療區指的是比包含有多個可能的目標區域的目標區域還要大的區域。類似地，區或治療區與治療體積同義。因此，區或治療區比目標區域要大。
[0026]這里所公開的確定步驟可通過例如實驗(當可行時)、計算、重新計算、調整、優化、從單獨的設備/系統中輸入相關數據或其組合來執行。
[0027]—些規劃TMS脈沖及向受體實施TMS脈沖的方法假設受體腦部的目標區域是各向同性的，即該區域內的腦物質是隨機取向的。其他規劃TMS脈沖并向受體實施TMS脈沖的方法假設受體腦部的目標區域是完全各相異性的，即該區域內的腦物質完全沿同一方向對齊。然而，在腦部的任意給定區域內的腦物質的方位通常不是一致的，而是會偏向某個方向或者某些方向。因此，腦部的任意給定區域是各向異性的，即腦物質不完全是隨機取向的。
[0028]當