用于组合解剖连接模式和导航脑刺激的方法和系统技术方案

当操作脑刺激装置时，重要的是应理解和控制与正被刺激所靶向的区域相关联的网络效应。这里提供的组合式系统和方法为操作者提供了关于可能受到刺激的影响的大脑网络的实时视图。该系统和方法能够增强诊断信息的精确度。此外，这里还公开了用于将导航脑刺激数据和解剖数据与个体的脑连接数据组合起来的系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于组合解剖连接模式和导航脑刺激的方法和系统
[0001 ] 本专利技术涉及大脑功能的映射和使用脑刺激系统来治疗疾病,尤其是确定大脑中的解剖和功能上的关系。
技术介绍
在病人的大脑上操作脑刺激装置的目的可以是出于诊断目的而导致诱发性响应，或者出于治疗目的而导致大脑功能的临时性或永久性的变化。脑刺激方法的有效性取决于刺激装置和刺激能量如何很好地到达所靶向的期望解剖区域。一种解决方案是使用立体定位装置来实现刺激装置相对于身体的靶向解剖部分的定位。通常，立体定向导航装置使用解剖图像(来自MRI或CT的结构图像)以将立体定向仪与个体解剖结构相关联。然而，正在接受刺激的主体的大脑解剖结构已被外伤或肿瘤改变或破坏了多次。因此，主体大脑的解剖图像可能不足以确定大脑的特定部分的功能性。诊断或治疗刺激可以具有局部的或远程的效果，这取决于靶向区域的解剖学和功能上的关系。因此，需要一种用于为刺激装置的操作者提供个体大脑特异性的基本解剖结构、连接和功能的准确视图的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例的一个方面是为导航脑刺激系统的操作者提供一种受到刺激的潜在影响的大脑网络的更完整和现实的视图。一些实施例的 另一个方面是提供一种能够提高诊断信息的准确性的系统和方法。此外，一些实施例的另一个方面是将导航脑刺激与来自个体的大脑连接数据相结合。根据本专利技术的某些实施例，在此处描述了用于组合刺激导航和功能数据的方法。这些方法能够通过侵入式脑刺激或者优选地通过非侵入式经颅刺激来实施。这种方法包括一些或所有的以下步骤:获取大脑的一个或多个解剖图像，获取大脑的功能数据，以及组合解剖图像和功能数据。解剖图像的例子有MRI图像和CT图像。功能数据的例子有正电子发射断层扫描(PET)数据、功能磁共振成像(fMRI)数据以及扩散张量成像(DTI)数据。此外，根据本专利技术的某些实施例的系统包括可用于相对于大脑解剖结构来引导刺激装置的立体定位装置。可使用导航装置来将所述刺激装置引导到一个适当的解剖位置，在此处该刺激装置被促动，并在大脑的一部分上或大脑的一部分内引入电场。根据某些实施方案，可以减少与现有的大脑映射方法相关的不确定性，尤其是通过适当技术所提供的图像引导(导航)经颅磁刺激和白质纤维跟踪的不确定性。此外，也可以在治疗性干预如手术的规划中帮助皮质或深部脑刺激装置的布置。另外，本专利技术的实施例通过整合来自于不同的当前正在使用的成像方式中的信息而使得切除术更安全。此外，本专利技术的实施例通过提供来自于不同诊断方式的定量信息而帮助使得手术的决策更客观。本专利技术的实施例描述了连接到包括实时物理建模系统和连接跟踪系统的导航系统的刺激装置。组合式系统为操作者提供了可能受到刺激的影响的大脑网络的实时视图。此外，不仅可以对刺激单元进行建模，而且可以对刺激单元的预测效果进行建模和显示。根据某些实施方式的一个方面，有利的是为立体定位系统提供功能数据的显示(如正电子发射断层扫描(PET)或功能性磁共振成像(fMRI))，以便高亮显示与操作相关的功能活性区域。此外，称为扩散张量成像(DTI)的MRI技术的进步已经使得可以通过映射由脑白质所形成的局部和远程的解剖连接。将解剖连接信息加到大脑刺激装置的定位部分上以丰富操作者能得到的信息导致了对诊断信息的更佳理解，以及对例如治疗性刺激的更明智的靶向。当操作脑刺激装置时，重要的是应理解和控制与正被刺激所靶向的区域相关联的网络效应。该组合式系统为操作者提供了关于可能受到刺激的影响的大脑网络的实时视图。【附图说明】图1显示了在NBS系统上示出的映射会话中所记录的刺激电场的位置(左)。NBS软件计算皮质内的最大电场的位置，并根据其相应的峰-峰MEP振幅对其进行颜色编码，从而制出热图。在热图中用白色对引出最大MEP的位置进行颜色编码(放大图，右)。图2显示了在NBS屏幕上示出的热点刺激位置的DICOM输出。针对最大手部肌肉即拇短展肌(APB)的MEP最大响应被定义为“热点”，其用作锥体束的纤维束成像跟踪(tractography)的种子区。APB热点紧邻于肿瘤。图3显示了病人的MRI数据集、NBS映射图像和DT成像数据的结合。在图像融合后，来自NBS运动映射会话的MEP地图将显示在三维导航图像中，并且可以用作种子区域以应用纤维束成像跟踪算法，从而显示出初级运动皮层的白质束。针对用于种子区域的APB肌肉的最大MEP响应的位置颜色编码为绿色。图4显示了在将纤维束成像跟踪的结果不作任何后处理地转换为3D对象以输出到导航系统中之后的源自图2的APB热点的纤维的图像。肿瘤标记为红色，APB热点显示为黄色球体。图5示出了用于组合DTI和NBS (或其他刺激)数据的系统的部件的例子。图6示出了用于组合DTI和NBS数据的系统的部件的其它例子。图7示出了种子位置与大脑内的深远处目标之间的连接的概念的一个例子。图8显示了连接两个大脑半球的胼胝白质纤维的概念的一个例子。【具体实施方式】可以使用与刺激装置相关联的计算机辅助的立体定向定位系统以确定刺激所靶向的中枢神经系统的部分，以便引导刺激探针的布置或解释由刺激装置所造成的诊断信息或效果。侵入式和非侵入式刺激装置有不同的技术限制。侵入式刺激装置可以放置成与被刺激的组织直接接触。侵入式装置被认为可以直接激活与刺激探针直接接触的组织。非侵入式刺激装置通常必须依赖于刺激效果的粗略估计，或者依赖于刺激效果的实时或离线的建模。侵入式技术可使用刺激效果的实时或离线的建模和估计，尤其是用于规划植入体的安装、以及安装和/或试验期之后的刺激参数的调整。以下是实时和/或离线建模的几个非限制性实施例。例如，可以确定激活功能(AF)以估计深部脑刺激(DBS)探头周围的激活体积。激活功能描述了由刺激探针引入的电场，其中导致该激活的电场的体积和形状取决于许多装置参数。取决于由刺激装置的激活引起的所观察到的或预测的效果，操作者可希望改变刺激参数以匹配所希望的刺激场模式，其可更好地匹配的基本解剖结构。另一个例子来自经颅磁刺激(TMS)的领域。可采用计算机辅助的立体定向系统来将线圈放置在适当的解剖区域上。然后可以使用物理建模系统或程序来对TMS线圈的效果进行建模，显示在大脑表面上或在大脑内的一个或多个深度处的线圈激活模式。通常，TMS线圈激活图案具有刺激焦点，即具有比周围区域更高的电场强度的区域。经历超阈值刺激的该区域的大小根据刺激器的输出而变化。这个区域具有激活面积(AA)或激活体积(AV)。这里给出了连接跟踪系统的一个例子。可以使用称为扩散张量成像(DTI)的技术来研究脑区之间的解剖连接。DTI基于使用磁共振成像的水扩散成像。使用多个对水扩散敏感的图像和图像的数学后处理，可以在一个或多个图象体积元(如三维像素)中显示水扩散的优选方向。已经表明，穿过三维像素的脑白质轴突与扩散的优选方向对准。另外，可以使用一种或多种数学方法来构建虚拟轴突束或纤维的可视化。这种技术在文献中被称为(白质)纤维跟踪。一种典型的纤维跟踪算法如纤维束成像跟踪算法首先利用了扩散敏感MR数据，以及一些限定了算法的边界条件如启动和停止标准、步长、纤维长度的上限、可能的纤维曲率限值等的参数。其目的是 帮助该算法找到生理上有意义的纤维。可能的参数及其值的列表是本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于组合非侵入式经颅刺激导航与功能数据的方法，所述方法包括以下步骤：获取大脑的解剖图像，获取大脑的功能数据，将所述功能数据的至少一个部分与来自所述解剖图像的相应位置配准，其中所述部分与大脑中的所关注部分相关联，以及利用经颅磁刺激(TMS)导航软件来立体定位式对准大脑的组合视图。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.03 US 61/492,8211.一种用于组合非侵入式经颅刺激导航与功能数据的方法，所述方法包括以下步骤: 获取大脑的解剖图像， 获取大脑的功能数据， 将所述功能数据的至少一个部分与来自所述解剖图像的相应位置配准，其中所述部分与大脑中的所关注部分相关联，以及 利用经颅磁刺激(TMS)导航软件来立体定位式对准大脑的组合视图。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤:显示大脑的具有针对于与所述解剖图像上的相应位置相关联的至少大脑所关注部分的功能数据的组合视图。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用TMS导航软件来使大脑的解剖图像立体定位式对准主体的头部。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括步骤:基于所述组合视图来选择大脑的由TMS脉冲所靶向的位置。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括步骤:用从导航TMS中确定的大脑功能来标记所述组合视图上或所述组合视图内的位置。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述位置是三维体积。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括步骤:基于所述组合视图并使用导航TMS来映射大脑的部分。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，大脑的待映射的部分基于所述功能数据来确定。9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括步骤:进一步地组合导航TMS映射数据和所述组合视图。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括步骤:在导航TMS映射区域内选择种子区域以便应用纤维束成像跟踪算法。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括步骤:在纤维束成像跟踪算法中使用所述种子区域来确定白质束。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括步骤:组合所述白质束和所述组合视图。13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，还包括步骤:显示所述组合视图上或所述组合视图内的白质束。14.根据权利要求10到13中任一项所述的方法，其特征在于，实时地应用纤维束成像跟踪算法，并在刺激期间将结果显示给导航TMS的操作者。15.根据权利要求10到13中任一项所述的方法，其特征在于，离线应用纤维束成像跟踪算法，并将结果用于手术和治疗规划。16.根据权利要求10到15中任一项所述的方法，其特征在于，还包括刺激大脑中的与由纤维束成像跟踪算法确定的白质束的末端相对应的区域。17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括通过末端区域的导航TMS映射来验证种子区域和末端区域之间的颅内连接。18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，还包括确定新的种子区域，并且如果所述末端区域不对应于种子区域的功能，则重复所述方法步骤中的至少一部分。19.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括步骤: 识别大脑中的所关注的第一区域，所述第一区域与一特定功能相关联， 至少基于所述组合视图和/或导航TMS映射数据来识别大脑中的颅内连接到所述第一区域的所关注的第二区域，以及 通过对大脑中的所关注的第二区域施加刺激来间接地刺激大脑中的所关注的第一区域。20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二区域不同于第一区域并且与之不重叠。21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所施加的刺激是至少一个TMS脉冲。22.根据权利要求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.根据权利要求19、20或22所述的方法，其特征在于，所施加的刺激是深部脑刺激。24.根据权利要求10到23中任一项所述的方法，其特征在于，还包括步骤:确定激活功能，...

【专利技术属性】
技术研发人员：屠奥马斯·内乌沃宁，亨利·汉努拉，
申请(专利权)人：奈科斯迪姆公司，
类型：
国别省市：