專利名稱：糾正導(dǎo)航腦刺激中顯示的對(duì)象的坐標(biāo)系配準(zhǔn)中的錯(cuò)誤的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及經(jīng)顱磁刺激，更具體地，涉及在導(dǎo)航腦刺激過(guò)程中顯示經(jīng)顱刺激感性線圈相對(duì)于對(duì)象頭部的精確表示。
背景技術(shù)：
經(jīng)戶貞》茲刺:;敫(Transcranial magnetic stimulation, TMS) Y吏用感應(yīng)線圈，在該感應(yīng)線圈中生成時(shí)變it場(chǎng)以在大腦內(nèi)感生電場(chǎng)("E-filed")。暴露于足夠強(qiáng)的電場(chǎng)的、位于腦部位置的神經(jīng)元將被激活或受到刺激。在導(dǎo)航腦刺激(navigated brain stimulation, NBS )中，由TMS感應(yīng)線圈在腦內(nèi)感生的電場(chǎng)被示為對(duì)象腦部的解剖表示的圖形顯示上的重疊。通過(guò)觀察該顯示，用戶可將腦內(nèi)感生的電場(chǎng)直觀化，并從而實(shí)時(shí)地將TMS線圈裝置相對(duì)于腦部交互定位，以刺激腦部的目標(biāo)位置。
以下數(shù)據(jù)獲取和處理步驟通常被實(shí)現(xiàn)為NBS的一部分。
1. 根據(jù)表示對(duì)象頭部的解剖構(gòu)造的數(shù)據(jù)生成對(duì)象的頭皮或頭部表面的分段式數(shù)據(jù)表示。通常，利用公知的軟件算法，對(duì)表示對(duì)象頭部的二維("2D")磁共振成像("MRI")的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以生成頭部的容積三維("3D")表示。其中，表示二維磁共振成像的數(shù)據(jù)是先前利用傳統(tǒng)的MRI技術(shù)得到的，并且該圖像至少包括大腦、頭骨的上部以及附著的組織和軟骨。然后，用已知的軟件算法對(duì)頭部的3D表示進(jìn)一步處理，以生成對(duì)象的頭部表面的分段式數(shù)據(jù)表示。
2. 執(zhí)行跟蹤元件以便對(duì)TMS線圈裝置相對(duì)于頭部的位置和方向進(jìn)行跟蹤。如本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)一樣，將容易識(shí)別的反射標(biāo)志(跟蹤器)置于對(duì)象頭部的選定點(diǎn)和TMS線圈裝置上，以使這些點(diǎn)的3D坐標(biāo)能夠被自動(dòng)記錄。當(dāng)頭部的至少三個(gè)點(diǎn)和TMS線圈裝置上至少三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)被記錄時(shí)，對(duì)象的全部六個(gè)自由度的坐標(biāo)值則被確定。例如，TMS線圈裝置上的跟蹤器可為附接于TMS線圈裝置的跟蹤裝置的一部分，如2007年8月30日提交的題為"77^A/5Ci ^V/ALMJGA^77C
PC^77CWF(9i / 五C五/P77VG J7MCA77VG A&WC五"的第11/847, 511號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)所述，該申請(qǐng)被轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人并通過(guò)引用并入本文。如本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)一樣，利用專用照相機(jī)記錄跟蹤器的坐標(biāo)。
3. 執(zhí)行配準(zhǔn)處理，該處理將跟蹤校準(zhǔn)過(guò)程中表示TMS線圈裝置和對(duì)象頭部上的跟蹤器的位置的數(shù)據(jù)與生成對(duì)象頭部的3D表示的圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。通常，在跟蹤校準(zhǔn)中，將頭部上設(shè)置有反射跟蹤器的多個(gè)界標(biāo)點(diǎn)(例如每個(gè)耳朵或鼻子上的點(diǎn))精確定位在頭部的2D MRI圖像或容積3D圖像(如果可得到的話)上。通過(guò)使用包括反射跟蹤器的數(shù)字筆跟蹤器也可將同樣的點(diǎn)精確定位在對(duì)象頭部。然后，當(dāng)每個(gè)點(diǎn)都由筆跟蹤器精確定位時(shí)，則收集表示TMS線圈裝置和對(duì)象頭部上的跟蹤器的位置的跟蹤數(shù)據(jù)。在執(zhí)行這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)應(yīng)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)匹配之后，計(jì)算在校準(zhǔn)過(guò)程中將MRI圖像數(shù)據(jù)中用于表示頭部的坐標(biāo)系與用于表示跟蹤器的相對(duì)位置的坐標(biāo)系對(duì)準(zhǔn)的變換。通過(guò)執(zhí)行額外的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)匹配，例如至少在最小二乘法意義上增強(qiáng)了變換的質(zhì)量，這樣就提高了 NBS的精度。
4. 在NBS顯示器上，通常顯示如下各項(xiàng)TMS線圈裝置相對(duì)于頭皮的圖像表示的圖形表示，特別優(yōu)選地，僅顯示包含線圈繞組的、TMS線圈裝置的外殼；選定深度處腦部的圖形表示；以及作為腦部的表示上的重疊的、由TMS線圈裝置在腦部感生的電場(chǎng)。因此，當(dāng)用戶將TMS線圈裝置相對(duì)于對(duì)象頭部進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)，顯示器向用戶提供TMS線圈裝置的外殼相對(duì)于頭部和腦部的位置和方向的視覺(jué)表示，從而提供線圈繞組相對(duì)于頭部和腦部的位置和方向的視覺(jué)表示，并提供在大腦內(nèi)感生的電場(chǎng)。在配準(zhǔn)(上文中的第3點(diǎn))中計(jì)算的變換質(zhì)量影響顯示器上示出的表示的精度，并從而影響導(dǎo)航精度。眾所周知，利用頭模型或頭部電導(dǎo)率分布模型(例如球面模型)計(jì)算由線圈繞組感生
的電場(chǎng)，戶斤述沖莫型例3口 Ravazzani, P.等人在"A/agweWc o/Ae
werv"ows ，/em: zWt/ced e/ecWc ，W wwZ)owwf/e^/, sem"w/ w"e， 印力e〃'ca/, c_y/zWn'ca/ ( Annals of Biomedical Engineering 24:
606-616, 1996) —文中描述的模型，該文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入 本文，該模型基于TMS線圈裝置內(nèi)銅線繞組的形狀和位置的模型。通 常在腦部的表示中示出電場(chǎng)，并利用顏色指示電場(chǎng)強(qiáng)度，有助于用戶 導(dǎo)航TMS線圈裝置以刺激腦部的目標(biāo)點(diǎn)。很大程度上，腦部表示的精 度確定顯示器上示出的在腦部感生的電場(chǎng)的表示的精度，并極大地影 響用戶導(dǎo)航TMS線圈裝置以刺激大腦上目標(biāo)點(diǎn)的精度。
然而，現(xiàn)有的配準(zhǔn)技術(shù)易于出錯(cuò)，其可能使NBS顯示中的TMS 線圈裝置位置和得到的電場(chǎng)的顯示不精確，并從而導(dǎo)致NBS的不精 確。以下為配準(zhǔn)中最關(guān)鍵的錯(cuò)誤。
1. 物理的頭部形狀與MRI圖像的不精確匹配。MRI圖像數(shù)據(jù)集 通常包括幾何失真，該失真會(huì)影響檢測(cè)到的頭部形狀。例如，幾何失 真可能會(huì)使理想的球體在顯示器上顯示為橢圓體。此外，由于MRI圖 像數(shù)據(jù)中表示頭皮表面附近的點(diǎn)的體元的灰度值不精確，MRI圖像數(shù) 據(jù)的數(shù)據(jù)分段也可能不能精確識(shí)別頭皮。由于當(dāng)前可獲得的MRI圖像 數(shù)據(jù)的分辨率通?！接帜芾? mm x 1 mm x 1 mm的體元生成頭部體積 的3D表示，因此，可獲得的體元尺寸被限于僅表示頭部的MRI圖像 數(shù)據(jù)的精度。此外，MRI數(shù)據(jù)包括導(dǎo)致幾何失真的其它不精確性。
2. NBS處理中頭部跟蹤器相對(duì)于頭部的移動(dòng)。如果頭部的跟蹤器 相對(duì)于頭部移動(dòng)了，配準(zhǔn)則是無(wú)效的并且必須重復(fù)進(jìn)行。當(dāng)利用TMS 線圈裝置對(duì)患者進(jìn)行NBS處理時(shí)，頭部上跟蹤器的移動(dòng)可能不會(huì)被檢 測(cè)到。對(duì)于通常的NBS患者處理，將跟蹤器固定于患者頭部是不可行 的，因?yàn)檫@可能需要將跟蹤器擰到頭部?jī)?nèi)。
3. 不可能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)匹配。由于MRI圖像數(shù)據(jù)具有受限的分辨率， 例如，提供1 x l x l mm3的體元的頭部體積表示，因此，難以在頭部
和由MRI圖像數(shù)據(jù)生成的體積頭部表示上精確定位完全相同的點(diǎn)。跟 蹤校準(zhǔn)過(guò)程中選擇界標(biāo)點(diǎn)的不精確性導(dǎo)致NBS過(guò)程中的導(dǎo)航錯(cuò)誤。在NBS顯示器上，MRI圖像數(shù)據(jù)與對(duì)象頭部的不精確匹配和TMS 線圈裝置相對(duì)于頭部的不精確導(dǎo)航都是容易看見的。例如，在NBS過(guò) 程中，TMS線圈裝置的用戶正常地放置TMS線圏裝置，以使其外殼 在刺激過(guò)程中與頭皮接觸。當(dāng)用戶將TMS線圈裝置置于頭皮上而使 TMS線圈裝置的外殼的外表面與頭皮接觸時(shí)，TMS線圈裝置將表現(xiàn)為 與頭皮接觸，其中，用于表示TMS線圈裝置和頭皮上的跟蹤器位置的 坐標(biāo)系則與用于表示頭部的MRI圖像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系精確配準(zhǔn)。然而， 配準(zhǔn)中的上述錯(cuò)誤通常使TMS線圈裝置在NBS顯示器上出現(xiàn)在頭皮 上方或內(nèi)側(cè)，而其出現(xiàn)在頭皮內(nèi)側(cè)是不可能的。
并不期望停止NBS處理并重復(fù)從跟蹤器收集跟蹤信息作為另一 跟蹤校準(zhǔn)的一部分以便執(zhí)行另一變換。因此，規(guī)定NBS顯示器基于更 新的配準(zhǔn)顯示TMS線圏裝置相對(duì)于頭皮的位置。
因此，需要對(duì)MRI圖像數(shù)據(jù)中表示頭部的坐標(biāo)系與表示頭部和 TMS線圏裝置上的跟蹤器的坐標(biāo)系的配準(zhǔn)中的錯(cuò)誤進(jìn)行校正，而無(wú)需 在跟蹤校準(zhǔn)之后收集額外的跟蹤數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，NBS的控制器執(zhí)行配準(zhǔn)，其將圖像數(shù)據(jù)中表示對(duì)象 頭部的坐標(biāo)系與表示跟蹤器位置的坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)，并利用表示被跟蹤 裝置和對(duì)象頭皮之間的實(shí)際距離的信息校正配準(zhǔn)中的錯(cuò)誤，其中，所 述跟蹤器附接于對(duì)象的頭部表面和例如TMS線圈裝置的被跟蹤裝置 上。
在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)使用NBS系統(tǒng)顯示器的用戶(i)操作被 跟蹤的TMS線圈裝置刺激大腦上的目標(biāo)點(diǎn)("聯(lián)機(jī)模式")或(ii)相 對(duì)于頭部移動(dòng)TMS線圈裝置而不刺激大腦("脫機(jī)模式")時(shí)，將距離 信息提供至控制器?？刂破骰诼?lián)機(jī)模式或脫機(jī)模式中的距離信息， 校正配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤。
在另一實(shí)施方式中，被跟蹤裝置(例如TMS線圈裝置或指針筆) 的用戶基于對(duì)NBS系統(tǒng)的顯示器上顯示的被跟蹤裝置相對(duì)于頭皮的 位置和頭皮上被跟蹤裝置的實(shí)際位置，向控制器提供距離信息。在另一實(shí)施方式中，被跟蹤裝置是TMS線圈裝置，其包括位于其 外殼內(nèi)的接近傳感器，該傳感器確定TMS線圈裝置和頭皮之間的距離 并將該距離提供至NBS系統(tǒng)的控制器。
在另一實(shí)施方式中，基于被跟蹤裝置不能甚至是部分地位于頭部 內(nèi)且距離信息不包括實(shí)際距離測(cè)量的事實(shí)，控制器校正配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的 錯(cuò)誤。
在另 一 實(shí)施方式中，控制器指示被跟蹤裝置的用戶保持被跟蹤裝 置與頭皮接觸，并基于被跟蹤裝置與頭皮之間的距離為零的事實(shí)對(duì)配 準(zhǔn)進(jìn)4于4吏正。


根據(jù)結(jié)合附圖對(duì)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其 它目標(biāo)和有益效果將顯而易見，附圖中類似標(biāo)號(hào)表示類似元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明用于校正配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤的示例性腦刺激系 統(tǒng)的功能框圖2是示例性NBS顯示器的截面圖，其示出了基于配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的 錯(cuò)誤TMS線圈裝置不正確地位于對(duì)象頭皮的上方；以及
圖是根據(jù)本發(fā)明對(duì)配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤進(jìn)行校正后NBS顯示器上 顯示的圖2中的對(duì)象的截面圖。
具體實(shí)施例方式
在NBS中，顯示器通常顯示TMS線圈裝置相對(duì)于對(duì)象的頭皮的 位置，而用戶則移動(dòng)TMS線圈裝置以刺激大腦的目標(biāo)點(diǎn)。例如，如通 過(guò)引用并入本文的第6,827,681號(hào)美國(guó)專利所述。為了生成這樣的顯 示，利用本領(lǐng)域公知的用于將不同坐標(biāo)系變換為單 一 的配準(zhǔn)的坐標(biāo)系 的傳統(tǒng)算法，將圖像數(shù)據(jù)(例如MRI圖像數(shù)據(jù))中表示對(duì)象頭部的坐 標(biāo)系與表示TM S線圈裝置和頭部上的跟蹤器的位置的坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)。
圖1示出了示例性的NBS系統(tǒng)10,當(dāng)用戶移動(dòng)TMS線圏裝置以 刺激對(duì)象的大腦上的目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，該系統(tǒng)將NBS顯示器上用于生成對(duì)象 的表示的坐標(biāo)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)，所述對(duì)象例如TM S線圈裝置、頭部或頭皮，而，并利用表示由NBS系統(tǒng)10跟蹤的裝置(例如，NBS系統(tǒng)10的 TMS線圈裝置20 )和頭皮之間的距離的信息根據(jù)本發(fā)明校正配準(zhǔn)數(shù)據(jù) 中的錯(cuò)誤，而無(wú)需從被跟蹤裝置上的跟蹤器收集額外的跟蹤數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn) 行額外的跟蹤校準(zhǔn)。如圖1所示，系統(tǒng)10包括NBS控制器12，其與 輸入裝置14、顯示器16和跟蹤照相系統(tǒng)18相耦合。此外，TMS線圈 裝置20包括可選的接近傳感器22。此外，系統(tǒng)10包括位于TMS線 圈裝置20和對(duì)象頭部30上的預(yù)定位置處的跟蹤器24。
輸入裝置14是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入裝置，例如鍵盤、鼠標(biāo)或語(yǔ)音識(shí)別 裝置，通過(guò)該輸入裝置將數(shù)據(jù)提供至控制器12。
顯示器16是傳統(tǒng)的圖形顯示裝置，例如CRT監(jiān)視器、LCD或等 離子屏幕，其接收控制器12提供的顯示數(shù)據(jù)并根據(jù)接收的顯示數(shù)據(jù)生 成圖形顯示。
跟蹤照相系統(tǒng)18是包括紅外收發(fā)器的傳統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)，其發(fā)送IR 能量信號(hào)并檢測(cè)反射跟蹤器24對(duì)發(fā)送的IR信號(hào)的反射，其中，反射 跟蹤器24位于頭部30和TMS線圈裝置20上，并位于傳統(tǒng)的數(shù)字筆 跟蹤器(未示出)上?；谠诟櫺?zhǔn)過(guò)程中利用數(shù)字筆對(duì)頭部30 的選定點(diǎn)精確定位時(shí)在IR收發(fā)器檢測(cè)到的表示反射的數(shù)據(jù)以及表示 TMS線圈裝置20的外殼21的形狀和頭皮32的形狀的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的 處理器18利用本領(lǐng)域傳統(tǒng)技術(shù)確定TMS線圈裝置20上的跟蹤器24 相對(duì)于頭部30上的跟蹤器24的位置，并用預(yù)定的坐標(biāo)系存儲(chǔ)表示確 定的位置的信息。作為一種選擇，控制器12處理反射數(shù)據(jù)，以在跟蹤 校準(zhǔn)過(guò)程中確定跟蹤器24的位置，并用預(yù)定的坐標(biāo)系表示跟蹤器24 在TMS線圈裝置20和頭部30上的位置。此外，在NBS操作過(guò)程中， 跟蹤系統(tǒng)18連續(xù)生成用預(yù)定的坐標(biāo)系表示TMS線圈裝置20和頭部 30的位置的跟蹤數(shù)據(jù)，并將其提供給控制器12。
TMS線圈裝置20是傳統(tǒng)的感應(yīng)線圈繞組裝置，其包括具有包含 線圈繞組(未示出)的外殼21。外殼21的底部外表面26位于頭皮32 上或位于其附近以侵_執(zhí)行TMS 。
控制器12是與存儲(chǔ)器(未示出)相耦合的傳統(tǒng)處理器，包括傳統(tǒng) 的無(wú)線數(shù)據(jù)通信裝置13和傳統(tǒng)的音頻生成器15。處理器執(zhí)行嵌入在存儲(chǔ)器內(nèi)的軟件算法，以控制與無(wú)線裝置13、音頻生成器15、顯示器
16、跟蹤照相系統(tǒng)18和輸入裝置14之間的數(shù)據(jù)交換。此外，控制器 12執(zhí)行傳統(tǒng)處理以生成頭部30、頭部30的頭皮表面32和TMS線圈 裝置20的圖形表示并將生成的圖形表示顯示在顯示器16上，從而識(shí) 別TMS線圈裝置20相對(duì)于頭部30和頭皮32的位置，并將頭部30 和TMS線圈裝置30相對(duì)于彼此的表示顯示在顯示器16上。此外，可 選地，控制器12利用跟蹤系統(tǒng)18提供的跟蹤數(shù)據(jù)執(zhí)行跟蹤校準(zhǔn)，并 基于跟蹤數(shù)據(jù)執(zhí)行配準(zhǔn)以將用于表示MRI圖像數(shù)據(jù)中的頭部的坐標(biāo) 系和表示TMS裝置20相對(duì)于頭部30的位置的坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)。例如， 在Ruohonen J.等人的 o/ /Ae W/ww/ahwg / eW gewmz"ow Zw
IMS " ( Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement vol. 51 (1999)) —文和Ravazzani P.等人的 "Magwe"c W附w/a"ow o/ /Ae erv6>w>s ，Zem.' zWwced e/ec/n'c mwZjoww^/, se脂z力y w"e， >ypAen'ca/,朋d 艦AV， ( Annals of Biomedical
Engineering 24: 606-616 (1996)) —文中描述了配準(zhǔn)技術(shù)，上述文獻(xiàn)通 過(guò)引用并入本文。
根據(jù)本發(fā)明，在將用于表示在跟蹤校準(zhǔn)過(guò)程中精確定位的跟蹤器 24的位置的坐標(biāo)系與用于表示可生成頭部的體積圖像的MRI圖像數(shù) 據(jù)中的頭部的坐標(biāo)系進(jìn)行配準(zhǔn)的過(guò)程中或之后，控制器12利用TMS 線圈裝置20的外殼22的外表面26和頭皮表面32之間的距離信息對(duì) 配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤進(jìn)行校正。該距離信息由用戶通過(guò)輸入裝置14提供 給控制器12,或由接近傳感器22自動(dòng)提供給控制器12。
在一個(gè)實(shí)施方式中，利用NBS系統(tǒng)12以通過(guò)TMS線圏裝置20 執(zhí)行NBS的用戶將TMS線圏裝置20相對(duì)于頭部30移動(dòng)，并觀察顯 示器16(如圖2所示)以確定顯示在顯示器16上的TMS線圈裝置20 的位置與用戶直接觀察到的是否相同。當(dāng)用戶物理地移動(dòng)TMS線圈裝 置20以使外表面26接觸頭皮32時(shí)，用戶清楚地知道TMS線圈裝置 20相對(duì)于頭皮32的實(shí)際的正確位置，并且二者之間的距離為零。因 此，當(dāng)TMS線圈裝置20實(shí)際被用戶放置于與頭皮32接觸、但顯示在 顯示器16上的TMS線圏裝置20卻位于頭皮32的上方或位于頭部?jī)?nèi)時(shí)，配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中包含錯(cuò)誤。為了校正該錯(cuò)誤，用戶在輸入裝置14處向
控制器12提供表示TMS線圈裝置20和頭皮32之間的距離的信息。 當(dāng)用戶使TMS線圈裝置20位于適當(dāng)位置以使外表面26上的點(diǎn)與頭皮 32物理接觸時(shí)，實(shí)際的距離為零。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)保持TMS 線圈裝置20的外表面26上的點(diǎn)與頭皮32直接接觸、但NBS顯示器 16顯示TMS線圈裝置20位于頭皮32的上方或下方時(shí)，用戶在裝置 14處輸入"1"作為錯(cuò)誤通知。當(dāng)控制器12接收到"1"數(shù)據(jù)信號(hào)后， 控制器12對(duì)TMS裝置20相對(duì)于頭部30當(dāng)前所在處的點(diǎn)的配準(zhǔn)數(shù)據(jù) 進(jìn)行校正處理。在對(duì)該點(diǎn)的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正之后，顯示器16顯示 TMS線圈裝置20正確且直接地位于頭皮32上，如圖3所示。
在示例性的實(shí)施方式中，當(dāng)用戶將錯(cuò)誤通知發(fā)送至控制器12時(shí)， 控制器12基于跟蹤數(shù)據(jù)確定TMS線圈裝置20相對(duì)于頭皮32的位置， 該跟蹤數(shù)據(jù)由跟蹤器系統(tǒng)18提供并且是在用戶發(fā)送錯(cuò)誤通知的同時(shí) 或基本同時(shí)獲得的。然后，控制器12將由在發(fā)送錯(cuò)誤消息的同時(shí)獲得 的跟蹤數(shù)據(jù)表示的TMS線圈裝置20的位置精確匹配至頭皮32上的配 準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的點(diǎn)，基于這種匹配更新該點(diǎn)的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并基于更新的配 準(zhǔn)數(shù)據(jù)刷新顯示器16以將TMS線圈裝置20的表示直接顯示在頭皮 上。當(dāng)用戶繼續(xù)執(zhí)行TMS時(shí)，可計(jì)算額外的校正的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣 就增加了配準(zhǔn)的整體精度，從而增加了在顯示器16上顯示TMS線圈 裝置20相對(duì)于頭部30的位置的精度。校正的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)被優(yōu)選地保存 在控制器12的存儲(chǔ)器中的患者文件中，以使校正的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)和TMS 線圈裝置20相對(duì)于頭部30和大腦的位置坐標(biāo)和方向信息在之后可用 于用NBS系統(tǒng)IO進(jìn)行進(jìn)一步的TMS處理。在另一實(shí)施方式中，距離 信息和生成距離信息時(shí)TMS線圈裝置20的位置被保存在控制器12 的存儲(chǔ)器中，這些信息可被訪問(wèn)以在用戶未操作TMS線圈裝置20及 刺激大腦時(shí)("脫機(jī)模式")對(duì)配準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。有利地，當(dāng)用戶利 用TMS線圈裝置20繼續(xù)執(zhí)行NBS時(shí)("聯(lián)機(jī)模式，，)，NBS系統(tǒng)10 校正配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤。當(dāng)在聯(lián)機(jī)模式下檢測(cè)到配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤時(shí)， 用戶無(wú)需在使用NBS系統(tǒng)100利用TMS線圏裝置20執(zhí)行TMS之前 校正配準(zhǔn)中的錯(cuò)誤或執(zhí)行需要收集額外的跟蹤數(shù)據(jù)并停止利用NBS系統(tǒng)10正在進(jìn)行的任何TMS處理的其它跟蹤校準(zhǔn)。當(dāng)向控制器12 通知了錯(cuò)誤時(shí)，也就是將距離信息提供至控制器12時(shí)，NBS系統(tǒng)10 校正配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中TMS線圏裝置20當(dāng)前所在的點(diǎn)的錯(cuò)誤，然后利用校 正后的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)將TMS線圈裝置20精確顯示在顯示器16上。
在可選的實(shí)施方式中，以與上文所述用于TMS線圈裝置20類似 的方式，將包括跟蹤器的數(shù)字筆在頭皮32上從一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè) 點(diǎn)?？刂破?2使用由照相系統(tǒng)18提供的表示筆的位置的信息來(lái)校正 配準(zhǔn)數(shù)據(jù)中顯示器16上筆被顯示在頭皮32的上方或下方的點(diǎn)的錯(cuò)誤。 應(yīng)該理解，可首先將上文所述用于TMS線圈裝置20的跟蹤校準(zhǔn)同樣 用于筆。
在另一實(shí)施方式中，當(dāng)NBS系統(tǒng)IO處于脫機(jī)模式時(shí)，控制器12 校正配準(zhǔn)中的錯(cuò)誤。將TMS線圈裝置20的外表面26或數(shù)字筆的端部 定位于與頭皮32物理接觸。然后，控制器12對(duì)在系統(tǒng)18同時(shí)收集的、 表示TMS線圈裝置20或筆的位置的跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以校正配準(zhǔn) 數(shù)據(jù)。如上所述，控制器12利用距離信息(例如由用戶12在裝置14 處提供)調(diào)整配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以使顯示在顯示器16上的TMS線圏裝置20 或筆向頭部30或大腦的近似中心移動(dòng)、或朝向頭皮32上最接近TMS 線圈裝置16的外表面26的點(diǎn)移動(dòng)，直到TMS線圈裝置20的外表面 26上的任意點(diǎn)或筆的端部接觸頭皮32。如果TMS線圈裝置20或筆在 顯示器16上被顯示為位于頭皮32的內(nèi)側(cè)，則將TMS線圈裝置20或 筆向相反方向移動(dòng)，直到顯示器16上顯示的TMS線圈裝置20的外表 面26上的全部點(diǎn)或筆的端部位于頭部30之外。在另一實(shí)施方式中， 控制器12基于校正后的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算在大腦感生的電場(chǎng)，并將表示感 生的電場(chǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到其存儲(chǔ)器中以用于之后的分析。
在另一實(shí)施方式中，在表示TMS線圈裝置和頭部的位置的坐標(biāo)系 和表示MRI圖像數(shù)據(jù)中的頭部的坐標(biāo)系之間的配準(zhǔn)處理包括使用從 數(shù)字筆中的跟蹤器在對(duì)象頭皮32上的多個(gè)附加點(diǎn)處收集的位置信息， 這些附加點(diǎn)對(duì)應(yīng)于由MRI圖像數(shù)據(jù)生成的頭皮的表示上的相同點(diǎn)。通 過(guò)將表示頭部的MRI圖像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系平移和旋轉(zhuǎn)以使由MRI圖像 數(shù)據(jù)確定的、這些附加點(diǎn)到頭皮表面的距離的最小二乘方最小化，控
16制器12用附加的位置信息進(jìn)行配準(zhǔn)。例如，在K. S. Amn等人的 "/^"■st—s《war&s / "/"g o/ Avo 3扁d po/w/ se&" (IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 9(5):698隱700 (1987)) —文中 就描述了剛性配準(zhǔn)，該文獻(xiàn)通過(guò)引用并入本文。
在另一實(shí)施方式中，再次參照?qǐng)D1， TMS線圈裝置20的接近傳感 器22檢測(cè)TMS線圈裝置20的外殼21的下表面26是否與頭皮32接 觸。接近傳感器22例如為距離探測(cè)器，其測(cè)量傳感器22到頭皮32 或附著于頭部的反射標(biāo)志24的距離。具有無(wú)線數(shù)據(jù)通信能力的傳感器 22將表示距離測(cè)量的信息無(wú)線地傳送到控制器12的無(wú)線裝置13。如 果傳感器22提供的距離信息是該距離不為零，控制器12則使用該距 離信息對(duì)TMS線圏裝置20相對(duì)于頭皮32的當(dāng)前位置的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行 校正。
在一個(gè)實(shí)施方式中，用戶在NBS過(guò)程中例如將TMS線圈裝置20 保持位于頭皮上方約5mm。傳感器22將距離信息提供至控制器12, 并且控制器12在校正配準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)考慮到這一距離。例如，控制器12 將從MRI圖像數(shù)據(jù)得到的頭部的表示和物理上頭部的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和平 移，直到得到TMS線圈裝置20的外表面26與頭皮表面距離5mm的 配準(zhǔn)，上述5 mm的距離是在外表面26和頭皮表面32上相互最接近 的點(diǎn)之間延伸的線的方向上的距離。
在另一實(shí)施方式中，控制器12對(duì)用于顯示器16上用于表示TMS 線圈裝置20和頭皮32的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，并且，如果顯示器16 上顯示TMS線圈裝置20位于頭部30內(nèi)側(cè)，則在音頻生成器15生成 警報(bào)信號(hào)以警告用戶。
有利地，結(jié)合TMS線圈裝置、頭皮表面或任何其它感興趣的對(duì)象 的精確數(shù)字表示，根據(jù)本發(fā)明的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)校正有利地提供了 NBS可用 的、與頭部形狀和絕對(duì)尺寸相關(guān)的高度精確的信息。與頭部形狀和絕 對(duì)尺寸相關(guān)的精確信息例如可用于校正從MRI或fMRI圖像數(shù)據(jù)得到 的頭部的3D解剖或功能性圖像中的縮放和其它任何空間失真中的不 精確。例如，通過(guò)拉伸或壓縮或其它變形，可校正由頭部的二維(2D) MRI圖像數(shù)據(jù)生成頭部的3D表示中的不精確。如第2006/052687號(hào)美國(guó)專利公開和第6,594,516號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)所述，上述專利通過(guò)引用 并入本文。對(duì)用NBS由MRI圖像數(shù)據(jù)生成的頭部表示的失真校正例 如可在手術(shù)室、手術(shù)臺(tái)等地方進(jìn)行。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，對(duì) 本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可得到不偏離本發(fā)明原則的各種變體。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)定位中的錯(cuò)誤進(jìn)行校正的方法，所述校正是將被跟蹤裝置的表示相對(duì)于頭部的頭皮表面的表示進(jìn)行的校正，其中，所述被跟蹤裝置和所述頭皮表面的表示是利用經(jīng)顱磁刺激(“TMS”)感應(yīng)線圈裝置執(zhí)行導(dǎo)航腦刺激(“NBS”)而生成的，所述方法包括提供表示所述被跟蹤裝置和所述頭皮表面之間的實(shí)際距離的信息；以及利用所述距離信息校正配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，其中，所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)是通過(guò)將圖像數(shù)據(jù)中用于表示所述對(duì)象的所述頭部的坐標(biāo)系與用于表示反射跟蹤器的位置的坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)而生成的，所述反射跟蹤器附接于所述對(duì)象的所述頭皮表面和所述被跟蹤裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，圖像數(shù)據(jù)是磁共振成像數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述距離信息是自動(dòng)確定的。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述被跟蹤裝置是TMS線 圈裝置，并且所述TMS線圈裝置上的接近傳感器生成所述距離信息。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述接近傳感器測(cè)量所述 TMS線圈裝置上的點(diǎn)和所述頭皮表面上的點(diǎn)之間的距離。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述距離信息由用戶提供。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括利用校正的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在顯示器上相對(duì)于所述頭皮表面的所述表 示顯示所述被跟蹤裝置的所述表示。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述被跟蹤裝置是TMS線圈裝置，并且，在用戶操作所述TMS線圈裝置以刺激所述對(duì)象的大腦 上的目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，生成所述距離信息。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述被跟蹤裝置是TMS線 圈裝置，并且，在用戶將所述TMS線圈裝置相對(duì)于所述頭部移動(dòng)而不 刺激所述大腦時(shí)，生成所述距離信息。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述被跟蹤裝置是TMS線 圈裝置，并且，在用戶操作所述TMS線圈裝置以刺激所述對(duì)象的大腦 上的目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，執(zhí)行對(duì)所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)的所述校正。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述被跟蹤裝置是TMS線 圏裝置，并且，在用戶將所述TMS線圏裝置相對(duì)于所述頭部移動(dòng)而不 刺激所述大腦時(shí)，執(zhí)行對(duì)所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)的所述校正。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括 所述被跟蹤裝置的用戶觀察NBS顯示器上所述被跟蹤裝置的所述表示相對(duì)于所述頭皮表面的所述表示的位置；以及如果觀察到的位置與所述被跟蹤裝置相對(duì)于所述頭皮表面的實(shí)際 位置不同，所述用戶則提供所述距離信息。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述被跟蹤裝置的所述實(shí) 際位置是與所述頭皮表面接觸。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)在數(shù)字筆位于沿所述 頭皮表面的預(yù)定點(diǎn)時(shí)，對(duì)表示附接于所述數(shù)字筆的反射跟蹤器的位置 的信息進(jìn)行跟蹤而生成所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)多個(gè)坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)生成 所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并且，利用所述距離信息對(duì)所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的所述校正對(duì)所述坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)中的至少之一進(jìn)行校正。
16. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述被跟蹤裝置是TMS線 圈裝置，所述方法進(jìn)一步包括如果所述TMS線圈裝置的所述表示上的點(diǎn)相對(duì)于所述頭部的所 述頭皮表面的所述表示位于所述頭部?jī)?nèi)，則生成聲音警報(bào)。
17. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括基于校正的配準(zhǔn)信息，對(duì)表示所述頭部的所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)通過(guò)所述校正的配準(zhǔn)信息校正的所述圖像數(shù)據(jù)，生成所述頭 部的所述表示。
19. 一種用于對(duì)定位中的錯(cuò)誤進(jìn)行校正的裝置，所述校正是將被 跟蹤裝置的表示相對(duì)于頭部的頭皮表面的表示進(jìn)行的校正，其中，所 述被跟蹤裝置和所述頭皮表面的表示是利用經(jīng)盧貞磁刺激("TMS，，)感 應(yīng)線圈裝置執(zhí)行導(dǎo)航腦刺激("NBS")生成的，所述裝置包括用于執(zhí)行NBS處理的處理器，所述NBS處理包括以下步驟接收表示所述被跟蹤裝置和所述頭皮表面之間的實(shí)際距離 的信息；以及利用所述距離信息校正配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，其中，所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)是通 過(guò)將圖像數(shù)據(jù)中用于表示所述對(duì)象的所述頭部的坐標(biāo)系與用于 表示反射跟蹤器的位置的坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)而生成的，所述反射跟蹤 器附接于所述對(duì)象的所述頭皮表面和所述被跟蹤裝置。
20. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述圖像數(shù)據(jù)是磁共振成像數(shù)據(jù)。
21. 如權(quán)利要求19所述的裝置，進(jìn)一步包括輸入裝置和接近傳感器中的至少之一，其與所述處理器耦合并用 于向所述處理器提供所述距離信息。
22. 如權(quán)利要求21所述的裝置，其中，所述接近傳感器自動(dòng)確定 所述距離信息。
23. 如權(quán)利要求21所述的裝置，其中，所述被跟蹤裝置是TMS 線圈裝置，并且所述接近傳感器位于所述TMS線圈裝置上，并測(cè)量所 述TMS線圈裝置上的點(diǎn)和所述頭皮表面上的點(diǎn)之間的距離。
24. 如權(quán)利要求21所述的裝置，其中，所述輸入裝置由用戶操作， 并用于向所述處理器提供所述距離信息。
25. 如權(quán)利要求19所述的裝置，進(jìn)一步包括 與所述處理器耦合的顯示器，所述顯示器用于基于校正的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相對(duì)于所述頭皮表面的所述表示顯示所述被跟蹤裝置的所述表示。
26. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述被跟蹤裝置是TMS 線圈裝置，并且，在用戶操作所述TMS線圈裝置以刺激所述對(duì)象的大 腦上的目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，在所述處理器處接收所述距離信息。
27. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述被跟蹤裝置是TMS 線圈裝置，并且，在用戶將所述TMS線圈裝置相對(duì)于所述頭部移動(dòng)而 不刺激所述大腦時(shí)，在所述處理器處接收所述距離信息。
28. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述被跟蹤裝置是TMS 線圈裝置，并且，在用戶操作所述TMS線圈裝置以刺激所述對(duì)象的大 腦上的目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，執(zhí)行對(duì)所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)的所述校正。
29. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述被跟蹤裝置是TMS線圈裝置，并且，在用戶將所述TMS線圈裝置相對(duì)于所述頭部移動(dòng)而不刺激所述大腦時(shí)，執(zhí)行對(duì)所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)的所述校正。
30. 如權(quán)利要求19所述的裝置，進(jìn)一步包括 耦合于所述處理器的輸入裝置和顯示器，其中，所述處理器基于所述輸入裝置處的數(shù)據(jù)輸入從所述輸入裝置接收所述距離信息，并且 在所述NBS顯示器上顯示所述被跟蹤裝置的所述表示相對(duì)于所述頭 皮表面的所述表示的位置；以及如果所述用戶在所述顯示器上觀察到的所述被跟蹤裝置相對(duì)于所 述頭皮表面的位置與所述被跟蹤裝置相對(duì)于所述頭皮表面的實(shí)際位置 不同，所述用戶則執(zhí)行在所述輸入裝置處的所述數(shù)據(jù)輸入。
31. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述被跟蹤裝置的所述實(shí) 際位置是與所述頭皮表面接觸。
32. 如權(quán)利要求19所述的裝置，進(jìn)一步包括 包括反射跟蹤器的數(shù)字筆，其中，通過(guò)在所述數(shù)字筆位于沿所述頭皮表面的預(yù)定點(diǎn)時(shí)，對(duì)表示所述數(shù)字筆的所述反射跟蹤器的位置的 信息進(jìn)行跟蹤而生成所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
33. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，通過(guò)多個(gè)坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)生成 所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并且，利用所述距離信息對(duì)所述配準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的所述 校正對(duì)所述坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)中的至少之 一進(jìn)行校正。
34. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述被跟蹤裝置是TMS 線圈裝置，所述裝置進(jìn)一步包括音頻生成器，其中，如果所述TMS線圈裝置的所述表示上的點(diǎn)相生成器則生成聲音警報(bào)。
35.如權(quán)利要求19所述的裝置，進(jìn)一步包括耦合于所述處理器的顯示器，其用于顯示所述被跟蹤裝置和所述 頭部的所述表示，其中，所述處理器基于校正的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)表示所述 頭部的所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，并在所述顯示器上顯示所述頭部的校 正的圖像數(shù)據(jù)表示。
全文摘要
利用表示被跟蹤裝置和對(duì)象的頭皮之間的實(shí)際距離的信息對(duì)坐標(biāo)系配準(zhǔn)中的錯(cuò)誤進(jìn)行校正，所述坐標(biāo)系配準(zhǔn)為圖像數(shù)據(jù)中表示對(duì)象的頭部的坐標(biāo)系和表示跟蹤器位置的坐標(biāo)系之間的配準(zhǔn)，所述跟蹤器附接于頭部的頭皮表面和被跟蹤裝置，所述被跟蹤裝置例如為經(jīng)顱磁刺激(“TMS”)感應(yīng)線圈裝置。這樣，在導(dǎo)航腦刺激(“NBS”)系統(tǒng)的顯示器上精確地示出被跟蹤裝置和對(duì)象頭皮的表示，所述NBS系統(tǒng)對(duì)被跟蹤裝置相對(duì)于對(duì)象頭部的移動(dòng)進(jìn)行跟蹤。不需要從被跟蹤的TMS線圈和頭部上的跟蹤器收集額外的跟蹤信息，就可實(shí)現(xiàn)裝置配準(zhǔn)中的錯(cuò)誤校正，避免了用TMS線圈裝置中斷NBS。
文檔編號(hào)A61N2/00GK101516444SQ200780034038
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月13日
發(fā)明者嘉瑞·卡魯, 波爾圖·斯皮拉, 瑞尼·赫梅, 賈默·羅霍尼恩, 里斯圖·艾莫涅米 申請(qǐng)人:奈科斯迪姆公司