專利名稱：用于為深部腦刺激確定設(shè)置的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于為腦刺激探針確定刺激設(shè)置的方法，所述腦刺激探針包括多個刺激電極，所述方法包括將測試電流施加到若干刺激電極并確定相應(yīng)的患者響應(yīng)。本發(fā)明進一步涉及計算機程序產(chǎn)品和用于控制腦刺激探針的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
深部腦刺激(DBS)是涉及醫(yī)療裝置的植入的外科治療，其將電脈沖發(fā)送到腦部的特定部分。所述電脈沖通過具有一個或多個電極的探針而被遞送到腦組織，所述探針被長期地植入在腦中。針對不同的難治性(treatment-resistant)運動和情感障礙(諸如慢性疼痛、帕金森氏病、震顫(tremor)、肌張力障礙和強迫癥(obsessive compulsivedisorder))，在選擇的腦區(qū)域中的DBS已提供了顯著的治療效果。在DBS手術(shù)期間，在確定長期的DBS探針的最終植入位置中的最重要的步驟是測試刺激。測試刺激被執(zhí)行以便既定 位了最佳治療靶又調(diào)查了與圍繞所述靶的結(jié)構(gòu)相關(guān)的副作用的存在。在測試刺激期間，手術(shù)團隊在假定的靶區(qū)域中的和/或圍繞假定的靶區(qū)域的不同位置處施加刺激電流并監(jiān)視患者的響應(yīng)，所述響應(yīng)例如可以是疾病癥狀的改善(減輕)以及(不良的)副作用的發(fā)生。依據(jù)所觀察到的響應(yīng)，所述手術(shù)團隊配置控制所述刺激過程的探針的位置。經(jīng)常使用攜帶單個肉眼可見的電極的短期植入的探針施加測試刺激，所述單個肉眼可見的電極適于將刺激電流遞送到所述腦組織。在已配置最佳位置之后，所述短期探針被長期DBS探針取代。然而，也可以直接使用所述DBS探針施加測試刺激，所述DBS探針將被長期地植入用于治療遞送，其具有如下優(yōu)點可以避免歸因于電極替換的位置誤差。在所述手術(shù)過程之后的恢復(fù)期之后，啟動刺激設(shè)置的優(yōu)化。針對目前狀況的長期DBS探針，僅四個電極(以例如2、3或4毫米被間隔開)是可用的。當(dāng)前，刺激設(shè)置的優(yōu)化實質(zhì)上遵從與手術(shù)內(nèi)測試刺激非常相似的過程(上面所描述的針對短期探針的過程)。對由所述長期探針攜帶的電極中的每個，刺激按順序被施加并且神經(jīng)科醫(yī)師或護士監(jiān)視患者的響應(yīng)，該響應(yīng)例如可以是疾病癥狀的改善(減輕)和(不良的)副作用的發(fā)生。依據(jù)所觀察到的響應(yīng)，選擇所述長期探針的最佳電極(或電極的最佳組合)和刺激設(shè)置。通常，選擇對治療效果提供最低閾值和大的治療窗口(即，相對于治療閾值，對不良影響的高的閾值)的(一個或多個)電極。優(yōu)選的長期DBS探針包括多個電極，用于在所述目標(biāo)區(qū)域中的不同位置處提供刺激電脈沖。例如，所述探針可以包括64或128電極的陣列。對于具有一個或僅幾個(例如，四個)刺激電極的簡單的DBS探針，上面所述的測試刺激過程可能足夠定位所述最佳電極位置(手術(shù)內(nèi)地)和/或足夠獲得最好的刺激設(shè)置(手術(shù)后地)。醫(yī)師或護士提供一個或多個測試脈沖并觀察和解釋患者的身體和/或行為響應(yīng)，以便選擇所述最佳電極位置和/或最佳刺激設(shè)置。然而，對于具有多個刺激電極的DBS探針，所述已知的測試刺激過程是遠不合適的。所述多個刺激電極允許例如通過場導(dǎo)向技術(shù)而精確地定位刺激。在所述腦組織中感生的(induced)刺激場和相關(guān)的患者響應(yīng)取決于被遞送到所選擇的各個電極的刺激特性和所導(dǎo)致的那些刺激之間的相互作用兩者。針對具有多個刺激電極的DBS探針測試多個代表性的可能的參數(shù)設(shè)置和電極組合所需要的時間遠遠超過在臨床設(shè)置中對該過程可用的實際的時間幀。鑒于以上所述，如下是本發(fā)明的目的使上面所描述的為腦刺激探針確定刺激設(shè)置更加時間上有效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的通過提供用于為腦刺激探針確定刺激設(shè)置的方法而被實現(xiàn)，所述腦刺激探針包括多個刺激電極，所述方法包括對所述多個刺激電極的若干刺激電極施加測試電流并且確定對應(yīng)的患者響應(yīng)，基于所述測試電流和所述刺激電極的位置確定影響體域(volume of influence),將所述影響體域和對應(yīng)的患者響應(yīng)與刺激誘導(dǎo)的行為的一般化的解剖學(xué)知識相結(jié)合，用于將所述影響體域關(guān)聯(lián)到解剖結(jié)構(gòu)，以及確定所述影響體域和所關(guān)聯(lián)的解剖結(jié)構(gòu)的交集。所述方法進一步包括基于所確定的交集為所述腦刺激探針確定最佳刺激體域(volume)和對應(yīng)的刺激設(shè)置。所述患者對刺激的響應(yīng)可以例如具有可觀察的行為或較不可見的生理變化的形式。因此，所述響應(yīng)的確定可以既是由臨床專家或護士進行的定性評估(諸如僵硬、情緒、言語)又是定量測量(諸如加速度計數(shù)據(jù)或EMG (肌電圖學(xué))數(shù)據(jù))。所述測試電流典型地被提供作為刺激脈沖。測試脈沖可以被提供給單個電極或被提供給電極組。針對所述測試脈沖的影響體域取決于若干因素，諸如所述刺激電流和所述刺激電極周圍的組織的解剖結(jié)構(gòu)?？梢允褂媚X組織的一般化的平均電特性來計算所述影響體域。優(yōu)選地使用用于所述刺激電極的位置數(shù)據(jù)和描述了在治療中的患者的實際解剖模型(anatomy)和電組織特性的數(shù)據(jù)相對于所述DBS探針確定所述影響體域。優(yōu)選地，使用所述探針周圍的組織的實際的電導(dǎo)率模型來計算所述影響體域，但是實際上使用對應(yīng)于平均導(dǎo)電特性的均勻電導(dǎo)率模型來近似(approximate)所述影響體域。例如,立體定向數(shù)據(jù),神經(jīng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)或成像數(shù)據(jù)(諸如CT、MRI、或擴散張量成像(DTI)數(shù)據(jù))可以被用于確定所述患者的解剖模型以及所述刺激電極相對于所述解剖模型的位置。如果所述患者的解剖模型不是詳細已知的，則所述方法仍可以用作可以例如簡單地確定哪些區(qū)域相對于所述探針是“不宜于”或“益于”刺激的方法。通過將所計算的影響體域和針對每個測試的刺激電極或刺激電極組的對應(yīng)的患者響應(yīng)與刺激誘發(fā)的行為的一般化的解剖學(xué)知識相結(jié)合，患者響應(yīng)與特定的解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。因為來自哪個(或哪些)刺激電極(或刺激電極組)的哪個測試電流引起所述患者響應(yīng)也是已知的，找出什么樣的影響體域與什么樣的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)相重疊是可能的。所述刺激誘發(fā)的行為的一般化的解剖學(xué)知識可以例如來自具有刺激誘發(fā)的行為的3D解剖位置的解剖學(xué)圖集或來自包含解剖結(jié)構(gòu)與刺激誘發(fā)的行為之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)庫。通過進行該結(jié)合，關(guān)于刺激誘導(dǎo)的反應(yīng)的一般知識可以被用于識別個體患者中的特定神經(jīng)元結(jié)構(gòu)并且確定哪些刺激電極接近于哪些神經(jīng)元結(jié)構(gòu)。當(dāng)所述影響體域與所述解剖結(jié)構(gòu)的交集被確定時，它們被用于確定最佳刺激體域。考慮到患者的治療，一些觀察到的患者響應(yīng)將是所期望的。其它的觀察到的患者響應(yīng)可能是不希望有的副作用。所述最佳刺激體域是接近于所述探針的應(yīng)該被刺激的神經(jīng)元組織的體域，用于在最小有害副作用的情況下獲得最佳的治療效果。所述刺激體域取決于被施加到不同的刺激電極的刺激電流和接近于所述刺激電極的神經(jīng)元組織的電特性。當(dāng)所述最佳刺激體域是已知的時，可以從其得到對應(yīng)的刺激設(shè)置。要被注意的是將刺激誘導(dǎo)的行為的一般化的解剖學(xué)知識用于檢測腦移位是已知的。從Pallavaram等人的“使用手術(shù)內(nèi)數(shù)據(jù)和功能圖集在深部腦刺激手術(shù)期間檢測腦移位初步石開究(Detecting brain shift during deep brain stimulation surgery usingintra-operative data and functional atlases: a preliminary study)，，,將手術(shù)內(nèi)刺激響應(yīng)數(shù)據(jù)與包含對刺激數(shù)據(jù)的治療響應(yīng)的用于全體患者的功能圖集相比較是已知的。該比較被進行以確定并校正手術(shù)內(nèi)腦移位。然而，該文章中所描述的方法僅被用于給外科醫(yī)生關(guān)于特定解剖結(jié)構(gòu)的位置信息以便防止他在手術(shù)期間損害關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。將刺激誘導(dǎo)的行為的一般化的解剖學(xué)知識用于在手術(shù)后階段中有效率地為多電極腦刺激探針確定刺激設(shè)置仍是未知的。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，控制系統(tǒng)被提供，用于為腦刺激探針確定刺激設(shè)置，所述腦刺激探針包括多個刺激電極，所述控制系統(tǒng)包括用于將測試電流施加到所述刺激電極的裝置，用于獲取對應(yīng)于所施加的測試電流的患者響應(yīng)的裝置，以及處理器。所述處理器被配置用于基于所述測試電流和所述對應(yīng)的刺激電極的位置確定影響體域，被配置用于將所述影響體域和對應(yīng)的患者響應(yīng)與刺激誘導(dǎo)的行為的一般化的解剖學(xué)知識相結(jié)合，用于將所述影響體域關(guān)聯(lián)到解剖結(jié)構(gòu)，用于確定所述影響體域和所關(guān)聯(lián)的解剖結(jié)構(gòu)的交集，以及用于基于所確定的交集為所述腦刺激探針確定最佳刺激體域和對應(yīng)的刺激設(shè)置。從在下文中所描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面是顯而易見的，并且本發(fā)明的這些和其它方面將根據(jù)在下文中所描述的實施例而被闡釋。


在所述圖中
圖Ia和Ib示意性地顯示了具有多個刺激電極的腦刺激探針，
圖2示意性地顯示了用于控制圖I的所述腦刺激探針的控制系統(tǒng)，
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖，
圖4顯示了被植入到患者的腦部中的腦探針的圖形呈現(xiàn)，
圖5顯示了植入的腦探針和影響體域與神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的交集的圖形呈現(xiàn)，
圖6顯示了如可從根據(jù)本發(fā)明的方法得到的最佳刺激體域的圖形表示，
圖7和圖8示意性地顯示了影響體域，以及 圖9示意性地顯示了更復(fù)雜的影響體域。
具體實施例方式圖Ia和Ib示意性地顯示了具有多個刺激電極11的腦刺激探針12、10。圖Ia的所述腦刺激探針12是攜帶四個環(huán)形的電極11的目前發(fā)展水平的探針10。圖Ib顯示了攜帶被分布在方形陣列中的許多個電極11的優(yōu)選的DBS探針10。所述優(yōu)選的探針10包括四列電極，用于提供在四個不同方向(例如，側(cè)面，前面，中間和后面)上的刺激。要被注意的是這僅是示意圖，并且所使用的實際的刺激探針10可以是完全不同的。對在根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中使用的刺激探針10重要的是其具有在探針表面的至少一部分之上分布的多個刺激電極11。例如，使用64或128電極的陣列。圖2示意性地顯示了用于控制圖I的所述腦刺激探針10的控制系統(tǒng)20。所述刺激探針10被耦合到處理器22。所述處理器22確定并且控制要被施加到所述刺激電極11的刺激設(shè)置，用于能夠使所述刺激探針10恰當(dāng)?shù)剡\行。所述處理器22優(yōu)選地也能夠從所述刺激電極11接收數(shù)據(jù)和信號，以便獲得關(guān)于所述刺激探針10的運行和其與環(huán)境的相互作用的信息。所述處理器22進一步被耦合到存儲器24，用于存儲例如患者數(shù)據(jù)、用于控制所述系統(tǒng)20的軟件和執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法所需要的一般化的解剖學(xué)知識。所述控制系統(tǒng)20可以被耦合到局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)(例如，因特網(wǎng))，用于能夠與其它系統(tǒng)交換或共享數(shù)據(jù)。在使用中，所述探針10被植入到患者的腦部中，但是，優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)20的大部分是外部的。所述探針10可以連同小的控制單元一起被植入，所述小的控制單元被配置用于(優(yōu)選地)與所述控制系統(tǒng)的所述外部的部件進行無線通信。同樣被耦合到所述處理器22的是顯示器26，用于顯示可以幫助用戶配置或使用所述系統(tǒng)20的信息。例如，所述顯示器可以顯示圖4至6的圖像31。所述系統(tǒng)20可以附加地包括用戶輸入裝置，諸如鼠標(biāo)25或其它類型的指示器裝置和/或鍵盤。所述顯示器26也可以被用于提供圖形用戶接口，用于使得用戶能夠配置和控制所述系統(tǒng)20。為了該目的，所述顯示器26可以具有觸摸屏功能性。所述系統(tǒng)20也可以包括輸入，用于例如以MRI/DTI圖像或CT掃描的形式接收患者特定的解剖信息23。圖2的所述系統(tǒng)20也包括裝置21或被耦合到裝置21，用于記錄患者響應(yīng)。當(dāng)刺激電流被施加到所述刺激電極11時，特定的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)可以被激活，其導(dǎo)致行為或生理反應(yīng)。這些反應(yīng)可以被所述記錄設(shè)備21自動地記錄或者可以例如通過所述用戶輸入裝置25被觀察者報告。行為和生理反應(yīng)可以通過例如也被耦合到所述處理器22的EMG記錄器、加速度計等等而被記錄。下面將根據(jù)圖3的流程圖進一步闡釋所述患者特定的解剖信息23和所述記錄設(shè)備21的使用。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。該方法的目的是為如在圖2的所述系統(tǒng)20中所使用的刺激探針10確定合適的刺激設(shè)置。當(dāng)所述探針10要被放入要被治療的患者的腦部中時，所述方法可以被使用或手術(shù)內(nèi)。當(dāng)手術(shù)內(nèi)被使用時，所述方法可以被用于既發(fā)現(xiàn)用于所述探針10的最佳位置又確定合適的刺激設(shè)置。當(dāng)所述方法在手術(shù)后被使用時，即當(dāng)所述探針10的位置不能再被改變時，所述方法可以被用于僅確定刺激設(shè)置。在下文中，假定所述方法在手術(shù)后被使用。所述方法開始于刺激步驟61，用于將測試電流施加到所述刺激電極11中的至少一個。歸因于所述測試脈沖，所述腦組織中的接近于所述刺激電極11的神經(jīng)元被刺激。這樣的刺激的結(jié)果可以導(dǎo)致所述患者的行為或生理中的變化。這些變化可以是正面的所期望的效果(諸如震顫的抑制)或不利的副作用(諸如無意識的肌肉收縮)。在響應(yīng)確定步驟62中，對特定的測試脈沖的響應(yīng)可以被例如醫(yī)生或護士觀察并且通過用戶輸入設(shè)備25被報告給所述系統(tǒng)20。該報告可以包括回答問題、從列表中選擇選項或填寫響應(yīng)表格?？商娲?，視頻攝像機和/或聲音記錄裝置被用于監(jiān)視所述患者，并且視頻和/或音頻識別軟件解釋了所述患者的行為以確定對所述測試刺激的響應(yīng)。生理和/或行為中的變化也可以被其它的記錄設(shè)備21 (像EMG系統(tǒng)、加速度計或心率監(jiān)視器)檢測。在影響確定步驟63中，影響體域32 (參見圖4和5)被確定。影響體域32是在其中所施加的測試電流具有顯著的影響的腦組織的體域。所述影響體域32的位置取決于所測試的刺激電極11的位置。所述影響體域32的大小主要取決于所述測試脈沖的幅度和接近于所測試的刺激電極11的腦組織的電特性。為了確定所述影響體域32，所述處理器22可以使用針對“普通腦組織”的一般化的電特性。為了更精確的計算，解剖學(xué)知識(例如，從MRI圖像得到)可以被用于為不同類型的腦組織使用不同的電特性。改進所述計算的準(zhǔn)確性的另一方法是使用所述探針10上的其它刺激電極11測量接近于所測試的刺激電極11的腦組織的電特性。在圖6中，在確定所述患者的對所述刺激的響應(yīng)之后執(zhí)行所述影響確定步驟63，但是在更早的階段執(zhí)行該步驟也是可能 的。在響應(yīng)分析步驟64中，所觀察到的或記錄的響應(yīng)被分析以確定什么樣的解剖結(jié)構(gòu)已經(jīng)被所述測試脈沖刺激。針對該分析，所述處理器22使用關(guān)于對特定的解剖結(jié)構(gòu)的刺激的所預(yù)期的響應(yīng)的一般化的知識。刺激誘發(fā)的行為的一般化的解剖學(xué)知識可以例如來自具有刺激誘發(fā)的行為的3D解剖位置的解剖圖集或來自包含解剖結(jié)構(gòu)和刺激誘發(fā)的行為之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)庫。此外，關(guān)于所述影響體域32和/或患者特定的解剖數(shù)據(jù)(例如，MRI圖像)的信息可以被使用以確證與所觀察到的響應(yīng)相關(guān)的特定的解剖結(jié)構(gòu)實際上在所測試的刺激電極11的預(yù)期的影響體域32內(nèi)。在交集確定步驟65中，所述影響體域32和對所述測試刺激給予響應(yīng)的解剖結(jié)構(gòu)之間的重疊被確定。如將在圖5和6中被顯示的，所述交集41可以在所述探針和/或所述周圍的組織的圖形表示31中被可視化。該步驟65可以被限于僅僅確定所述影響體域和導(dǎo)致有害的副作用的解剖結(jié)構(gòu)之間的重疊。下面根據(jù)圖5描述可替代的方法。在決定步驟66中，決定是否應(yīng)該測試另外的刺激電極11。如果情況是這樣，則所述方法返回到第一步驟(即刺激步驟61)以將測試刺激提供給下一個刺激電極11?？商娲兀貜?fù)地測試相同的刺激電極，但是其中不同的測試脈沖導(dǎo)致不同的影響體域。代替測試單個刺激電極11，所述方法也可以同時地測試兩個或更多刺激電極11的組。當(dāng)所有測試脈沖被提供并且所有交集41被確定時，可以在設(shè)置確定步驟67中確定最佳刺激體域。所述最佳刺激體域52 (在圖6中被可視化)包括腦部的應(yīng)該被刺激(用于在最小有害副作用的情況下獲得有效治療)的那些部分。優(yōu)選地，所述最佳刺激體域52僅僅包括所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)并且顯示出不與患者的腦部中的其它結(jié)構(gòu)重疊。然而，當(dāng)這是不可能時，所述設(shè)置應(yīng)該是這樣的在最佳治療效果和最小負面的副作用之間尋找平衡。所述最佳刺激體域52對應(yīng)于刺激電極設(shè)置的特定集合。在該設(shè)置確定步驟67中，確定導(dǎo)致最佳刺激體域的所需的設(shè)置。所確定的設(shè)置可以隨后被用于提供患者的治療所需要的腦刺激。根據(jù)本發(fā)明的簡單的映射例子可以如下首先，刺激配置被選擇以致于在特定(象限)方向上提供DBS，例如，在陣列高度的中部中的側(cè)面方向上(參見圖7，圖8)。刺激被增加并且正面的效果和不利的效果被監(jiān)視。針對丘腦下部核(subthalamic nucleus)的DBS,可以通過具有增加的幅度的側(cè)面DBS場而引起肌肉收縮。查找表可以被使用以確定是造成副作用的原因的結(jié)構(gòu)的最可能的方向(例如，側(cè)面)。用于該效果的閾值可以被轉(zhuǎn)換成刺激的范圍在該特定方向上的近似距離，并且這被作為界限，超過該界限可以引起該特定效果。這可以針對所述陣列的頂部和底部或任何其他(垂直的)位置而被重復(fù)。同樣地，所述過程可以針對其它基本方向而被重復(fù)。例如，DBS可以選擇性地在后面方向上被導(dǎo)向，并且可以找到針對誘發(fā)機能異常的閾值。這樣，3D形狀在所述DBS探針10周圍被“劃出”，在其之內(nèi)不存在預(yù)期的副作用/存在有限的預(yù)期的副作用。隨后，刺激設(shè)置被配置以致導(dǎo)致刺激場與該劃出的體域的最佳重疊，以及最小的到這之外的區(qū)域的“溢出”。在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實施例中，再次監(jiān)視治療效果。對于給定的電極11或電極11的組，針對(一個或多個)治療效果的開始的(一個或多個)閾值被確定，并且例如使用臨床評定量表或通過客觀測量(例如加速度計數(shù)據(jù))來評定臨床改善。使用與上面所描述的相似的映射過程，所述探針10周圍對應(yīng)于所觀察到的臨床效果的影響體域被確定并被關(guān)聯(lián)到它們的治療閾值和治療質(zhì)量測量。取決于所述閾值和治療質(zhì)量的加權(quán)因子可以被構(gòu)建。例如針對0至5 (5是最佳治療)的范圍上的治療等級TR，可以指定加權(quán)因子TR/IT，其中IT是針對治療效果的閾值強度。通過合并被關(guān)聯(lián)到臨床響應(yīng)的各個體域，復(fù)合治療效果體域被創(chuàng)建，并且該復(fù)合體域的各個體素被給予各個等級，其通過將重疊該特定體素的各個體域的加權(quán)因子求和而被確定。通過選擇合適的等級閾值以從所述復(fù)合體域中劃出子體域，最佳治療體域可以被確定。 在另一實施例中，例如通過CT掃描,所述探針10相對于患者解剖模型(anatomy)的位置被確定。從(手術(shù)前)MRI (Tl和T2)，所述患者解剖模型被確定。解剖圖集和功能圖集被記錄到所述患者。所述功能圖集包含關(guān)于是造成引起不利副作用的原因的結(jié)構(gòu)的信息。所述陣列的中心選擇(例如，被集中在近似期望的目標(biāo)高度上的每四個電極11的三個鄰近的環(huán))被選取，用于刺激的遞送。刺激被起始于相對低的幅度(例如，〈I mA總的刺激脈沖幅度)，并且幅度被逐漸地增加直到針對刺激設(shè)置Xl的第一副作用被注意到。對應(yīng)于該設(shè)置Xl的DBS場被計算。通過將該結(jié)果與來自被記錄到所述患者MRI的功能圖集的信息相結(jié)合，在是造成該副作用的原因的結(jié)構(gòu)Yl中所產(chǎn)生的場分布被確定。例如，可以確定是造成該副作用的原因的結(jié)構(gòu)中的最大或平均場強度VI。所述程序隨后配置刺激設(shè)置，其防止刺激場超出該特定結(jié)構(gòu)中的Vl的某個百分比。在其最簡單的形式中，這可以通過去激活接近于該區(qū)域的電極11而被實現(xiàn)。在更先進的形式中，這可以通過場導(dǎo)向技術(shù)而被實現(xiàn)。隨后，總的刺激強度被進一步增高(同時確保Yl中的刺激場不超過Vl的指定的百分比)直到觀察到下一個副作用。是造成該副作用的原因的結(jié)構(gòu)Y2被確定，并且Y2的解剖位置與所計算的DBS場的交叉部分被確定。Y2中的場強度V2 (例如，均值或平均值)被確定，等等…。該實施例可以被與圖形用戶接口(GUI)或其它設(shè)備相結(jié)合以評定在接受DBS給予(administration)中患者改善的質(zhì)量。當(dāng)所述患者改善隨進一步增加的幅度為最小時，所述優(yōu)化過程可以被退出。在實施例中，用(或者僅基于)手術(shù)內(nèi)獲得的神經(jīng)電生理學(xué)數(shù)據(jù)增強所述功能腦模型。在手術(shù)內(nèi)神經(jīng)電生理學(xué)檢查期間，通過腦部記錄和測試刺激執(zhí)行患者目標(biāo)的3D功能映射。腦部記錄可以被指定到功能/解剖結(jié)構(gòu)并且被記錄到患者圖像數(shù)據(jù)。腦刺激效果可以被關(guān)聯(lián)到對應(yīng)的所關(guān)心的體域并且也被記錄到患者解剖模型。所產(chǎn)生的3D功能模型可以在之前的實施例中被用于確定當(dāng)用所述長期DBS-陣列探針10施加測試刺激時與影響體域的重疊。圖4顯示了被植入到患者的腦部中的腦探針10的圖形呈現(xiàn)31。在用于植入和定位所述探針10的手術(shù)期間或在這樣的手術(shù)之后當(dāng)優(yōu)選的最佳設(shè)置必須被確定時，這樣的圖像31可以被顯示在圖2的系統(tǒng)20的顯示器26上。所述圖像31顯示了腦區(qū)域的解剖圖像，所述探針10被插入到所述腦區(qū)域中。一些識別的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)33、43、53被高亮顯示。另夕卜，如在影響確定步驟63中所確定的影響體域32被可視化。所述影響體域32顯示了當(dāng)向特定刺激電極11施加特定設(shè)置時腦部的什么樣的部分將被刺激。可以在向所述探針10實際施加所述設(shè)置之前、期間和/或之后顯示所顯示的影響體域32。圖5顯示了被植入的腦探針和影響體域32與神經(jīng)元結(jié)構(gòu)43的交集41的圖形呈現(xiàn)31。除所述交集41之外，圖5的圖像31顯示了與圖4的圖像31相似的信息。此處所顯示的交集41指示與當(dāng)前設(shè)置相關(guān)聯(lián)的影響體域32與神經(jīng)元結(jié)構(gòu)43重疊，當(dāng)被刺激時所述神經(jīng)元結(jié)構(gòu)43引起不利的副作用。在該圖形表示31中，僅指示與引起副作用的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)43相重疊的交集41被顯示?？商娲?，也指示了與要被治療的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)53的重疊，可能地使用不同的顏色。顏色編碼可以被用于指示預(yù)期的副作用的嚴(yán)重程度。更成問題的 副作用可以例如由紅色交集41指示，而較不有害的副作用由橙色或綠色交集41指示。圖6顯示了如從根據(jù)本發(fā)明的方法可得到的最佳刺激體域52的圖形表示。在該圖像31中，未顯示所述探針10。所述系統(tǒng)20可以為用戶提供選項以選擇所述探針10被包括或不被包括在所述圖形呈現(xiàn)31 (同樣地針對圖4和5)中。所述最佳刺激體域52是這樣的其包括要被治療的兩個神經(jīng)元結(jié)構(gòu)53，而盡可能地避免刺激會導(dǎo)致副作用的附近的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)33，43。此外，該表示31也顯示了當(dāng)所述探針10使用標(biāo)準(zhǔn)的刺激設(shè)置而不是如從根據(jù)本發(fā)明的方法得到的刺激設(shè)置時可能出現(xiàn)的問題。針對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置(未示出)，這通過顯示導(dǎo)致副作用的結(jié)構(gòu)33，43與所述影響體域的三個交集51而被進行。要被注意的是這些交集51的顯示是完全可選的。圖7和8示意性地顯示了影響體域71。對于該例子，使用與圖Ib中的探針10相似的探針10。所述刺激設(shè)置是這樣的電壓被施加到所述探針10的一側(cè)(例如，側(cè)面)處的四個電極的組。根據(jù)這些刺激設(shè)置，體積電壓分布可以被計算。所述影響體域71指示在相對于所述探針的哪些位置神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的刺激是將被預(yù)期的。在圖8中，顯示了針對進入到側(cè)面方向的定向DBS刺激的場分布圖。根據(jù)也在圖7中被顯示的刺激模式提供刺激。不同的刺激幅度導(dǎo)致不同的影響體域71、72、73、74。針對圖8中的所述分布圖，刺激幅度例如被設(shè)置為0. 5V (74)、I. OV (73)、2. OV (72)、4. OV (71)。隨著增加的刺激幅度，進一步遠離所述探針10提供刺激。圖9示意性地顯示了更復(fù)雜的影響體域91，92。在這里，不同的刺激幅度被施加到不同的電極11。在某些深度，僅接近于所述探針10的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)被刺激(例如，以避免不利的副作用)。在其它深度(例如，為了最大的治療效果)，更遠離所述探針10的腦結(jié)構(gòu)也被刺激。將被理解的是本發(fā)明也延伸到適于實施本發(fā)明的計算機程序(特別是載體上或載體中的計算機程序)。所述程序可以是源代碼、目標(biāo)代碼、碼中間源和目標(biāo)代碼(諸如部分編譯的形式)的形式，或適合于在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施中使用的任何其它的形式。也將被理解的是這樣的程序可以具有許多不同的架構(gòu)設(shè)計。例如，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法或系統(tǒng)的功能性的程序代碼可以被細分成一個或多個子例程。將所述功能性分布在這些子例程之中的許多不同的方法對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。所述子例程可以一起被存儲在一個可執(zhí)行文件中以形成自含式程序。這樣的可執(zhí)行文件可以包括計算機可執(zhí)行指令，例如，處理器指令和/或解釋器指令(例如，Java解釋器指令)?？商娲兀鲎永讨械囊粋€或多個或全部可以被存儲在至少一個外部庫文件中并且例如在運行時間被靜態(tài)地或動態(tài)地與主程序鏈接。所述主程序包含對所述子例程中的至少一個的至少一個調(diào)用。同樣地，所述子例程可以包括對彼此的功能調(diào)用。涉及計算機程序產(chǎn)品的實施例包括對應(yīng)于所提出的方法中的至少一個的每個處理步驟的計算機可執(zhí)行指令。這些指令可以被細分成子例程和/或被存儲在一個或多個可以被靜態(tài)地或動態(tài)地鏈接的文件中。涉及計算機程序產(chǎn)品的另一實施例包括對應(yīng)于所提出的系統(tǒng)和/或產(chǎn)品中的至少一個的每個裝置的計算機可執(zhí)行指令。這些指令可以被細分成子例程和/或被存儲在可以被靜態(tài)地或動態(tài)地鏈接的一個或多個文件中。計算機程序的所述載體可以是能夠攜帶所述程序的任何實體或裝置。例如，所述載體可以包括存儲介質(zhì)，諸如ROM (例如CD ROM或半導(dǎo)體ROM)、或磁記錄介質(zhì)(例如軟盤或硬盤)。此外，所述載體可以是諸如電信號或光信號的可傳送的載體，其可以經(jīng)電纜或光纜或通過無線電或其它裝置而被傳送。當(dāng)所述程序被包含在這樣的信號中時，所述載體可以 由這樣的電纜或其它設(shè)備或裝置構(gòu)成?？商娲兀鲚d體可以是集成電路，所述程序被嵌入在該集成電路中，所述集成電路適合于執(zhí)行所述相關(guān)的方法，或供所述相關(guān)的方法的執(zhí)行之用。應(yīng)被注意的是上面所述的實施例說明而不是限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多可替代的實施例，而不背離附加的權(quán)利要求的范圍。在所述權(quán)利要求中，被置于括號之間的任何參考標(biāo)號不應(yīng)被解釋為限制所述權(quán)利要求。動詞“包括”及其詞形變化的使用不排除除在權(quán)利要求中聲明的那些以外的元件或步驟的存在。元件前面的冠詞“一(a)”或“一(an)”不排除多個這樣的元件的存在。本發(fā)明可以通過包含若干不同的元件的硬件，以及通過被適當(dāng)編程的計算機而被實現(xiàn)。在列舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的若干可以被硬件的一個和相同的部件(item)包含。僅僅某些手段(measures)被記載在互相不同的從屬權(quán)利要求中的事實不表明這些手段的組合不能被使用以產(chǎn)生良好效果。
權(quán)利要求
1.ー種用于為腦刺激探針(10，12)確定刺激設(shè)置的方法，所述腦刺激探針(10，12)包括多個刺激電極(11)，所述方法包括 對所述多個刺激電極(11)的若干刺激電極(11) 施加測試電流并確定對應(yīng)的患者響應(yīng)， 基于(32，52，71，91)所述測試電流和所述刺激電極(11)的位置確定影響體域， 將所述影響體域(32，52，71，91)和所述對應(yīng)的患者響應(yīng)與刺激誘導(dǎo)的行為的一般化的解剖學(xué)知識相結(jié)合，用于將所述影響體域(32，52，71，91)關(guān)聯(lián)到解剖結(jié)構(gòu)(33，43，53)，以及 確定所述影響體域(32，52，71，91)和所關(guān)聯(lián)的解剖結(jié)構(gòu)(33，43，53)的交集(41,51),以及 基于所確定的交集(41，51)為所述腦刺激探針(10，12)確定最佳刺激體域和對應(yīng)的刺激設(shè)置。
2.如權(quán)利要求I所述的用于為腦刺激探針(10，12)確定刺激設(shè)置的方法，其中所述刺激誘導(dǎo)的行為的一般化的解剖學(xué)知識包括具有所述刺激誘導(dǎo)的行為的3D解剖位置的解剖圖集。
3.如權(quán)利要求I所述的用于為腦刺激探針(10，12)確定刺激設(shè)置的方法，其中所述刺激誘導(dǎo)的行為的一般化的解剖學(xué)知識包括包含解剖結(jié)構(gòu)和刺激誘導(dǎo)的行為之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)庫。
4.如權(quán)利要求I所述的用于為腦刺激探針(10，12)確定刺激設(shè)置的方法，其中使用加速度計或EMG數(shù)據(jù)確定所述對應(yīng)的患者響應(yīng)。
5.如權(quán)利要求I所述的用于為腦刺激探針(10，12)確定刺激設(shè)置的方法，其中使用由觀察者提供的觀察報告數(shù)據(jù)確定所述對應(yīng)的患者響應(yīng)。
6.如權(quán)利要求I所述的用于為腦刺激探針(10，12)確定刺激設(shè)置的方法，進ー步包括顯示所述探針、所述探針(10，21)位于其中的解剖區(qū)域和所述交集(41，51)的圖形表示。
7.如權(quán)利要求6所述的用于為腦刺激探針(10，12)確定刺激設(shè)置的方法，進ー步包括顯示所述影響體域(32，52，71，91)和所關(guān)聯(lián)的解剖結(jié)構(gòu)(33，43，53)的圖形表示。
8.ー種用于為腦刺激探針(10，12)確定刺激設(shè)置的計算機程序產(chǎn)品，該程序是可運行的以致使處理器(22)執(zhí)行如在權(quán)利要求I中所要求權(quán)利的方法。
9.ー種用于為腦刺激探針(10，12)確定刺激設(shè)置的控制系統(tǒng)(20)，所述腦刺激探針(10，12)包括多個刺激電極(11 )，所述控制系統(tǒng)(20)包括 用于向所述刺激電極(11)施加測試電流的裝置， 用于獲得對應(yīng)于所施加的測試電流的患者響應(yīng)的裝置(21)，以及 處理器(22 )，所述處理器(22 )被配置用于 -基于所述測試電流和所述對應(yīng)的刺激電極(11)的位置確定影響體域(32，52，71，91)， -將所述影響體域(32，52，71，91)和所述對應(yīng)的患者響應(yīng)與刺激誘導(dǎo)的行為的一般化的解剖學(xué)知識相結(jié)合，用于將所述影響體域(32，52，71，91)關(guān)聯(lián)到解剖結(jié)構(gòu)(33，43，53)， -確定所述影響體域(32，52，71，91)和所關(guān)聯(lián)的解剖結(jié)構(gòu)(33，43，53 )的交集(41，51)，以及-基于所確定的交集(41，51)為所述腦刺激探針(10，12)確定最佳刺激體域和對應(yīng)的 刺激設(shè)置。
全文摘要
提供了用于為腦刺激探針(10，12)確定并施加刺激設(shè)置的方法和控制系統(tǒng)。所述腦刺激探針(10，12)包括多個刺激電極(11)。所述方法包括對所述多個刺激電極(11)的若干刺激電極(11)施加測試電流并確定對應(yīng)的患者響應(yīng)；基于(32，52，71，91)所述測試電流和所述刺激電極(11)的位置確定影響體域，將所述影響體域(32，52，71，91)和對應(yīng)的患者響應(yīng)與刺激誘導(dǎo)的行為的一般化的解剖學(xué)知識相結(jié)合，用于將所述影響體域(32，52，71，91)關(guān)聯(lián)到解剖結(jié)構(gòu)(33，43，53)，以及確定所述影響體域(32，52，71，91)和所關(guān)聯(lián)的解剖結(jié)構(gòu)(33，43，53)的交集(41，51)。隨后，基于所確定的交集(41，51)確定針對所述腦刺激探針(10，12)的最佳刺激體域和對應(yīng)的刺激設(shè)置。
文檔編號A61N1/05GK102762253SQ201180009047
公開日2012年10月31日 申請日期2011年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者H.C.F.馬坦斯, K.T.多蘭, M.M.J.德雷 申請人:沙皮恩斯腦部刺激控制有限公司