利用结构有效性指标来规划导航经颅磁刺激的制作方法
【专利说明】利用结构有效性指标来规划导航经颅磁刺激发明领域
[0001 ] 本发明涉及经颅磁刺激(TMS)领域。本发明的某些实施例涉及导航TMS (nTMS)及其规划。
【背景技术】
[0002]在TMS规划和刺激期间，期望在大脑中的任意给定位置引入最小有效剂量的刺激。通过给予低于最小有效剂量的剂量，该剂量可能不会产生预期的效果。给予远大于最小有效剂量的剂量会产生多个副作用。一些示例为:过度刺激区域、刺激比预期更大的区域、在限制刺激周期长度的区域或范围中累积过度剂量、使脑部的区域过热以及发生癫痫。
[0003]可实验性地确定针对脑部的特定区域的最小有效剂量，例如在可测量或观察刺激效果的皮质运动区。然后，通常将该最小有效剂量作为针对脑部的其他区域的指南，复制该剂量或者在该剂量的基础上增加预定量，例如对另一区域进行针对其他区域的120%的最小有效剂量的刺激。通常，可应用一般经验法则，并且执行的剂量与针对每个非测量性位置的实际最小有效剂量之间无相关性。
[0004]确定剂量有效程度的一个关键特征在于:被刺激的区域的神经结构和感应电场相对于该区域的方位。目前，TMS和nTMS系统均尚未考虑此信息，从而导致施加低效刺激剂量和无效刺激剂量。因此，期望具有一种为了确定最小有效剂量和/或方位而说明在刺激位置处的神经结构的系统及方法。另外，期望的是，要知道大脑内或大脑上的位置处的剂量的实际有效性是不易测量到的。
【发明内容】
[0005]本发明的某些实施例的一个方面提供了一种导航经颅磁刺激(nTMS)规划和/或nTM刺激的方法。
[0006]该方法的示例包括以下步骤:确定针对脑部的目标区域的结构有效性指标(SEI)，其用于基于脑部的至少一个神经特征来说明经颅磁刺激(TMS)脉冲的有效性，确定针对脑部的基础电场幅度和方位，以及基于针对所述目标区域和针对脑部的基础电场幅度和方位来计算脑部的目标区域的需要的感应电场向量。
[0007]根据某些示例，SEI包括各向异性指标(Al)。Al可至少基于目标区域的局部各向异性来说明TMS脉冲的有效性。另外，根据某些示例，SEI包括连接指标(Cl)。Cl说明TMS脉冲在脑部中不同于所刺激的目标区域的位置处的有效性。此外，Cl可至少部分基于白质束连接。
[0008]SEI可具有Al分量和Cl分量。另外，SEI可仅为Al分量或Cl分量。此外，SEI可包含或由与TMS的结构有效性相关的其他指标(例如部分各向异性指标(FIA))组成。SEI可以是向量、数值、角度(例如关于SEI向量的线圈角度或感应电场角度)的函数或方向。
[0009]根据某些示例，方法包括计算TMS线圈设备相对于脑部的至少一个位置和方位的步骤，脑部能感应出针对脑部的目标区域的需要的感应电场。附加步骤可包括:确定针对TMS线圈设备的至少一个线圈绕组的脉冲参数，以使脉冲参数能使TMS线圈设备感应出针对脑部的目标区域的所需要的感应电场。
[0010]根据某些实施例和示例，有利的是基于该位置处的实际神经结构(例如在该区域处的各向异性或白质束)，利用脑部的至少一个区域的SEI来规划该位置处的有效剂量和/或最小有效剂量。
[0011]根据某些实施例和示例，有利的是利用脑部的至少一个区域的SEI来规划与其他位置具有类似神经神构的另一位置处的有效剂量和/或最小有效剂量。
[0012]根据某些实施例和示例，有利的是基于该位置处的实际神经结构和剂量的方位，利用脑部的至少一个区域的SEI来确定在该位置处的某个剂量或者多个剂量的有效性。
[0013]根据某些实施例和示例，有利的是基于在一个或多个区域处的实际神经结构，利用脑部的多个区域的SEI来选择最优的区域进行刺激，以获得期望的效果。
[0014]此外，本发明的某些实施例的一个方面提供了一种存储有一组用于使处理器执行这里所描述的方法的计算机可实现的指令的非暂时性计算机可读介质。
[0015]另外，本发明的某些实施例的一个方面提供了一种包括配置成根据此处所描述的方法来确定nTMS的规划或者执行nTMS的处理器的导航经颅磁刺激(nTMS)系统。
【附图说明】
[0016]图1示出了与示例nTMS刺激相关联的SEI的图形化表示。
[0017]图2示出了脑部的神经结构的示例，其包括更详细的邻近要进行刺激的目标区域的区域的插图。
[0018]图3示出了用于实验性地计算针对目标区域的Al的方法的示例。
[0019]图4示出了在图3中所示的方法中确定的Al的图形化结果。
【具体实施方式】
[0020]根据某些实施例，这里公开了规则导航经颅磁刺激(nTMS)的方法。这里的方法可用于创建用于后续对患者进行TMS的规划。该方法还可在规划下一个和/或未来刺激时在对患者进行TMS期间使用。
[0021 ] 根据某些方法，针对nTMS的规则包括以下步骤:确定针对脑部的区域或体积的结构有效性指标(SEI)。SEI可基于脑部的至少一个神经特征来说明TMS脉冲的有效性。这样的神经特征的示例为:脑部的区域的神经各向同性或各向异性、神经束的方位、神经束的数量或平均数量、一个区域与另一个区域的连接；区域处的白质束的数量、密度和/或厚度及其组合。通过本说明，其他示例将变得显而易见。
[0022]根据某些示例，SEI可包含各向异性指标(Al)、连接指标(Cl)、两者的组合和/或考虑A1、CI两个因素或其一的一般性指标。SE1、AI和/或Cl可以是向量或其表示。他们也可以仅是数值指标。通常，Al说明至少基于区域的局部各向异性的TMS脉冲的有效性。类似地，通常，Cl说明当应用至第一区域时，TMS脉冲在不同的第二区域处的有效性。第一区域通常位于皮质上或者在皮质附近。第二区域也可位于皮质上或者在皮质附近，但也可是脑部的更深区域。
[0023]方法可还包括以下步骤:确定针对脑部的基础电场幅度和方位，以及基于针对所述区域的SEI和针对脑部的基础电场幅度和方位来计算期望或所需要的针对脑部的区域的感应电场向量。
[0024]根据某些示例，可改变步骤的顺序。例如，根据某些方法，可针对脑部的特定区域和/或特定范围来确定和/或映射SEI。接下来可确定基础电场幅度和方位。例如，基础电场幅度可以是运动阈值(MT)，基础方位可垂直于脑部拓扑特征。类似地，确定基础电场幅度和方位之后，确定针对脑部的某个区域和/或某区。
[0025]如这里讨论地，区域或目标区域指的是所需要的TMS脉冲的焦点。由于焦点通常是三维的，因此这里的术语区域与体积同义。区或治疗区指的是比包含有多个可能的目标区域的目标区域还要大的区域。类似地，区或治疗区与治疗体积同义。因此，区或治疗区比目标区域要大。
[0026]这里所公开的确定步骤可通过例如实验(当可行时)、计算、重新计算、调整、优化、从单独的设备/系统中输入相关数据或其组合来执行。
[0027]—些规划TMS脉冲及向受体实施TMS脉冲的方法假设受体脑部的目标区域是各向同性的，即该区域内的脑物质是随机取向的。其他规划TMS脉冲并向受体实施TMS脉冲的方法假设受体脑部的目标区域是完全各相异性的，即该区域内的脑物质完全沿同一方向对齐。然而，在脑部的任意给定区域内的脑物质的方位通常不是一致的，而是会偏向某个方向或者某些方向。因此，脑部的任意给定区域是各向异性的，即脑物质不完全是随机取向的。
[0028]当