用于組合解剖連接模式和導(dǎo)航腦刺激的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】當(dāng)操作腦刺激裝置時(shí)，重要的是應(yīng)理解和控制與正被刺激所靶向的區(qū)域相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。這里提供的組合式系統(tǒng)和方法為操作者提供了關(guān)于可能受到刺激的影響的大腦網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)視圖。該系統(tǒng)和方法能夠增強(qiáng)診斷信息的精確度。此外，這里還公開了用于將導(dǎo)航腦刺激數(shù)據(jù)和解剖數(shù)據(jù)與個(gè)體的腦連接數(shù)據(jù)組合起來的系統(tǒng)和方法。
【專利說明】用于組合解剖連接模式和導(dǎo)航腦刺激的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及大腦功能的映射和使用腦刺激系統(tǒng)來治療疾病,尤其是確定大腦中的解剖和功能上的關(guān)系。
【背景技術(shù)】
[0002]在病人的大腦上操作腦刺激裝置的目的可以是出于診斷目的而導(dǎo)致誘發(fā)性響應(yīng)，或者出于治療目的而導(dǎo)致大腦功能的臨時(shí)性或永久性的變化。腦刺激方法的有效性取決于刺激裝置和刺激能量如何很好地到達(dá)所靶向的期望解剖區(qū)域。
[0003]一種解決方案是使用立體定位裝置來實(shí)現(xiàn)刺激裝置相對(duì)于身體的靶向解剖部分的定位。通常，立體定向?qū)Ш窖b置使用解剖圖像(來自MRI或CT的結(jié)構(gòu)圖像)以將立體定向儀與個(gè)體解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。然而，正在接受刺激的主體的大腦解剖結(jié)構(gòu)已被外傷或腫瘤改變或破壞了多次。因此，主體大腦的解剖圖像可能不足以確定大腦的特定部分的功能性。
[0004]診斷或治療刺激可以具有局部的或遠(yuǎn)程的效果，這取決于靶向區(qū)域的解剖學(xué)和功能上的關(guān)系。因此，需要一種用于為刺激裝置的操作者提供個(gè)體大腦特異性的基本解剖結(jié)構(gòu)、連接和功能的準(zhǔn)確視圖的方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一些實(shí)施例的一個(gè)方面是為導(dǎo)航腦刺激系統(tǒng)的操作者提供一種受到刺激的潛在影響的大腦網(wǎng)絡(luò)的更完整和現(xiàn)實(shí)的視圖。
[0006]一些實(shí)施例的 另一個(gè)方面是提供一種能夠提高診斷信息的準(zhǔn)確性的系統(tǒng)和方法。
[0007]此外，一些實(shí)施例的另一個(gè)方面是將導(dǎo)航腦刺激與來自個(gè)體的大腦連接數(shù)據(jù)相結(jié)合。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，在此處描述了用于組合刺激導(dǎo)航和功能數(shù)據(jù)的方法。這些方法能夠通過侵入式腦刺激或者優(yōu)選地通過非侵入式經(jīng)顱刺激來實(shí)施。這種方法包括一些或所有的以下步驟:獲取大腦的一個(gè)或多個(gè)解剖圖像，獲取大腦的功能數(shù)據(jù)，以及組合解剖圖像和功能數(shù)據(jù)。解剖圖像的例子有MRI圖像和CT圖像。功能數(shù)據(jù)的例子有正電子發(fā)射斷層掃描(PET)數(shù)據(jù)、功能磁共振成像(fMRI)數(shù)據(jù)以及擴(kuò)散張量成像(DTI)數(shù)據(jù)。
[0009]此外，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的系統(tǒng)包括可用于相對(duì)于大腦解剖結(jié)構(gòu)來引導(dǎo)刺激裝置的立體定位裝置?？墒褂脤?dǎo)航裝置來將所述刺激裝置引導(dǎo)到一個(gè)適當(dāng)?shù)慕馄饰恢茫诖颂幵摯碳ぱb置被促動(dòng)，并在大腦的一部分上或大腦的一部分內(nèi)引入電場。
[0010]根據(jù)某些實(shí)施方案，可以減少與現(xiàn)有的大腦映射方法相關(guān)的不確定性，尤其是通過適當(dāng)技術(shù)所提供的圖像引導(dǎo)(導(dǎo)航)經(jīng)顱磁刺激和白質(zhì)纖維跟蹤的不確定性。此外，也可以在治療性干預(yù)如手術(shù)的規(guī)劃中幫助皮質(zhì)或深部腦刺激裝置的布置。另外，本發(fā)明的實(shí)施例通過整合來自于不同的當(dāng)前正在使用的成像方式中的信息而使得切除術(shù)更安全。此外，本發(fā)明的實(shí)施例通過提供來自于不同診斷方式的定量信息而幫助使得手術(shù)的決策更客觀。
[0011]本發(fā)明的實(shí)施例描述了連接到包括實(shí)時(shí)物理建模系統(tǒng)和連接跟蹤系統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)的刺激裝置。組合式系統(tǒng)為操作者提供了可能受到刺激的影響的大腦網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)視圖。此外，不僅可以對(duì)刺激單元進(jìn)行建模，而且可以對(duì)刺激單元的預(yù)測效果進(jìn)行建模和顯示。
[0012]根據(jù)某些實(shí)施方式的一個(gè)方面，有利的是為立體定位系統(tǒng)提供功能數(shù)據(jù)的顯示(如正電子發(fā)射斷層掃描(PET)或功能性磁共振成像(fMRI))，以便高亮顯示與操作相關(guān)的功能活性區(qū)域。此外，稱為擴(kuò)散張量成像(DTI)的MRI技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)使得可以通過映射由腦白質(zhì)所形成的局部和遠(yuǎn)程的解剖連接。將解剖連接信息加到大腦刺激裝置的定位部分上以豐富操作者能得到的信息導(dǎo)致了對(duì)診斷信息的更佳理解，以及對(duì)例如治療性刺激的更明智的靶向。
[0013]當(dāng)操作腦刺激裝置時(shí)，重要的是應(yīng)理解和控制與正被刺激所靶向的區(qū)域相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。該組合式系統(tǒng)為操作者提供了關(guān)于可能受到刺激的影響的大腦網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)視圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1顯示了在NBS系統(tǒng)上示出的映射會(huì)話中所記錄的刺激電場的位置(左)。NBS軟件計(jì)算皮質(zhì)內(nèi)的最大電場的位置，并根據(jù)其相應(yīng)的峰-峰MEP振幅對(duì)其進(jìn)行顏色編碼，從而制出熱圖。在熱圖中用白色對(duì)引出最大MEP的位置進(jìn)行顏色編碼(放大圖，右)。
[0015]圖2顯示了在NBS屏幕上示出的熱點(diǎn)刺激位置的DICOM輸出。針對(duì)最大手部肌肉即拇短展肌(APB)的MEP最大響應(yīng)被定義為“熱點(diǎn)”，其用作錐體束的纖維束成像跟蹤(tractography)的種子區(qū)。APB熱點(diǎn)緊鄰于腫瘤。
[0016]圖3顯示了病人的MRI數(shù)據(jù)集、NBS映射圖像和DT成像數(shù)據(jù)的結(jié)合。在圖像融合后，來自NBS運(yùn)動(dòng)映射會(huì)話的MEP地圖將顯示在三維導(dǎo)航圖像中，并且可以用作種子區(qū)域以應(yīng)用纖維束成像跟蹤算法，從而顯示出初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的白質(zhì)束。針對(duì)用于種子區(qū)域的APB肌肉的最大MEP響應(yīng)的位置顏色編碼為綠色。
[0017]圖4顯示了在將纖維束成像跟蹤的結(jié)果不作任何后處理地轉(zhuǎn)換為3D對(duì)象以輸出到導(dǎo)航系統(tǒng)中之后的源自圖2的APB熱點(diǎn)的纖維的圖像。腫瘤標(biāo)記為紅色，APB熱點(diǎn)顯示為黃色球體。
[0018]圖5示出了用于組合DTI和NBS (或其他刺激)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的部件的例子。
[0019]圖6示出了用于組合DTI和NBS數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的部件的其它例子。
[0020]圖7示出了種子位置與大腦內(nèi)的深遠(yuǎn)處目標(biāo)之間的連接的概念的一個(gè)例子。
[0021]圖8顯示了連接兩個(gè)大腦半球的胼胝白質(zhì)纖維的概念的一個(gè)例子。
【具體實(shí)施方式】
[0022]可以使用與刺激裝置相關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)輔助的立體定向定位系統(tǒng)以確定刺激所靶向的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的部分，以便引導(dǎo)刺激探針的布置或解釋由刺激裝置所造成的診斷信息或效果。
[0023]侵入式和非侵入式刺激裝置有不同的技術(shù)限制。侵入式刺激裝置可以放置成與被刺激的組織直接接觸。侵入式裝置被認(rèn)為可以直接激活與刺激探針直接接觸的組織。
[0024]非侵入式刺激裝置通常必須依賴于刺激效果的粗略估計(jì)，或者依賴于刺激效果的實(shí)時(shí)或離線的建模。侵入式技術(shù)可使用刺激效果的實(shí)時(shí)或離線的建模和估計(jì)，尤其是用于規(guī)劃植入體的安裝、以及安裝和/或試驗(yàn)期之后的刺激參數(shù)的調(diào)整。
[0025]以下是實(shí)時(shí)和/或離線建模的幾個(gè)非限制性實(shí)施例。例如，可以確定激活功能(AF)以估計(jì)深部腦刺激(DBS)探頭周圍的激活體積。激活功能描述了由刺激探針引入的電場，其中導(dǎo)致該激活的電場的體積和形狀取決于許多裝置參數(shù)。取決于由刺激裝置的激活引起的所觀察到的或預(yù)測的效果，操作者可希望改變刺激參數(shù)以匹配所希望的刺激場模式，其可更好地匹配的基本解剖結(jié)構(gòu)。
[0026]另一個(gè)例子來自經(jīng)顱磁刺激(TMS)的領(lǐng)域。可采用計(jì)算機(jī)輔助的立體定向系統(tǒng)來將線圈放置在適當(dāng)?shù)慕馄蕝^(qū)域上。然后可以使用物理建模系統(tǒng)或程序來對(duì)TMS線圈的效果進(jìn)行建模，顯示在大腦表面上或在大腦內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)深度處的線圈激活模式。通常，TMS線圈激活圖案具有刺激焦點(diǎn)，即具有比周圍區(qū)域更高的電場強(qiáng)度的區(qū)域。經(jīng)歷超閾值刺激的該區(qū)域的大小根據(jù)刺激器的輸出而變化。這個(gè)區(qū)域具有激活面積(AA)或激活體積(AV)。
[0027]這里給出了連接跟蹤系統(tǒng)的一個(gè)例子?？梢允褂梅Q為擴(kuò)散張量成像(DTI)的技術(shù)來研究腦區(qū)之間的解剖連接。DTI基于使用磁共振成像的水?dāng)U散成像。使用多個(gè)對(duì)水?dāng)U散敏感的圖像和圖像的數(shù)學(xué)后處理，可以在一個(gè)或多個(gè)圖象體積元(如三維像素)中顯示水?dāng)U散的優(yōu)選方向。
[0028]已經(jīng)表明，穿過三維像素的腦白質(zhì)軸突與擴(kuò)散的優(yōu)選方向?qū)?zhǔn)。另外，可以使用一種或多種數(shù)學(xué)方法來構(gòu)建虛擬軸突束或纖維的可視化。這種技術(shù)在文獻(xiàn)中被稱為(白質(zhì))纖維跟蹤。
[0029]一種典型的纖維跟蹤算法如纖維束成像跟蹤算法首先利用了擴(kuò)散敏感MR數(shù)據(jù)，以及一些限定了算法的邊界條件如啟動(dòng)和停止標(biāo)準(zhǔn)、步長、纖維長度的上限、可能的纖維曲率限值等的參數(shù)。其目的是 幫助該算法找到生理上有意義的纖維?？赡艿膮?shù)及其值的列表是本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的。
[0030]纖維跟蹤算法可以從給定的數(shù)據(jù)中生成任意數(shù)量的纖維，但往往只需要解剖學(xué)相關(guān)的纖維束的可視化。通常，操作者設(shè)定跟蹤或可視化系統(tǒng)的的起始點(diǎn)(A)和停止點(diǎn)(B)。結(jié)果，只有那些連接A到B (或相反)且滿足邊界條件的纖維被顯示。設(shè)定靶向區(qū)域是簡單的或繁瑣的。基于已知的皮質(zhì)下解剖知識(shí)，可以識(shí)別一些主要的結(jié)構(gòu)，例如內(nèi)囊后肢(PLIC)或腦橋，來自運(yùn)動(dòng)皮層的纖維通過它們而下降。但是，設(shè)定皮質(zhì)靶向區(qū)域更困難得多且非顯而易見。此外，在皮質(zhì)或皮質(zhì)下病變存在時(shí)，設(shè)定有意義的靶向區(qū)域(A或B)可能會(huì)很困難。
[0031]本發(fā)明的實(shí)施例描述了連接到包括物理建模系統(tǒng)(實(shí)時(shí)或離線的)和連接跟蹤系統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)上的刺激裝置。某些實(shí)施例的效果是，針對(duì)DBS的文獻(xiàn)中所描述的激活功能(AF)的體積可以用于限定靶向區(qū)域(A或B)。類似地，對(duì)于TMS或其它非侵入式刺激方法，激活體積或激活面積可用于定義目標(biāo)區(qū)域(A或B)。下面更詳細(xì)地描述這些例子和實(shí)施例。
[0032]在此提供了本發(fā)明的涉及到基于導(dǎo)航腦刺激結(jié)果的白質(zhì)纖維束成像跟蹤的一個(gè)例子。
[0033]解剖和功能研究的整合例如允許對(duì)處在緊鄰于腦功能區(qū)的腦瘤進(jìn)行更安全的切除。多模式軟件解決方案(例如iPlan Cranial software, BrainlabAG, Feldkirchen, Germany)允許用于神經(jīng)外科手術(shù)的綜合規(guī)劃的術(shù)前和術(shù)中的解剖和功能數(shù)據(jù)的整合與關(guān)聯(lián)。該規(guī)劃軟件的臨床價(jià)值取決于所輸入的病人數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0034]擴(kuò)散張量成像(DTI)和白質(zhì)纖維束成像跟蹤是可接受的利用有髓神經(jīng)纖維中的各向異性水?dāng)U散的概念的MR成像技術(shù)。纖維束成像跟蹤可實(shí)現(xiàn)白質(zhì)束的三維重建和可視化，并提供了有關(guān)這些束與腦功能區(qū)和任何病變的關(guān)系的信息。
[0035]用于重構(gòu)白質(zhì)纖維的一個(gè)重要挑戰(zhàn)是用于開始跟蹤過程的功能上有意義的種子區(qū)域的定義。在患有腦瘤的病人中，病人的功能性神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)受到病變的顯著影響，這使得很難僅基于解剖標(biāo)志來定義種子區(qū)域病變。
[0036]導(dǎo)航腦刺激(NBS)也被稱為導(dǎo)航經(jīng)顱磁刺激(TMS)，其可用于腦的一些部分如運(yùn)動(dòng)皮層的準(zhǔn)確的非侵入式的映射。NBS功能性映射數(shù)據(jù)可直接輸入到手術(shù)或治療規(guī)劃軟件、例如iPlan軟件解決方案中。另外，NBS數(shù)據(jù)可用于輔助選擇用于白質(zhì)纖維束成像跟蹤的起始種子區(qū)域。
[0037]NBS是一種用于大腦皮層電刺激的非侵入式技術(shù)。作為從放在所暴露皮質(zhì)上的電極中產(chǎn)生電場的替代，如在術(shù)中直接大腦皮層電刺激(DCS)中的那樣，利用NBS通過觸發(fā)放在頭部之外的導(dǎo)航經(jīng)顱磁刺激(TMS)線圈來在顱內(nèi)引入電場(E場)。
[0038]當(dāng)確定運(yùn)動(dòng)功能時(shí)，可使用通過肌電描記術(shù)(MEP)的運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位(EMG)的同步測量來鑒別和驗(yàn)證皮質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)代表區(qū)域，如同DCS —樣。通過使用專用的8字形線圈和將電場強(qiáng)度調(diào)整為各個(gè)病人的運(yùn)動(dòng)閾值，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)代表區(qū)域的優(yōu)異的分辨率。
[0039]同樣，可以通過適當(dāng)?shù)姆椒▉泶_定并映射其他功能。例如，當(dāng)確定語言和/或認(rèn)知功能時(shí)，可將任務(wù)提交給主體，并且在導(dǎo)航TMS刺激之前、之間和/或之后測量/確定主體對(duì)該任務(wù)的響應(yīng)。經(jīng)NBS的認(rèn)知映射的例子可在2012年3月5日提交的PCT/FI2012/050218以及2011年3月3日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)61/448，676中找到，這兩件申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^引用結(jié)合于本文中。
[0040]相比于DCS，NBS映射具有的優(yōu)點(diǎn)是它是非侵入式的，因此可以作為手術(shù)性規(guī)劃和瀏覽病人的用于手術(shù)和其它治療方案的選擇的輔助工具而在術(shù)前使用。
[0041]使用NBS的映射與外科導(dǎo)航模式完全兼容，這是因?yàn)橄嗤腗RI數(shù)據(jù)集可用作解剖圖像，作為術(shù)前規(guī)劃和術(shù)中指導(dǎo)這兩者的基礎(chǔ)。在NBS映射中，MRI數(shù)據(jù)集可用來將TMS產(chǎn)生的電場的位置鏈接到各個(gè)病人的大腦皮層解剖結(jié)構(gòu)。使用熟知的立體定向?qū)Ш郊夹g(shù)，移動(dòng)TMS線圈可引導(dǎo)電場位置通過顱內(nèi)結(jié)構(gòu)。MRI數(shù)據(jù)集可由NBS系統(tǒng)渲染成三維的，它可以是對(duì)大腦皮層體感皮質(zhì)定位相對(duì)于顱內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)的方位和位置來說為有用的特征。
[0042]運(yùn)動(dòng)響應(yīng)映射的DICOM輸出可以從NBS系統(tǒng)中輸出， 它允許例如在iPlan軟件中將NBS映射數(shù)據(jù)與其它模式整合在一起。
[0043]利用NBS系統(tǒng)來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)皮層的功能映射。映射會(huì)話的數(shù)據(jù)文件通過NBS規(guī)劃站從NBS系統(tǒng)中檢索，以用于后處理。在將從相應(yīng)的MEP響應(yīng)中生成的運(yùn)動(dòng)映射圖像以DICOM格式輸出到便攜式存儲(chǔ)器件中之前，選擇并驗(yàn)證最大電場位置。
[0044]圖1顯示了如示于NBS系統(tǒng)上的記錄在映射會(huì)話中的激勵(lì)電場位置的例子。NBS軟件計(jì)算皮質(zhì)內(nèi)的最大電場的位置，并根據(jù)其相應(yīng)的峰-峰MEP振幅對(duì)其進(jìn)行顏色編碼，從而制出熱圖。在熱圖中用白色對(duì)引發(fā)最大MEP的位置進(jìn)行顏色編碼。在圖的右邊顯示了腫瘤周圍的區(qū)域的放大視圖，其包括被顏色編碼的最大電場的位置。
[0045]從映射會(huì)話可以生成顯現(xiàn)在NBS屏幕上的刺激位置的DICOM輸出。在本實(shí)例中，針對(duì)最大手部肌肉即拇短展肌(APB)的MEP最大響應(yīng)被定義為“熱點(diǎn)”，其在規(guī)劃軟件中用作錐體束的纖維束成像跟蹤的種子區(qū)域。在本實(shí)例中，APB熱點(diǎn)緊鄰于腫瘤，如圖2中的加売顯不O
[0046]然后將病人的MRI數(shù)據(jù)集、NBS映射圖像和DT成像數(shù)據(jù)上傳到iPlan規(guī)劃軟件。在圖像融合后，來自NBS運(yùn)動(dòng)映射會(huì)話的MEP映射顯示在三維導(dǎo)航圖像中，如圖3所示。運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的所示位置可以用作種子區(qū)域，以便應(yīng)用纖維束成像跟蹤算法而顯示出初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的白質(zhì)束。針對(duì)用于種子區(qū)域的APB肌肉的最大MEP響應(yīng)的位置被顏色編碼為綠色。
[0047]圖4顯示了在將纖維束成像跟蹤的結(jié)果不作任何后處理地轉(zhuǎn)換為3D對(duì)象之后的源自APB熱點(diǎn)的纖維的圖像。該3D對(duì)象之后可以輸出到例如Brainlab導(dǎo)航系統(tǒng)中。另外，規(guī)劃可在NBS系統(tǒng)中實(shí)時(shí)地發(fā)生。在圖中，腫瘤標(biāo)記為紅色，APB熱點(diǎn)顯示為黃色球體。
[0048]功能上有意義的種子區(qū)域能可靠地從非侵入式NBS運(yùn)動(dòng)映射數(shù)據(jù)中確定，并允許更具體的白質(zhì)纖維構(gòu)造過程。 [0049]這項(xiàng)研究表明，準(zhǔn)確和可靠的非侵入式運(yùn)動(dòng)映射數(shù)據(jù)可以極大地促進(jìn)纖維束成像跟蹤。NBS運(yùn)動(dòng)映射數(shù)據(jù)的DICOM輸出可以被發(fā)送到規(guī)劃系統(tǒng)中，以選擇種子區(qū)域。此外，規(guī)劃軟件可以集成于NBS系統(tǒng)內(nèi)，以基于所選種子而為操作者生成白質(zhì)纖維的實(shí)時(shí)顯示。通過允許例如快速、準(zhǔn)確、有意義和可靠的種子選擇，這些方法可以去除DT成像和纖維束成像跟蹤的廣泛臨床應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵障礙。
[0050]NBS引導(dǎo)的纖維束成像跟蹤可作為多模技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，用于術(shù)前產(chǎn)生功能上相關(guān)的白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)并驗(yàn)證所重構(gòu)的纖維，如在上面的例子中所述。此外，NBS可以將功能添加到現(xiàn)有的和新的用于規(guī)劃外科軌跡的規(guī)劃系統(tǒng)中，其可幫助例如在腫瘤切除期間保留關(guān)鍵的皮層下運(yùn)動(dòng)通路，以及皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案，希望將激活功能、激活體積和/或激活面積與纖維跟蹤算法相關(guān)聯(lián)。
[0052]根據(jù)這種實(shí)施例的方法可包括以下一些或所有的步驟:發(fā)起一個(gè)或多個(gè)工具的立體定向跟蹤，制備用于纖維跟蹤的擴(kuò)散加權(quán)MR數(shù)據(jù)，使擴(kuò)散數(shù)據(jù)與立體定位框架匹配，在立體空間中識(shí)別激活功能(AF)、激活面積(AA)或激活體積(AV)，使用AF、AA或AV來確定靶向區(qū)域(A或B)，以及顯示所得到的纖維。
[0053]制備用于纖維跟蹤的擴(kuò)散加權(quán)MR數(shù)據(jù)可以包括例如圖像匹配、渦流校正、擴(kuò)散張量估計(jì)或它們的組合。對(duì)于將擴(kuò)散數(shù)據(jù)匹配到立體定位框架，系統(tǒng)可以使用解剖MRI和擴(kuò)散MRI的配準(zhǔn)。圖像匹配和配準(zhǔn)可以通過從多個(gè)圖像和/或數(shù)據(jù)集中識(shí)別解剖標(biāo)志并對(duì)準(zhǔn)類似/相同的標(biāo)志來完成。此外，為了實(shí)時(shí)地識(shí)別AF、AA或AV，系統(tǒng)可包括刺激裝置的物
理建模。
[0054]在此提供的方法用于將刺激導(dǎo)航和功能數(shù)據(jù)相結(jié)合。這些方法能夠用侵入式腦刺激或優(yōu)選地用非侵入式經(jīng)顱刺激來實(shí)現(xiàn)。這樣的方法包括以下的一些或所有的步驟:獲取大腦的一個(gè)或多個(gè)解剖圖像，獲取大腦的功能數(shù)據(jù)，以及將解剖圖像與功能數(shù)據(jù)相結(jié)合。解剖圖像的例子有MRI圖像和CT圖像。功能數(shù)據(jù)的例子有正電子發(fā)射斷層掃描(PET)數(shù)據(jù)、功能磁共振成像(fMRI)數(shù)據(jù)以及擴(kuò)散張量成像(DTI)數(shù)據(jù)。
[0055]為了將大腦的功能數(shù)據(jù)和解剖圖像相結(jié)合，希望能識(shí)別解剖圖像與功能數(shù)據(jù)之間的共同標(biāo)志。解剖圖像和功能數(shù)據(jù)可以通過在共同標(biāo)志的幫助下使功能數(shù)據(jù)中的至少與大腦的所關(guān)注部分相關(guān)聯(lián)的一部分與解剖圖像中的對(duì)應(yīng)位置配準(zhǔn)來相結(jié)合。此外，大腦的組合視圖可以利用經(jīng)顱磁刺激(TMS)導(dǎo)航軟件來立體定位式對(duì)齊。[0056]解剖圖像、功能數(shù)據(jù)和TMS數(shù)據(jù)的組合和/或配準(zhǔn)的順序可以有所不同。此外，可能希望所有的數(shù)據(jù)相互間結(jié)合，或者僅有一些數(shù)據(jù)與其他類型的數(shù)據(jù)相結(jié)合或配準(zhǔn)就足夠了。例如，解剖圖像、功能數(shù)據(jù)和TMS數(shù)據(jù)可以僅與TMS導(dǎo)航軟件所利用的立體定位框架配準(zhǔn)。因此，單獨(dú)的功能數(shù)據(jù)不直接與解剖圖像結(jié)合，但數(shù)據(jù)通過立體定位框架間接地結(jié)合。
[0057]此外，希望顯示具有用于與解剖圖像和TMS數(shù)據(jù)上的相應(yīng)位置相關(guān)聯(lián)的大腦的至少所關(guān)注部分的功能數(shù)據(jù)的大腦的組合視圖。也可以用TMS導(dǎo)航軟件使大腦的解剖圖像與主體的頭部立體定位式對(duì)齊。
[0058]當(dāng)操作腦刺激裝置時(shí)，重要的是應(yīng)理解和控制與正在被刺激靶向的區(qū)域相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。組合信息可為操作者提供被刺激潛在地影響的大腦網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)視圖。因此，通過被刺激潛在地影響的大腦網(wǎng)絡(luò)的更完整和現(xiàn)實(shí)的視圖，操作者可以基于該組合視圖來更好地選擇大腦中的被TMS脈沖靶向的位置。
[0059]如上所述，該組合視圖上或內(nèi)的位置可被標(biāo)記為從導(dǎo)航TMS中確定的腦功能。該位置可以是大腦表面上的點(diǎn)或區(qū)域，或者它可以是大腦上或內(nèi)的三維體積。通過刺激所關(guān)注區(qū)域內(nèi)的多個(gè)特定點(diǎn)(例如通過網(wǎng)格或其它設(shè)置)，并且用所需的響應(yīng)或函數(shù)來標(biāo)記這些區(qū)域，就可以基于該組合視圖使用導(dǎo)航TMS來映射大腦的一部分。另外，針對(duì)特定區(qū)域的至少一些映射可以在常規(guī)視圖如解剖圖像、標(biāo)準(zhǔn)頭部模型等上完成，并且數(shù)據(jù)可以在創(chuàng)建組合視圖時(shí)添加或并入到解剖圖像中。要被映射的區(qū)域可以基于該功能數(shù)據(jù)來確定。
[0060]如上所述，功能數(shù)據(jù)與解剖圖像的合并允許優(yōu)良的種子選擇。因此，希望可以從組合視圖中選擇導(dǎo)航TMS映射區(qū)域內(nèi)的種子區(qū)域，以便應(yīng)用纖維束成像跟蹤算法。纖維束成像跟蹤算法可用于確定白質(zhì)束。然后白質(zhì)束可添加到組合視圖中，如圖4所示。
[0061]本發(fā)明的某些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，提供了纖維束成像跟蹤算法的實(shí)時(shí)計(jì)算和在刺激期間為導(dǎo)航TMS操作者顯示結(jié)果。然而，本方法也可以用于以離線模式應(yīng)用纖維束成像跟蹤算法。這樣的實(shí)施例例如可用于外科手術(shù)或治療規(guī)劃。
[0062]如上所述，通過使用種子位置和纖維束成像跟蹤算法，能夠確定從所述種子位置延伸到遠(yuǎn)端、末端或端部的白質(zhì)束。該末端可以包括深靶和/或遠(yuǎn)靶，如圖7所示。
[0063]圖7示出了本概念的一種表示。采用TMS線圈710來在病人大腦720上或大腦720內(nèi)的初始位置處產(chǎn)生電場熱點(diǎn)730?？筛鶕?jù)物理建模為操作者在頭部模型上對(duì)電場熱點(diǎn)730的位置進(jìn)行渲染。該圖示意性示出了白質(zhì)纖維740如何將電場熱點(diǎn)的位置(大腦表面處或其附近)連接到大腦內(nèi)的深靶750。類似地，白質(zhì)纖維770將電場熱點(diǎn)的位置連接到另一位置處的遠(yuǎn)程目標(biāo)，往往在大腦表面處或其附近。DTI和纖維跟蹤模塊能夠產(chǎn)生白質(zhì)連接和靶向位置的渲染，以便顯示給操作者。
[0064]如圖8所示，遠(yuǎn)程目標(biāo)甚至可處于與種子相反的半球。如在該圖中示意性地示出，TMS線圈840刺激位置850，其例如在左半球820上的大腦810的表面處或其附近。物理建模可以渲染電場熱點(diǎn)850的位置。在本實(shí)施例中，腫瘤或病變880的存在會(huì)使這些區(qū)域周圍的區(qū)域的刺激是困 難的、不可靠的或不合需要的。因此，通過DTI和纖維跟蹤，可以定位將一個(gè)半球820中的遠(yuǎn)程位置與另一半球830相連的胼胝白質(zhì)纖維。這樣，可以通過間接地刺激半球820中的無障礙的位置850來間接地刺激半球830中的靶向區(qū)域860。
[0065]用于驗(yàn)證種子是所希望的種子的一種方法是刺激大腦中的與由纖維束成像跟蹤算法所確定的白質(zhì)束的末端相對(duì)應(yīng)的區(qū)域。如果末端的刺激產(chǎn)生所期望的響應(yīng)，則可以驗(yàn)證種子、遠(yuǎn)程/深處目標(biāo)以及連接它們的白質(zhì)束/纖維。同樣，如果末端的刺激不產(chǎn)生所期望的響應(yīng)，則存在著種子、所確定的白質(zhì)束/纖維和/或目標(biāo)是不對(duì)的可能性。在這種情況下，可能希望用不同的刺激參數(shù)來刺激末端若干次。作為附加或備選，用于確定末端的一些或所有的方法步驟可使用不同的種子和/或纖維束成像跟蹤算法/纖維束成像跟蹤算法參數(shù)重復(fù)進(jìn)行。
[0066]在此還提出了用于為主體大腦中的期望位置間接式地提供刺激的方法，這是通過刺激與上述位置顱內(nèi)連接的不同位置來實(shí)現(xiàn)的。這種方法可包括一些或全部的與將刺激導(dǎo)航和功能數(shù)據(jù)相結(jié)合的上面列出的方法步驟。此外，與將刺激導(dǎo)航和功能數(shù)據(jù)相結(jié)合的上述方法可包括一些或所有的以下步驟。這種方法包括步驟:識(shí)別大腦中的所關(guān)注的第一區(qū)域，所述第一區(qū)域通常與一特定功能相關(guān)聯(lián)；確定大腦中的顱內(nèi)連接到所述第一區(qū)域的所關(guān)注的第二區(qū)域，其中識(shí)別所關(guān)注的第二區(qū)域息可至少基于組合視圖、導(dǎo)航TMS映射數(shù)據(jù)或者上述方法的一部分；以及通過對(duì)大腦中的所關(guān)注的第二區(qū)域施加刺激來間接地刺激大腦中的所關(guān)注的第一區(qū)域。出于本發(fā)明的方法的目的，第一區(qū)域和第二區(qū)域應(yīng)該是分開的，并通過白質(zhì)束連接,如上所述。
[0067]根據(jù)這種方法，該方法可用于和/或包括施加直接的和/或間接的刺激。例如，所施加的刺激可以是來自TMS線圈的至少一個(gè)TMS脈沖、多個(gè)TMS脈沖，或者深部腦刺激，例如DBS探針。
[0068]特別是，對(duì)于用在利用DBS探針的手術(shù)或治療規(guī)劃中的方法而言，該方法可以進(jìn)一步包括確定激活功能(其近似于一個(gè)或多個(gè)白質(zhì)束末端周圍的激活體積)的步驟。在此基礎(chǔ)上，可以基于激活功能來確定至少一個(gè)深部腦刺激探針的刺激參數(shù)。
[0069]上述方法可用于確定和顯示刺激前或后的白質(zhì)。例如，導(dǎo)航TMS可用于映射大腦的區(qū)域，以確定大腦中的會(huì)誘發(fā)針對(duì)刺激的所期望的或最大的響應(yīng)的特定位置。一旦通過該映射已經(jīng)確定了將被用作種子的位置，就可以在纖維束成像跟蹤算法中選擇和使用該特定的種子。這種方法可確保用于確定白質(zhì)束的種子實(shí)際上負(fù)責(zé)一特定的功能。然而，本方法也可以用于預(yù)測響應(yīng)和白質(zhì)束，以便為導(dǎo)航腦刺激系統(tǒng)的操作者提供關(guān)于主體大腦的基本解剖和功能關(guān)系的可視性理解。
[0070]因此，這里描述了用于顯示導(dǎo)航腦刺激的預(yù)測顱內(nèi)連接的方法。這種方法可以包括與將刺激導(dǎo)航和功能數(shù)據(jù)相結(jié)合以及與用于通過刺激與期望位置顱內(nèi)連接的不同位置來間接式地刺激主體大腦中的期望位置相關(guān)的一些或全部的上面列出的方法步驟。此外，如上所述的與將刺激導(dǎo)航和功能數(shù)據(jù)相結(jié)合以及與用于通過刺激與期望位置顱內(nèi)連接的不同位置來間接式地刺激主體大腦中的期望位置相關(guān)的上述方法可包括以下一些或所有的步驟。這種方法包括步驟:相對(duì)于主體頭部來跟蹤導(dǎo)航TMS線圈，其中主體頭部的位置和方位與組合視圖的至少一個(gè)部分、例如與解剖圖像或組合視圖整體配準(zhǔn)；確定將由線圈施加到主體上的特定位置處的預(yù)測刺激；將所述預(yù)測刺激的位置指定為用于纖維束成像跟蹤算法的種子；利用該預(yù)測種子從纖維束成像跟蹤算法中確定白質(zhì)束；并且在組合視圖上和/或在組合視圖內(nèi)顯示所預(yù)測的白質(zhì)束。根據(jù)某些實(shí)施例，所預(yù)測的白質(zhì)束實(shí)時(shí)地計(jì)算，并在位置的刺激之前顯示。
[0071]根據(jù)實(shí)施本方法的系統(tǒng)的處理能力和/或纖維束成像跟蹤算法的復(fù)雜性，預(yù)測白質(zhì)束的計(jì)算可以是基本上實(shí)時(shí)的，或者可以包括一定長度的延遲。如果預(yù)測到或預(yù)計(jì)有計(jì)算中的延遲，那么它對(duì)于操作者在他們想要系統(tǒng)預(yù)測白質(zhì)束的位置處進(jìn)行手動(dòng)標(biāo)記是可取的。這可以通過已知的輸入機(jī)制、例如當(dāng)該線圈處于所期望的位置處來實(shí)現(xiàn)。線圈的位置和方位也可記錄下來。一旦計(jì)算完成并將所預(yù)測的白質(zhì)束顯示給操作者，如果操作者認(rèn)定該束是可接受的，則他們可以重新對(duì)準(zhǔn)TMS線圈，并且在線圈處于適當(dāng)?shù)奈恢煤涂蛇x的方位時(shí)，該系統(tǒng)可通知或自動(dòng)地刺激主體。
[0072] 類似地，所預(yù)測的白質(zhì)束可指示所預(yù)測的末端，并且通過在線圈處于適當(dāng)?shù)奈恢煤涂蛇x的方位時(shí)通知或自動(dòng)地刺激主體，從而允許操作者刺激所預(yù)測的末端，作為種子區(qū)域的替代或附加。通過刺激末端和測量或記錄響應(yīng)，可以確定種子的準(zhǔn)確性或有效性/無效性，而無需實(shí)際地刺激種子位置。
[0073]根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的系統(tǒng)包括可用于相對(duì)于大腦解剖結(jié)構(gòu)來引導(dǎo)刺激裝置的立體定位裝置?？刹捎脤?dǎo)航裝置將刺激裝置引導(dǎo)到適當(dāng)?shù)慕馄饰恢茫诖颂幵摯碳ぱb置被促動(dòng)，并且在大腦中的一部分上或大腦中的一部分內(nèi)引入電場。
[0074]立體定向神經(jīng)導(dǎo)航裝置可以引導(dǎo)TMS線圈或另一刺激裝置，例如皮層刺激電極、tDCS電極或DBS引線。此外，可設(shè)置圖像處理模塊，其用于處理引至解剖連接的映射的擴(kuò)散MRI數(shù)據(jù)。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的例子包括下列部件的組合:(i)立體定向?qū)Ш窖b置(其可以是光學(xué)的、磁的，等等)；(ii)刺激裝置，用于在受刺激的區(qū)域中產(chǎn)生急性或長期的影響(基于TMS的、經(jīng)顱式電的、硬膜外式電的、光學(xué)的、超聲的)；(iii)放射治療系統(tǒng)，其可選地包括劑量計(jì)算系統(tǒng)；(iv)實(shí)時(shí)物理建模系統(tǒng)(如電場計(jì)算器)，用于對(duì)刺激裝置的性能進(jìn)行建模；(v)讀取圖像數(shù)據(jù)的圖像IO系統(tǒng)；(vi)用于將解剖數(shù)據(jù)與DTI數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)(例如配準(zhǔn)、疊加不同的數(shù)據(jù)集)的圖像處理系統(tǒng)；(vii)DTI處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)可選地能夠處理其他的基于擴(kuò)散MR的數(shù)據(jù)，例如DS1、Q-球體數(shù)據(jù)、Q-空間數(shù)據(jù)，或者可從如靜息狀態(tài)fMR1、自發(fā)/刺激的EEG或自發(fā)/刺激的MEG或功能性NIRS的其他連接數(shù)據(jù)；(viii)關(guān)聯(lián)解剖連接(DTI)或功能連接信息(rs-fMRI)和立體定向信息的如圖6所示的系統(tǒng)；(ix)關(guān)聯(lián)解剖連接(DTI)或功能連接信息，如rs-fMR1、MEG或EEG和與實(shí)時(shí)物理建模系統(tǒng)相關(guān)的立體定向信息的系統(tǒng)。系統(tǒng)部件的一個(gè)例子示于圖5中。這種系統(tǒng)能夠執(zhí)行上述方法之一。
[0076]圖5示出了用于執(zhí)行上述方法的系統(tǒng)500的一個(gè)例子。系統(tǒng)500具有DTI模塊，其優(yōu)選雙向地與NBS模塊的電場建模部件通信。雙向通信530包括將電場建模的種子發(fā)送到DTI模塊，用于計(jì)算纖維和張量處理。DTI模塊能夠向電場建模模塊發(fā)送信息和請(qǐng)求，以進(jìn)行例如驗(yàn)證纖維。
[0077]一旦DTI模塊已經(jīng)計(jì)算并可選地驗(yàn)證了一個(gè)或多個(gè)纖維，它就將結(jié)果發(fā)送給NBS模塊的頭部模型以進(jìn)行顯示，520，其中頭部模型與電場建模模塊進(jìn)行通信，580。TMS系統(tǒng)與NBS模塊進(jìn)行通信以控制刺激，530。例如位于TMS線圈和病人上的標(biāo)記物將線圈和頭部的位置指示給跟蹤系統(tǒng)，分別為560和550。跟蹤線圈和頭部的位置的該跟蹤系統(tǒng)與NBS模塊就位置數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，570。
[0078]上述系統(tǒng)和方法具有多種用途。一種示范性的用途是幫助確定纖維束成像跟蹤算法的種子。具體的選種可基于或包括以下操作中的一些:
[0079]從不同深度播種，這是因?yàn)镹BS可在不同的深度處刺激大腦。此外，選擇最佳數(shù)量的束以確保種子是在白質(zhì)上。[0080]基于興奮性閾值的選種，例如，當(dāng)主體在20毫米深處的運(yùn)動(dòng)閾值是55V/m時(shí)，從超過60V/m的面積中選種。
[0081]基于歸一化運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的選種?？稍跉w一化的EMG(mV)/(V/m)的關(guān)系超過預(yù)定值時(shí)啟動(dòng)播種。
[0082]基于歸一化的大腦響應(yīng)的選種。可在歸一化的EMG響應(yīng)(μ V) / (V/m)超過預(yù)定值時(shí)啟動(dòng)播種。
[0083]基于圖像數(shù)據(jù)特性的選種。例如，當(dāng)白質(zhì)信號(hào)強(qiáng)度(Tl或FA)和電場閾值重疊時(shí)。
[0084]基于DTI目標(biāo)與NBS響應(yīng)之間的排除或納入(如任何布爾運(yùn)算)的選種。例如，可以定義和/或選擇皮質(zhì)下種子，并映射連接到響應(yīng)刺激的區(qū)域的纖維。
[0085]基于響應(yīng)和非響應(yīng)的選種，同步顯示源自于響應(yīng)區(qū)域和非響應(yīng)區(qū)域的纖維。
[0086]具體地說，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法還可用于運(yùn)動(dòng)映射和皮質(zhì)脊髓束的識(shí)別。例如，它們可用于基于來自DTI和導(dǎo)航腦刺激裝置的組合信息進(jìn)行皮層下白質(zhì)的分割。它們也可用于基于現(xiàn)有的束、基于跟蹤的接近程度的NBS響應(yīng)的驗(yàn)證。
[0087]進(jìn)一步的應(yīng)用包括根據(jù)來自NBS響應(yīng)和DTI的重疊信息來選擇刺激面積或網(wǎng)格。通過本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)DTI和NBS的交叉驗(yàn)證，例如纖維與NBS響應(yīng)之間的布爾運(yùn)算，以及基于皮質(zhì)興奮性來選擇一些種子/束。
[0088]播種也可以根據(jù)重心或累計(jì)的響應(yīng)映射，其結(jié)果是可提高所得纖維束的可靠性。另外，可以實(shí)現(xiàn)基于NBS的DT I靶向，例如置于內(nèi)囊后肢(PLIC)處的種子、端點(diǎn)或目標(biāo)是可用該激勵(lì)裝置獲得的皮層目標(biāo)。
[0089]更具體地是，本方法和系統(tǒng)可用在治療抑郁癥、視皮層映射、語言映射和中風(fēng)的治療，此處僅舉幾例。當(dāng)例如治療抑郁癥時(shí)，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可用于識(shí)別處于邊緣結(jié)構(gòu)(如扣帶)中的或與功能神經(jīng)影像學(xué)結(jié)果相關(guān)的區(qū)域(如前扣帶回)中的種子。此外，種子布置可以在與BA46/BA9的識(shí)別相關(guān)的結(jié)構(gòu)、例如上縱束II(SLFII)中被識(shí)別。另外，種子布置還可以在與癥狀、語言、感覺等相關(guān)的區(qū)域有關(guān)的結(jié)構(gòu)中被識(shí)別。
[0090]為了用于視覺皮層映射，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可用于視束或視交叉池處的種子布置。為了用于語言映射，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可用于在映射之前或期間識(shí)別從Broca到Wernicke的束,例如弓狀束。
[0091]當(dāng)在中風(fēng)治療中使用時(shí)，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)例如可用于識(shí)別對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)刺激區(qū)域，其被發(fā)現(xiàn)和靶向以減少來自完好半球的抑制。此外，對(duì)于處理失語而言，可以識(shí)別對(duì)側(cè)語言處理區(qū)域，例如BiOca'Wernicke、環(huán)甲皮質(zhì)表示，用于靶向以減少完好半球的跨半球抑制。
[0092]此外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上或介質(zhì)可存儲(chǔ)有一組或多組計(jì)算機(jī)可讀指令，其用于使一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行任何上述方法中的步驟。所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是暫時(shí)性的或非暫時(shí)性的。
[0093]雖然通過針對(duì)于特征和/或方法的特定語言描述了本發(fā)明的實(shí)施例和例子，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將從實(shí)施例、所述實(shí)施例的組合和例子中認(rèn)識(shí)到特征的眾多變化和修改，這都不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍。相反，這些具體的特征和方法作為實(shí)施本發(fā)明的例子而公開。
【權(quán)利要求】
1.一種用于組合非侵入式經(jīng)顱刺激導(dǎo)航與功能數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括以下步驟: 獲取大腦的解剖圖像， 獲取大腦的功能數(shù)據(jù)， 將所述功能數(shù)據(jù)的至少一個(gè)部分與來自所述解剖圖像的相應(yīng)位置配準(zhǔn)，其中所述部分與大腦中的所關(guān)注部分相關(guān)聯(lián)，以及 利用經(jīng)顱磁刺激(TMS)導(dǎo)航軟件來立體定位式對(duì)準(zhǔn)大腦的組合視圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括步驟:顯示大腦的具有針對(duì)于與所述解剖圖像上的相應(yīng)位置相關(guān)聯(lián)的至少大腦所關(guān)注部分的功能數(shù)據(jù)的組合視圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用TMS導(dǎo)航軟件來使大腦的解剖圖像立體定位式對(duì)準(zhǔn)主體的頭部。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括步驟:基于所述組合視圖來選擇大腦的由TMS脈沖所靶向的位置。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括步驟:用從導(dǎo)航TMS中確定的大腦功能來標(biāo)記所述組合視圖上或所述組合視圖內(nèi)的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述位置是三維體積。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括步驟:基于所述組合視圖并使用導(dǎo)航TMS來映射大腦的部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，大腦的待映射的部分基于所述功能數(shù)據(jù)來確定。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括步驟:進(jìn)一步地組合導(dǎo)航TMS映射數(shù)據(jù)和所述組合視圖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括步驟:在導(dǎo)航TMS映射區(qū)域內(nèi)選擇種子區(qū)域以便應(yīng)用纖維束成像跟蹤算法。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括步驟:在纖維束成像跟蹤算法中使用所述種子區(qū)域來確定白質(zhì)束。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括步驟:組合所述白質(zhì)束和所述組合視圖。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，還包括步驟:顯示所述組合視圖上或所述組合視圖內(nèi)的白質(zhì)束。
14.根據(jù)權(quán)利要求10到13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，實(shí)時(shí)地應(yīng)用纖維束成像跟蹤算法，并在刺激期間將結(jié)果顯示給導(dǎo)航TMS的操作者。
15.根據(jù)權(quán)利要求10到13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，離線應(yīng)用纖維束成像跟蹤算法，并將結(jié)果用于手術(shù)和治療規(guī)劃。
16.根據(jù)權(quán)利要求10到15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括刺激大腦中的與由纖維束成像跟蹤算法確定的白質(zhì)束的末端相對(duì)應(yīng)的區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括通過末端區(qū)域的導(dǎo)航TMS映射來驗(yàn)證種子區(qū)域和末端區(qū)域之間的顱內(nèi)連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，還包括確定新的種子區(qū)域，并且如果所述末端區(qū)域不對(duì)應(yīng)于種子區(qū)域的功能，則重復(fù)所述方法步驟中的至少一部分。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括步驟: 識(shí)別大腦中的所關(guān)注的第一區(qū)域，所述第一區(qū)域與一特定功能相關(guān)聯(lián)， 至少基于所述組合視圖和/或?qū)Ш絋MS映射數(shù)據(jù)來識(shí)別大腦中的顱內(nèi)連接到所述第一區(qū)域的所關(guān)注的第二區(qū)域，以及 通過對(duì)大腦中的所關(guān)注的第二區(qū)域施加刺激來間接地刺激大腦中的所關(guān)注的第一區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二區(qū)域不同于第一區(qū)域并且與之不重疊。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，其特征在于，所施加的刺激是至少一個(gè)TMS脈沖。
22.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，其特征在于，所施加的刺激是直接刺激。
23.根據(jù)權(quán)利要求19、20或22所述的方法，其特征在于，所施加的刺激是深部腦刺激。
24.根據(jù)權(quán)利要求10到23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括步驟:確定激活功能，其接近一個(gè)或多個(gè)白質(zhì)束的末端周圍的激活體積。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，還包括步驟:基于激活功能來確定至少一個(gè)深部腦刺激探針的刺激參數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求10到25中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，種子的選擇基于興奮性閾值。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，種子的選擇基于刺激時(shí)產(chǎn)生超過預(yù)定值的歸一化EMG響應(yīng)的區(qū)域。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，種子的選擇基于刺激時(shí)產(chǎn)生超過預(yù)定值的歸一化EEG響應(yīng)時(shí)的區(qū)域。
29.根據(jù)權(quán)利要求10到28中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，種子的選擇基于白質(zhì)信號(hào)強(qiáng)度和電場閾值重疊的區(qū)域。
30.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括步驟: 相對(duì)于主體頭部來跟蹤導(dǎo)航TMS線圈，其中主體頭部的位置和方位與所述組合視圖的至少一個(gè)部分配準(zhǔn)， 確定將由線圈施加到主體上的特定位置處的預(yù)測刺激， 將所述預(yù)測刺激的位置指定為用于纖維束成像跟蹤算法的種子， 利用所述預(yù)測種子從纖維束成像跟蹤算法中確定白質(zhì)束，和 在所述組合視圖上和/或在所述組合視圖內(nèi)顯示所預(yù)測的白質(zhì)束。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，實(shí)時(shí)地計(jì)算所預(yù)測的白質(zhì)束，并在對(duì)位置進(jìn)行刺激之前顯示所預(yù)測的白質(zhì)束。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或31所述的方法，其特征在于，還包括步驟:標(biāo)記所預(yù)測的刺激位置。
33.根據(jù)權(quán)利要求30到32中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括步驟:刺激與所述組合視圖上和/或內(nèi)顯示的所預(yù)測白質(zhì)束的末端相關(guān)的至少一個(gè)區(qū)域。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，還包括步驟:如果所預(yù)測的種子是針對(duì)所需區(qū)域的有效種子區(qū)域則進(jìn)行標(biāo)記。
35.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括步驟:通過所確定的白質(zhì)束和導(dǎo)航腦刺激響應(yīng)之間的布爾運(yùn)算來交叉驗(yàn)證功能數(shù)據(jù)和導(dǎo)航腦刺激數(shù)據(jù)。
36.根據(jù)權(quán)利要求19到35中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一區(qū)域是Broca，所述第二區(qū)域是Wernicke。
37.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述解剖圖像是MRI圖像或CT圖像。
38.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述功能數(shù)據(jù)是正電子發(fā)射斷層掃描(PET)數(shù)據(jù)、功能磁共振成像(fMRI)數(shù)據(jù)或擴(kuò)散張量成像(DTI)數(shù)據(jù)。
39.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到36中任一項(xiàng)所述的方法的系統(tǒng)。
40.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，具有存儲(chǔ)于其中的一組計(jì)算機(jī)可讀指令，其用于使一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到36中任一項(xiàng)所述的方法中的步驟。
41.一種非暫時(shí)性的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，具有存儲(chǔ)于其中的一組計(jì)算機(jī)可讀指令，其用于使一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到36中任一項(xiàng)所述的方法中的步驟。
42.一種用于組合導(dǎo)航腦刺激(NBS)和解剖連接模式的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: NBS模塊，和 與所述NBS模塊通信的擴(kuò)散張量成像(DTI)模塊， 其中，所述NBS模塊構(gòu)造成為所述DTI模塊提供種子，以及 所述DTI模塊構(gòu)造成將白質(zhì)束提供給所述NBS模塊以用于驗(yàn)證。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述NBS模塊包括實(shí)時(shí)物理建模系統(tǒng)、刺激裝置和立體定位導(dǎo)航裝置。
44.根據(jù)權(quán)利要求42或43所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括構(gòu)造成使解剖數(shù)據(jù)與DTI數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的圖像處理系統(tǒng)。
45.根據(jù)權(quán)利要求43或44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述物理建模系統(tǒng)構(gòu)造成提供由所述刺激裝置產(chǎn)生或?qū)⒁a(chǎn)生的電場的實(shí)時(shí)物理建模。
46.根據(jù)權(quán)利要求42到45中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示模塊，其構(gòu)造成同步地顯示由所述NBS模塊的一部分產(chǎn)生或?qū)⒁a(chǎn)生的實(shí)時(shí)電場，以及由所述DTI模塊計(jì)算的至少一個(gè)所計(jì)算的白質(zhì)束。
【文檔編號(hào)】A61B5/05GK103619406SQ201280027220
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月3日
【發(fā)明者】屠奧馬斯·內(nèi)烏沃寧, 亨利·漢努拉 申請(qǐng)人:奈科斯迪姆公司