專利名稱：用于顯示經(jīng)顱磁刺激在大腦生成的電場的方法和系統(tǒng)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，涉及顯示經(jīng)顱磁刺激感 應(yīng)線圈裝置在對象的大腦感生的電場的精確表示。
背景技術(shù)：
經(jīng)顱/f茲刺5敫(Transcranial magnetic stimulation, TMS) 4吏用感應(yīng) 線圈，在該感應(yīng)線圈中生成時(shí)變;茲場以在大腦內(nèi)感生電場("E-filed")。 暴露于足夠強(qiáng)的電場的、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^皮示為對象腦部的解剖表示的圖形顯示上的重 疊。通過觀察該顯示，用戶可將腦內(nèi)感生的電場直觀化，并/人而實(shí)時(shí) 地將TMS線圈裝置相對于腦部交互定位，以刺激腦部的目標(biāo)位置。 以下數(shù)據(jù)獲耳又和處理步驟通常^1實(shí)現(xiàn)為NBS的一部分。
1. 根據(jù)表示對象頭部的解剖構(gòu)造的數(shù)據(jù)生成對象的頭皮或頭部 表面的分段式數(shù)據(jù)表示。通常，利用公知的軟件算法，對表示對象頭 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頭部的3D表 示進(jìn)一步處理，以生成對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TMS線圏裝置相對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
10器)置于對象頭部的選定點(diǎn)和TMS線圈裝置上，以使這些點(diǎn)的3D坐 標(biāo)和六個(gè)自由度能夠被自動(dòng)記錄。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"7VSOL4A^4丄U GA^7YC S77Mt/丄J /7VZ) "C77CW C肌D臘C五附77/爿7T4C服五AT POR77CW FOR i 五C五/麼G T7^C《/iVG ZXEr/CF，的第11/847， 544號(hào)美國專利申請所述，該申請 被轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人并通過引用并入本文。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)過程中表示TMS線圈裝置 和對象頭部上的跟蹤器的位置的數(shù)據(jù)(上述第2點(diǎn))與生成對象頭部 的3D表示的圖像數(shù)據(jù)(上述第1點(diǎn))相關(guān)聯(lián)。通常，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)精確定位在對象頭 部。在執(zhí)行這種點(diǎn)對點(diǎn)對應(yīng)或點(diǎn)對點(diǎn)匹配之后，計(jì)算在校準(zhǔn)過程中將 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位置 的坐標(biāo)系對準(zhǔn)的變換。通過執(zhí)行額外的點(diǎn)對點(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中通常使用的顯示器上，顯示TMS線圈裝置相對于選 定深度處頭皮和大腦部分的圖形表示的圖形表示，特別優(yōu)選地，僅顯 示包含線圈繞組的、TMS線圈裝置的外殼。由TMS線圈裝置在腦部 感生的電場顯示為腦部的表示上的重疊。因此，當(dāng)用戶將TMS線圈裝 置相對于對象頭部進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)，顯示器向用戶提供TMS線圈裝置的外 殼相對于頭部和腦部的位置和方向的視覺表示，從而提供線圈繞組相 對于頭部和腦部的位置和方向的視覺表示，并提供在大腦內(nèi)感生的電 場。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，所述 才莫型例^口 Ravazzani, P.等人在 "A/agwe"c s"7wm/""cw o/ Ae打ervotw ，tem: z."(iMce^ e/ecWc / eW Z"調(diào)6o柳fi^， s削"一mYe' 5"p/ en'ca/, awc/c_y/zWn'ca/艦dW ( Annals of Biomedical Engineering 24: 606-616， 1996) —文中描述的才莫型，該文獻(xiàn)的全部內(nèi)容通過引用并入本文，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。然后，在腦 部的表示中示出電場，例如利用顏色指示電場強(qiáng)度，以使用戶導(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
戶導(dǎo)航TMS線圈裝置以刺激大腦上目標(biāo)點(diǎn)的精度。
已知TMS的效果依賴于大腦上目標(biāo)點(diǎn)的電場的絕對強(qiáng)度及其相 對于目標(biāo)點(diǎn)相鄰區(qū)域的相對強(qiáng)度。因此，NBS顯示器向TMS線圈裝 置的用戶精確示出目標(biāo)點(diǎn)的感興趣的鄰域內(nèi)的最大電場的位置是很重 要的?；诮馄蕦W(xué)的原因，在現(xiàn)有NBS顯示器上，腦部選定深度處的
分的表面。因此，在現(xiàn)有NBS中，利用多個(gè)所謂的可視化表面表示大 腦，每個(gè)可視化表面表示選定深度處的大腦的一部分。
在現(xiàn)有技術(shù)中，NBS顯示器通常顯示頭皮下方大約20到25 mm 深度處的可視化表面。該可視化表面的形狀近似為選定深度處大腦和 皮層腦結(jié)構(gòu)的形狀。此外，NBS顯示器顯示在沿可視化表面的點(diǎn)(包 括可視化表面上最大電場的位置)處感生的電場。電場通常示為彩色 圖，其中的顏色指示相對于最大值的強(qiáng)度。此外，NBS顯示器通常將 TMS線圏裝置相對于可視化表面用彩色示出。此外，還利用實(shí)時(shí)更新 的、多邊形的彩色的和有紋理的表面顯示可浮見化表面，例如，當(dāng)TMS 線圈裝置或頭部移動(dòng)時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。此外，現(xiàn)有NBS顯示器上，TMS 線圈裝置和可視化表面可從任何角度和距離觀察。
現(xiàn)有NBS中，從頭部的2D MRI圖像數(shù)據(jù)直接得到可視化表面， 以使頭皮中的任何突起(隆起)、凹陷或其它不規(guī)則性都相應(yīng)地、基本 同樣地反映在可視化表面中。理想地，期望最強(qiáng)電場的位置將響應(yīng)于 TMS線圈裝置沿頭皮的移動(dòng)在NBS顯示器上沿可視化表面移動(dòng)。
然而，在顯示可視化表面的現(xiàn)有NBS顯示器上觀察到，當(dāng)TMS 線圈裝置沿對象的頭皮逐漸移動(dòng)時(shí)，可視化表面上的電場表示變得不 規(guī)則并且不完全對應(yīng)于TMS線圈沿頭皮的移動(dòng)，其中，在現(xiàn)有NBS顯示器上顯示的可視化表面相對于TMS線圈裝置和由TMS線圈裝置感生的電場明顯具有隆起、凹陷或不規(guī)則性。例如，如果刺激目標(biāo)點(diǎn)位于可碎見化表面的表面凹陷的底部，顯示在可^L化表面上的目標(biāo)點(diǎn)處的電場強(qiáng)度明顯小于目標(biāo)點(diǎn)周圍的點(diǎn)，即使目標(biāo)點(diǎn)處的實(shí)際電場強(qiáng)度可與周圍的點(diǎn)的電場強(qiáng)度相同或近似。本領(lǐng)域公知的是，由TMS線圈裝置感生的電場隨著與TMS線圈裝置內(nèi)的線圈繞組的距離而快速減弱，例如，在距線圈繞組2mm處的電場可減弱甚至約5-20%。因此，如果可視化表面與頭皮的形狀非常接近，最大電場將很可能不顯示為位于可視化表面中構(gòu)成刺激目標(biāo)點(diǎn)的凹陷處，而是顯示為可視化表面上位于目標(biāo)點(diǎn)附近且位于凹陷處邊緣的點(diǎn)處。因此，當(dāng)可浮見化表面包括對應(yīng)于目標(biāo)點(diǎn)的凹陷時(shí)，將難以(如果不是不可能的話)定位TMS線圈裝置以使電場位于可視化表面上的目標(biāo)點(diǎn)處?？蛇x地，如果可視化表面與大腦形狀不是非常接近，目標(biāo)點(diǎn)附近的區(qū)域則很可能將不會(huì)一皮正確定向，從而難以實(shí)現(xiàn)利用NBS將TMS線圈裝置相對于頭部精確定位以在目標(biāo)點(diǎn)感生最強(qiáng)電場的目標(biāo)。
因此，需要生成表示選定深度的大腦部分的可視化表面，以顯示由TMS線圈裝置在大腦感生的電場作為NBS的一部分，該可^L化表面精確表現(xiàn)選定深度處的大腦并避免在可視化表面出現(xiàn)對電場的錯(cuò)誤表示。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，表示選定深度處的對象大腦部分的可視化表面是通過將從表示對象頭部的解剖構(gòu)造的圖像數(shù)據(jù)得到的對象頭部表面的實(shí)際表示與頭部表面的理想表示相結(jié)合而生成的，其中該結(jié)合消除了或者基本減少了可視化表面的任何突起、凹陷或其它不規(guī)則，并提供了由用于刺激對象大腦的TMS線圈裝置在對應(yīng)于可視化表面的大腦部分感生的電場的實(shí)際表示。大腦表面的實(shí)際表示和理想表示中的每一個(gè)的貢獻(xiàn)均是可視化表面深度的函數(shù)，并且通過這種結(jié)合生成的可視化表面的大小與可視化表面的深度是成比例的。
在一個(gè)實(shí)施方式中，通過這種結(jié)合生成的可視化表面基本為凸面。
13在另一個(gè)實(shí)施方式中，頭部表面的理想表示是頭皮的凸起區(qū)域的函數(shù)，并且頭皮中沒有或基本沒有任何突起、凹陷或其它不規(guī)則(已經(jīng)將其移除或者基本減少)。在又一個(gè)實(shí)施方式中，頭部表面的理想表示是橢球面。
在又一個(gè)實(shí)施方式中，將通過結(jié)合生成的可視化表面與頭部表面的實(shí)際表示進(jìn)行比較，并且，如果前者與后者的差超出了預(yù)定門限，那么通過調(diào)整實(shí)際表示與理想表示對結(jié)合的貢獻(xiàn)(即，差的函數(shù))來生成新的可視化表面。在一個(gè)實(shí)施方式中，該差是定義了頭部表面的實(shí)際表示與可#見化表面的多個(gè)對應(yīng)點(diǎn)之間的距離的平均值。


根據(jù)結(jié)合附圖對當(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1A是對象的示例性頭部表面部分的截面圖，其包括對應(yīng)于頭部表面的實(shí)際表示和理想表示以及由位于頭部表面上方的TMS線圈裝置感生的電場的輪廓的可視化表面；
圖1B是圖1A所示的頭部表面的一部分的放大圖2A是圖1A的對象頭部的截面圖，其包括對應(yīng)于頭部表面的實(shí)際表示的可視化表面；
圖2B是圖1A的對象頭部的截面圖，其包括對應(yīng)于頭部表面的理想表示的可視化表面；
的流程圖4A是對象頭部的示例性表面網(wǎng)格表示；
圖4B是根據(jù)本發(fā)明的圖4A的頭部的示例性頭皮網(wǎng)格表示；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性頭部的三維表示的透視圖，在該圖上
覆蓋了大腦的可視化表面，并示出了可視化表面上由TMS線圈裝置感
生的電場。
具體實(shí)施方式
在NBS中，使用先前收集的表示對象頭部的解剖學(xué)構(gòu)造的MRI圖像數(shù)據(jù)生成表示頭部的三維("3D")圖像和表示頭皮或頭部表面下方選定深度處的大腦部分的可視化表面。NBS顯示器通常顯示重疊在頭部的3D圖像上的可視化表面、用于刺激腦部上的目標(biāo)點(diǎn)的TMS線圈裝置相對于頭部表面和可視化表面的位置、以及圍繞可視化表面上的目標(biāo)點(diǎn)的大腦區(qū)域中感生的電場。
在現(xiàn)有NBS中，生成的可視化表面的構(gòu)造基本對應(yīng)于對象的頭部表面的實(shí)際構(gòu)造。圖1A示出了典型的頭部10、頭部10的頭皮14下方的腦部的可視化表面12 (其根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)生成)、與表面12相同深度處頭部10的大腦部分的基本理想化的可視化表面32、位于頭皮14上方的TMS線圏裝置16以及表示頭皮14下方各深度處由TMS線圈裝置16感生的電場的等面的輪廓18的截面圖。為了便于解釋，圖1A中示出的裝置16略微位于頭皮14的上方，盡管裝置16實(shí)際上通常直接位于頭皮14上。參照圖1A,可視化表面12包括隆起、突起和不規(guī)則13，其基本對應(yīng)于頭皮14中存在的表面形狀，即，隆起、突起和不規(guī)則15。圖2A為頭部的視圖，其僅示出了可視化表面12。參照圖2A,可視化表面12包括當(dāng)TMS線圈裝置16沿頭皮14移動(dòng)時(shí)將顯示在可視化表面上的、表示可視化表面12所處深度處大腦中感生的最強(qiáng)電場的點(diǎn)11。在現(xiàn)有技術(shù)中，可^見化表面12通常不包括對應(yīng)于頭皮14上; 1蓋的凹陷15的、可-見化表面12中的任何凹陷13中的點(diǎn)11。
圖1B是圖1A的一部分的放大浮見圖，其中頭皮14包括凹陷15A。參照圖1A和圖1B,由TMS線圈裝置16感生的電場在可視化表面(例如可視化表面12)與具有最大電場值的輪廓18相交的點(diǎn)處具有最大值。在圖1A和圖1B示出的TMS線圈裝置16的示例性實(shí)施方式中，TMS線圈裝置16的目標(biāo)方向或聚焦方向?qū)?yīng)于乂人TMS線圈裝置16正交地延伸的線AA。線AA延伸經(jīng)過凹陷15A中的點(diǎn)A和可^L化表面12上的凹陷13A中的點(diǎn)E,點(diǎn)A位于輪廓18C上并距離TMS裝置16的距離為Ll，點(diǎn)E位于輪廓18E上并距離TMS裝置16的距離為L2。此外，僅出于示例性的目的，頭皮14被視為具有與大腦類似的傳導(dǎo)性，以使當(dāng)TMS線圏裝置16位于圖示位置時(shí)，頭皮14內(nèi)感生的
15最強(qiáng)電場位于凹陷15A中的點(diǎn)A處。在現(xiàn)有的NBS顯示器上，由TMS線圈16感生的最強(qiáng)電場將表示為可視化表面12上的點(diǎn)D1和D2，其中，TMS線圈16的位置適于刺激處于可視化表面12中的凹陷13A中點(diǎn)E處的目標(biāo)點(diǎn)。點(diǎn)Dl和D2對應(yīng)于4侖廓18D上與線AA分離并接近于凹陷13A的點(diǎn)。盡管可—見化表面12的凹陷13A內(nèi)的點(diǎn)E是刺激目標(biāo)，但是，由于凹陷13A的形狀，可視化表面12上表示的最強(qiáng)電場不會(huì)位于凹陷13A內(nèi)的點(diǎn)E。同樣，如果刺激目標(biāo)點(diǎn)位于點(diǎn)E的下方，可^/f匕表面12則將位于大腦內(nèi)更深的深度，v(人而點(diǎn)E的實(shí)際目標(biāo)點(diǎn)不再位于可視化表面12上。此外，如果刺激目標(biāo)點(diǎn)位于點(diǎn)E的上方，例如位于理想化表面32上，點(diǎn)E的實(shí)際目標(biāo)點(diǎn)則也將位于理想化表面32上，這樣，基于理想化表面32上表示的最大電場，TMS線圈裝置16同樣不能位于刺激實(shí)際處于點(diǎn)E的目標(biāo)點(diǎn)的位置。因此，由于凹陷13A的形狀，通過利用現(xiàn)有技術(shù)表示特定深度處的大腦表面，TMS線圈裝置16不能定位于指向點(diǎn)E下方、上方或點(diǎn)E處的目標(biāo)點(diǎn)。眾所周知，在NBS中，期望識(shí)別并得知TMS線圈裝置相對于頭皮的位置，該TMS線圈裝置在特定深度的大腦部分的目標(biāo)點(diǎn)感生最強(qiáng)電場。參照圖1A和1B所示的示例性的頭部10,當(dāng)對應(yīng)于由可—見化表面12表示的深度處的大腦部分上的目標(biāo)位置與頭部10的頭皮14上的點(diǎn)A對準(zhǔn)時(shí)，可視化表面12中的凹陷13A生成最大電場的表示，如可^L化表面12中的點(diǎn)Dl和點(diǎn)D2所示。因此，因?yàn)樽畲箅妶鲈邳c(diǎn)Dl和D2處被示出，因此不能確定將在選定深度處的大腦部分的目標(biāo)位置E處感生最大電場的TMS線圈裝置16相對于頭皮14的位置。此外，如果沿著頭皮14的表面在箭頭R或L的方向上稍^f敖移動(dòng)TMS線圈裝置16，那么可視化表面12上示出的最大電場將可能仍然在D1和D2處或其附近、^f又在Dl處或其附近，或者僅在D2處或其附近。因此，由于大腦部分上的目標(biāo)位置是與頭皮14中的凹陷15A對準(zhǔn)的，因而TMS線圈裝置16相對于頭皮14的位置不能被精確地確定，以用于刺激對應(yīng)于頭皮14的點(diǎn)A的正下方的大腦部分的目標(biāo)位置。因此，不能確定和存儲(chǔ)TMS線圏裝置16的位置以對與頭皮14上的點(diǎn)A對準(zhǔn)的大腦上的目標(biāo)位置提供重復(fù)的、精確的、最大的刺激。理想地，希望通過使用光滑的或基本為凸的曲線表示頭皮下方的選定深度處的、對象的大腦部分，因?yàn)檫@樣可精確地識(shí)別在大腦的目標(biāo)位置處生成最大電場的TMS線圈裝置相對于對象頭部的位置。參照
圖1A和圖1B,如果使用理想的可視化表面32表示選定深度處的大腦部分，那么與頭皮14上的點(diǎn)A對準(zhǔn)的TMS線圈裝置16的最大電場將僅表示在可-見化表面32的點(diǎn)D處，點(diǎn)D是線AA與輪廓18D的交叉點(diǎn)并且與TMS線圈裝置16之間的距離為L3。進(jìn)一步參照圖2B，圖2B僅示出可視化表面32的頭部10的示意圖，光滑的凸面32使得當(dāng)TMS線圈裝置16沿著頭皮14(例如，在箭頭R或L的方向上)逐漸移動(dòng)時(shí)，表示由TMS線圈裝置16在表面32上感生的最大電場的點(diǎn)17也基本相應(yīng)地沿著表面32。然而，可視化表面還必須非常接近大腦的形狀以 <吏鄰近目標(biāo)位置的區(qū)域正確定向，/人而4青確識(shí)別在目標(biāo)位置處生成最大電場的、TMS線圈裝置相對于頭部的位置。
根據(jù)本發(fā)明，生成表示選定深度處的對象大腦部分的可視化表面以使當(dāng)TMS線圈裝置在對象頭皮上被逐漸移動(dòng)時(shí)，在示出TMS線圏裝置相對于可視化表面和對象頭部的解剖學(xué)位置的NBS顯示器上，由TMS線圈裝置在選定深度的大腦部分上的目標(biāo)位置處感生的最大電場在可一見化表面上的表示相應(yīng)地沿著可^L化表面移動(dòng)。因此，可識(shí)別在選定深度的大腦部分上的目標(biāo)位置處感生的最大電場的TMS裝置相對于目標(biāo)的頭部的位置，以由TMS線圈裝置提供對目標(biāo)位置的重復(fù)、精確的刺激。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于生成腦部的多個(gè)深度的基本凸形的可視化表面的示例性過程50，其可精確識(shí)別在選定深度的大腦上的目標(biāo)位置處感生最大電場的TMS線圈裝置相對于對象的頭部的位置。將理解到，過程50中示出的數(shù)據(jù)處理步驟可由處理器容易地執(zhí)行，該處理器具有足夠高的處理能力以實(shí)時(shí)地或基本實(shí)時(shí)地在顯示器上提供輸出數(shù)據(jù)，該處理器包含存儲(chǔ)器并耦合于如監(jiān)控器的顯示器以及如鼠標(biāo)和鍵盤等數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。例如，處理器可為被編程以與TMS線圈裝置結(jié)合執(zhí)行TMS的微處理器，如轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人并通過引用并入本文的第6，849，040號(hào)美國專利。為了突出本發(fā)明的性質(zhì)，結(jié)合上文所
17述的示例性頭部IO說明過程50。還將理解到，盡管示例性的過程50
中的各個(gè)步驟的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理可能是本領(lǐng)域眾所周知的或慣用的，
但是，示例性的過程50的步驟的組合是有創(chuàng)造性的，并且生成的可視化表面具有創(chuàng)造性且優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的可視化表面，例如在NBS中的使用方面。
參照圖3，在步驟52中，利用本領(lǐng)域公知的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將先前采集的表示頭部10的解剖構(gòu)造的2D MRI圖像數(shù)據(jù)組合并分段，以生成由多個(gè)三維像素定義的頭部的體積圖像。同樣，利用公知技術(shù)識(shí)別限定頭部表面或頭部10的頭皮14的三維像素的坐標(biāo)，然后將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
然后，在步驟54中，利用本領(lǐng)域公知的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，生成表示頭部10的表面的多面體表面網(wǎng)格100,如圖4A所示，其中表面網(wǎng)格100由多個(gè)多邊形102定義。典型的多邊形是長約1至2毫米、寬約1至2毫米的三角形。參照圖4A，各多邊形102的尺寸正比于三維像素的尺寸，以使表面網(wǎng)格IOO具有基本與MRI圖像數(shù)據(jù)相同等級的細(xì)節(jié)(分辨率)。為了便于參考，下文中將表面網(wǎng)格100稱作頭部表面14的實(shí)際表示或者Wep-J"i/a/。
在步驟56中，利用本領(lǐng)域公知的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，生成包含或包圍表面網(wǎng)格100的最小凸面網(wǎng)格或凸包。此外，仍然利用本領(lǐng)域公知的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，生成包含表面網(wǎng)格100且定義了一組坐標(biāo)的邊界框，其中頭部IO處于該邊界框中。
在步驟58中，仍然利用本領(lǐng)域公知的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，識(shí)別定義了頭部IO的下部(如耳朵下方的部分)的多邊形，然后生成將多邊形移除后的新的凸面網(wǎng)格。此外，仍然利用本領(lǐng)域公知的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，識(shí)別新的凸面網(wǎng)格中的、面積超出預(yù)定面積的多邊形("大多邊形")和與大多邊形共享頂點(diǎn)的多邊形("鄰近多邊形")，然后通過移除大多邊形和鄰近多邊形，由新的凸面網(wǎng)格生成合成的凸面網(wǎng)格。合成的凸面網(wǎng)4各則是頭皮網(wǎng)4各110，如圖4B所示。
對于典型的頭部，將鄰近多邊形從凸面網(wǎng)格移除(在步驟58中執(zhí)和4B，由于凸面網(wǎng)才各的幾^f可性質(zhì)和表面
網(wǎng)格100中的多邊形102的相對小的尺寸，凸面網(wǎng)格的大多邊形對應(yīng) 于表面網(wǎng)格100中的凹陷，例如，耳朵與頭骨之間的凹陷區(qū)域。參照 圖4B,凸面網(wǎng)格包括形成移除了突起和孔后的頭部10的顱蓋形狀的 多邊形102，其中少數(shù)多邊形102A位于頭部IO具有隆起的區(qū)域，多 數(shù)多邊形102B密集地位于頭部10的其它區(qū)域。仍然參照圖4A，可 看到，頭部IO的左耳103上方的凸起子區(qū)域生成了很多多邊形102, 它們用于使如橢圓形等頭部表面的理想表示適合于對象的頭部表面的 實(shí)際表示(這將在下面的步驟60中詳細(xì)地討論)，并且，頭部10的左 太陽穴105上的不規(guī)則的子區(qū)域108只生成了少量多邊形。
再次參照圖3，在步驟60中，識(shí)別并存儲(chǔ)頭皮網(wǎng)格110中所有剩 余多邊形的頂點(diǎn)。根據(jù)剩余多邊形的頂點(diǎn)，利用公知的技術(shù)，計(jì)算頭 部的大腦的質(zhì)心]Lt的估計(jì)值。然后，通過使用最小二乘法，形成位于 質(zhì)心周圍并適合于頭皮網(wǎng)格110的^是取頂點(diǎn)的理想的凸起形狀，例如， 橢球面。理想的凸起形狀適合于頭皮14的凸起區(qū)域，并且頭皮14中 的凹陷基本被忽略。在一個(gè)實(shí)施方式中，橢球面是足夠理想的凸起形 狀，這是因?yàn)?，如果TMS線圈裝置位于具有傳導(dǎo)特征(如大腦中已有 的)的橢球面形主體的外表面上或其附近，并沿著橢球面主體的外表 面逐漸地移動(dòng)，那么沿著橢球面的外表面感生的電場將相應(yīng)地隨著 TMS線圈裝置的移動(dòng)而改變。為了便于參考，步驟60中生成的頭部 表面的理想凸起形狀表示在下面被稱作i ep-Wea/。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟60中，利用本領(lǐng)域公知的技術(shù)，生 成了頭部10的最頂部的邊界框或頭部10的顱蓋。根據(jù)邊界框的內(nèi)容， 計(jì)算大腦的質(zhì)心的估計(jì)值。然后，生成質(zhì)心為并適合于步驟58 中所生成的頭皮網(wǎng)格110的頂點(diǎn)的橢球面。如上所述，頭皮網(wǎng)格110 的頂點(diǎn)密度在顱蓋上與由表面網(wǎng)格100表示的實(shí)際頭部表面的最凸起 區(qū)域相對應(yīng)的區(qū)域的頂部最大。因此，表面網(wǎng)才各100的基本凸起的區(qū) 域?qū)E球面的形狀具有最大的影響。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過使用 使最小均方誤差最小化的公知技術(shù)(例如取偽逆)，使橢球面適應(yīng)于頭 部表面的頂點(diǎn)。
19在步驟62中，將i ep""w/和i 印-A/ea/結(jié)合，以生成合成的可 視化表面^DJ,如下所示
<formula>formula see original document page 20</formula>其中，Wactw和WKied是加權(quán)因子，"是頭皮14與頭部10的大腦部分 上的刺激目標(biāo)位置之間的距離("合成的可視化表面的深度"或"去皮深 度，，)。因此，合成的可視化表面是表面網(wǎng)格100的加權(quán)平均，也就是 實(shí)際頭部表面的表示和由頭皮網(wǎng)格110生成的頭部表面的理想凸起形 狀表示。
根據(jù)本發(fā)明，通過平衡如下目標(biāo)，式(1 )用于生成具有有利于在
NBS中使用的構(gòu)造的、特定深度處的大腦的可視化表面。
1. 由可視化表面表示的大腦部分的形狀在解剖學(xué)上應(yīng)該是合理 的。因?yàn)榇竽X的體積分割不是按照常規(guī)執(zhí)行的，因此解剖學(xué)上的合理 性是大腦的形狀與頭皮或頭部表面的形狀的相似程度的函數(shù)。
2. 由可視化表面表示的大腦部分的形狀應(yīng)該足夠光滑或凸起，以
的實(shí)際狀態(tài)。第二個(gè)目標(biāo)與第一個(gè)目標(biāo)是明顯矛盾的，這是因?yàn)?，?果大腦是完美的球體，那么可視化表面上的電場的實(shí)際表示就應(yīng)該是 理想的。
因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的目標(biāo)1和目標(biāo)2是矛盾的，因此式(l)中的權(quán) Wactual和Wideal 是D的函數(shù)。為了增加D,目標(biāo)1的影響減小，從而
J"腿/的權(quán)減小，這就導(dǎo)致i 印-Wea/的權(quán)增加。因?yàn)樵诖竽X中的 更深處將不會(huì)出現(xiàn)可視的大腦的任何表面，因此，對于更深的去皮深 度，在式(1 )中應(yīng)用這種加權(quán)使得合成的可視化表面的構(gòu)造中的誤差 最小化或沒有誤差。因此，在大腦中的更深處突起的微型皮層不起任 何作用。與此相反，當(dāng)去皮深度接近O時(shí)，根據(jù)目標(biāo)l, i 印-/dea/的 4又是一樣的，并且合成的可一見化表面4妻近7 印-J"wa/的構(gòu)造。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，權(quán) Actual和^ideal是 由去皮深度的線性函數(shù) 確定的，并且執(zhí)行附加的約束條件以防止權(quán)小于0或大于1 ，以使wactual +wldeal= 1。在另一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)與另一個(gè)對象的頭部的頭部表 面的理想凸起形狀表示有關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，生成i 印-似ea/并對其適當(dāng)?shù)?br> 20修改。
再次參照圖3，在步驟62之后，在步驟64中，根據(jù)去皮深度D
成比例地調(diào)整pyd入
在步驟62和64的優(yōu)選的實(shí)施方式中，用戶選擇去皮深度D和軸 向深度AD 。軸向深度A D確定了除了生成頭皮網(wǎng)格110的部分之外的 頭部部分，例如頜和頸。如上所述，去皮深度確定生成的可;^見化表面 的參數(shù)化形狀(步驟62 )和縮放比例(步驟64 ),以表示深度D處的 大腦部分。軸向深度身見定了軸向范圍[O, AD]，在該范圍內(nèi)，頭部表 面14是透明的以在NBS顯示器上顯示可^L化表面。在一個(gè)實(shí)施方式 中，去皮深度表示百分比p是從0%到50%,軸向深度AD在約0mm 至250mm之間。例如，如果p = 20%且AD = 50 mm，那么，生成的 大腦^t型的體積約為頭部的實(shí)際體積的80%，并且頭部表面14^Mv頭部 10的頂部向下50mm處開始為透明的。因此，如果將去皮深度D選4奪
為使P接近最大值50。/。，那么，參照式(l), Wacu^接近0并且wldeal
接近l。在一個(gè)實(shí)施方式中，p的比例為如果頭部模型表示成年男性 的頭部，p則約等于毫米數(shù)。例如，在頭部的頂部上，p等于20。/。相當(dāng) 于從大腦到頭皮14上的最近表面點(diǎn)測得的距離約20mm。
在步驟62的示例性的實(shí)施方式中，當(dāng)去皮深度p介于最小值與最
大值之間時(shí)，權(quán)Wacn^和W,^由線性模型確定，其中
wactual= &*標(biāo)度+ f, ( 2 )
其中標(biāo)度=1-p,換句話說，當(dāng)去皮深度p等于O.l (10%)時(shí)，標(biāo)度 等于0.9(90%),以使可視化表面的尺寸需要減小為原始頭皮尺寸的
90%。當(dāng)Wactua| +Wideai = 1時(shí)，
Wideal = 1 _ fo承標(biāo)度- fl ( 3 )
如果pmm和pmax對應(yīng)于最小去皮深度和最大去皮深度，例如，0%和 50%,那么通過按照如下方式重寫式(1 )的約束條件可容易地確定參 數(shù)f。和f。
f0* ( 1-P隱)+f=1 (4)，和
f0* ( 1-P隨)+f,=0 (5)
通過替代P薩和Pmax的值，式(4)和式(5)可容易地求解以得到f0=2和&=-1。然后，可利用fo和f!的已知值，使用用戶選擇的p值計(jì) 算標(biāo)度、Wactual— Wldeal。
在計(jì)算了 ^actual和Wideal之后,通過將i ^p-JCl/"/和We/ -7cfe"/表示 的形狀均表示為點(diǎn)的有限集或方程，根據(jù)式(1 )利用權(quán) Wactual和Wjdeal
將由i ep"c^a/和i ep-Wefl/表示的形狀相結(jié)合。在優(yōu)選的實(shí)施方式中， 當(dāng)?shù)刃У姆匠套兊锰珡?fù)雜時(shí)，上述形狀的表示是點(diǎn)的有限集。例如， 很難通過使用方程精確地表示耳朵的形狀。
在示例性的實(shí)施方式中，i e/ -由一組點(diǎn)表示，而橢5求面的 i 印-A/ea/由方程表示。此外，根據(jù)式(1)的結(jié)合合成的可視化表面 由一組點(diǎn)表示，其中點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于表面網(wǎng)格100上的點(diǎn)的個(gè)數(shù)。這組 點(diǎn)對應(yīng)于向量Vt，其中每個(gè)向量均包含頭皮點(diǎn)i的坐標(biāo)，坐標(biāo)系的原 點(diǎn)是計(jì)算出的橢球面i 卬-7^a/的質(zhì)心g。如果I,是與/x和V,均相交的 線，Ii則與橢球面相交于兩個(gè)點(diǎn)。進(jìn)一步地，如果e,是最接近V,的交 點(diǎn)，那么ei對應(yīng)于Vi，在這個(gè)意義上講，ei是Vi在橢球面i 印-似ea/ 上的投影。因此，這些形狀的結(jié)合是通過對應(yīng)點(diǎn)(也就是頭皮點(diǎn)及其 投影)的結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)(V,， e》對，計(jì)算用于對腦部表面建模 的新的點(diǎn)b,。對應(yīng)點(diǎn)如下計(jì)算
bi =wactual*Vi + wldeai*ei ( 6 )
對于每個(gè)i，重復(fù)式(6)的計(jì)算以獲得對應(yīng)于腦部部分的模型(也就 是去皮深度D處的可視化表面)的一組點(diǎn)。因?yàn)辄c(diǎn)e,位于頭皮的理想 表示的橢球面表面上，因此，在數(shù)據(jù)處理階段，腦部模型與腦部的頭 皮網(wǎng)格模型具有近似相同的尺寸。然后，根據(jù)步驟64，對每個(gè)點(diǎn) 進(jìn)行縮放，也就是根據(jù)去皮深度移動(dòng)到更接近/x。因?yàn)樵c(diǎn)在/x處， 因此每個(gè)點(diǎn)bi均為b,標(biāo)度。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，i 印-A/ea/是由多個(gè)理想凸起形狀i 印-Wea/n 形成的，每個(gè)7&a/均形成于由頭皮網(wǎng)^f各確定并適合于頭皮網(wǎng)才各的 凸起區(qū)域的腦部質(zhì)心/x的附近。使用多個(gè)形狀(優(yōu)選地，復(fù)雜形狀) 形成i 印-/&"/對于NBS是有利并期望的，其中TMS處理的目標(biāo)是刺 激遠(yuǎn)離皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)的腦部區(qū)域。在這種實(shí)施方式中，頭部表面的多個(gè) 理想表示(例如，兩個(gè)橢球面)形成丑印-/^"/，以使存在M個(gè)投影/ ra乂和三個(gè)權(quán)W2禾口 w3 ，， 其中
6,. = K1")(K)*W/ (7),且
5^,,=1 (8)
"產(chǎn)i .'
權(quán)W,等于Wactual,巧是第一橢球面W，deall的權(quán)，W3是第二橢球面
Wideai2的》又。才殳影尸rq/'i是pra力(Vi) = Vj ，而才殳影和/)ro力是頭皮點(diǎn) 在兩個(gè)橢球面上的簡單沖殳影，其中； ra力(Vi)^e,。根據(jù)^將^2和^3 如下設(shè)置為0。當(dāng)V,接近腦部的皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)時(shí)，將W3設(shè)置為0。根據(jù) 歸一化，w2=wldea ，以使b,是完全相同的，就好像只用一個(gè)橢球面形 成i ep-^/ea/—樣。與此相反，當(dāng)V,遠(yuǎn)離皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)時(shí)，將v^i殳置為 0，并且w3= wideall，以根據(jù)第二橢球面計(jì)算b,。
再次參照圖3，在步驟64之后的步驟66中，根據(jù)TMS線圈裝置 16相對于頭皮14的位置，計(jì)算用戶選擇的去皮深度處的可視化表面 V(D)上感生的電場。然后，包含由TMS線圏裝置感生的電場且被可 視化表面覆蓋的腦部解剖的三維圖像顯示在如與執(zhí)行NBS相關(guān)聯(lián)的 監(jiān)控器上，如圖5所示。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，目標(biāo)位置處的最大電 場以及目標(biāo)位置附近的區(qū)域中的電場顯示在可視化表面上。參照圖5, 示出的電場120覆蓋于頭部IO的大腦解剖122的圖像上。在顯示器上 的優(yōu)選執(zhí)行中，彩色的電場120覆蓋在用灰階表示的解剖122上，因 此允許用戶容易地將兩種類型的信息區(qū)分。白色柱面126下方的深色 斑點(diǎn)124表示電場的大值，其優(yōu)選地用深紅色表示，而電場120圓周 的邊緣130附近的深色區(qū)域125表示電場的最小值，其優(yōu)選地用深藍(lán) 色表示。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，使用頭骨的內(nèi)表面而不是頭皮的內(nèi) 表面來生成i e/ -J"wa/,例如，當(dāng)頭部的外部形狀不足夠并青確地符合 顱腔的形狀時(shí)。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，W印""w/是根據(jù)大腦或皮層的實(shí)際形狀 生成的，如由MRI圖像的分段確定的。通過使用這種7 印-J"wa/,由 式(1 )生成的可視化表面可具有增加的解剖保真度，同時(shí)還展示表示 可視化表面上感生的電場的不規(guī)則性。
在又一個(gè)實(shí)施方式中，用戶可選4奪多個(gè)附加的約束條件中的一個(gè)應(yīng)用于式(l)以生成可視化表面。這些約束條件例如對應(yīng)于并且基于 實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果是通過生成具有與對象頭部的構(gòu)造相似的頭 部表面構(gòu)造的其它頭部的可視化表面得到的；這些約束條件還被選擇面。
在又一個(gè)實(shí)施方式中，i 印-We"/是根據(jù)TMS線圈裝置的當(dāng)前位 置利用 一個(gè)或多個(gè)選擇的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)和約束條件得到的。該優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)和 約束條件可包括，例如，僅在事先已知的接近刺激目標(biāo)位置的局部區(qū) 域處生成可視化表面。例如，在表示頭部的MRI圖像數(shù)據(jù)中，如果表 示大腦的右半球的數(shù)據(jù)不完整而表示大腦的左半球的數(shù)據(jù)是完全且完 整的，并且進(jìn)一步地，如果感興趣的預(yù)定刺激目標(biāo)位置位于左半球， 那么，僅使用接近預(yù)定位置的表面網(wǎng)格100部分與期望深度的曲面相 配合。在曲面的配合中，將遠(yuǎn)離刺激位置的表面網(wǎng)格100部分忽略。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，用于執(zhí)行NBS并能生成符合本發(fā)明的可視 化表面的微控制器使用表示TMS線圈裝置相對于頭部的位置和在可 視化表面上感生的電場的信息，以自動(dòng)控制或向用戶提供控制信息以 控制TMS線圈裝置相對于頭部的位置或方向，以使TMS在沿著頭部 表面移動(dòng)時(shí)，在可視化表面上感生的電場保持為常數(shù)。幅度恒定的電 場例如可由用戶定義。電場的這種受控應(yīng)用具有特殊的用途，例如， 當(dāng)最大電場的幅度取決于TMS線圈裝置相對于頭皮的位置或方向，以 及期望以統(tǒng)一的方式用TMS線圈裝置刺激皮層的目標(biāo)區(qū)域時(shí)。
在又一個(gè)實(shí)施方式中，再次參照圖3，在步驟64之后，將可視化 表面的坐標(biāo)與i 印""wa/的相應(yīng)的坐標(biāo)進(jìn)行比較，以判斷可視化表面 的形狀與i e; -J"wa/的形狀之間的差是否在預(yù)定的門限內(nèi)。如果是，
那么執(zhí)行步驟66。如果否，那么對Waetuapl Wd^指定或計(jì)算新的值，
優(yōu)選地該值為該差的函數(shù)，并且再次執(zhí)行步驟62以生成可視化表面。 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該差是i 印"c^fl/與可^L化表面的多個(gè)相應(yīng)的 坐標(biāo)之間的平均距離。
在又一個(gè)實(shí)施方式中，如果頭部的頭部表面的理想表示被確定為 不適合對象頭部，那么可將其它形狀的理想表示(例如，其它形狀的橢球面)用作i e/ -We"/。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式已經(jīng)被描述和闡明，但是對于本領(lǐng)域 的相關(guān)技術(shù)人員將顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的原理的情況下可 做出的各種變形。
權(quán)利要求
1.一種用于在經(jīng)顱磁刺激(“TMS”)中生成大腦部分的表示的方法，其包括生成頭部的頭部表面的實(shí)際表示；生成所述頭部表面的理想表示；將所述實(shí)際表示與所述理想表示結(jié)合以形成可視化表面，其中所述可視化表面表示所述頭部表面下方的深度處的、所述頭部內(nèi)的大腦部分；以及顯示所述可視化表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括根據(jù)所述可視化表面，計(jì)算由TMS感生線圈裝置在所述深度處的所述大腦部分感生的電場("E-field，，)；以及在所述可視化表面上顯示所述感生的電場。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括顯示所述TMS線圈裝置相對于所述可視化表面的位置，對應(yīng)于所述頭部表面的實(shí)際表示的所述頭部表面的表示以及所述頭部的體積表示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括提供表示所述TMS線圈裝置相對于所述頭部表面的所述位置的、用于由所述TMS線圈裝置刺激的所述可視化表面上的目標(biāo)位置的信自
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在執(zhí)行以下步驟之后提供或自動(dòng)存儲(chǔ)所述TMS線圏裝置的所述位置識(shí)別所述可視化表面上的單個(gè)最大電場用于所述目標(biāo)位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述感生的電場的最大值和最小值顯示在所述可視化表面上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)合進(jìn)一步包括用第一權(quán)與第二權(quán)分別對所述實(shí)際表示和所述理想表示進(jìn)行加權(quán)，其中所述第一權(quán)和所述第二權(quán)是所述深度的函數(shù)；將分別由所述第一權(quán)和所述第二權(quán)加權(quán)的所述實(shí)際表示和所述理想表示結(jié)合，以生成未縮放的可視化表面；以及根據(jù)所述深度對所述未縮放的可視化表面進(jìn)行縮放，以生成所述可一見4t表面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一權(quán)和所述第二權(quán)由所述深度的線性函數(shù)確定，其中所述第一權(quán)和所述第二權(quán)之和等于1,并且所述第一權(quán)和所述第二權(quán)中均不小于0且不大于1。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一權(quán)隨著所述深度的增加而減小，并且所述第二權(quán)隨著所述深度的減小而減小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述理想表示是橢球面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可視化表面基本為凸面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述實(shí)際表示是由多個(gè)多邊形定義并根據(jù)所述頭部的體積圖像生成的多邊形表面網(wǎng)格，所述方法進(jìn)一步包括生成包含所述表面網(wǎng)格的最小凸面網(wǎng)格；出預(yù)定面積的多邊形("大多邊形")以及與大多邊形共享頂點(diǎn)的多邊形，以生成頭皮網(wǎng)才各；以及根據(jù)所述頭皮網(wǎng)格生成所述理想表示。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中根據(jù)所述頭皮網(wǎng)格生成所述理想表示的步驟進(jìn)一步包括根據(jù)所述頭皮網(wǎng)格中的所有多邊形的頂點(diǎn)計(jì)算所述大腦的質(zhì)心，其中所述理想表示形成于所述質(zhì)心周圍并適合于所述頂點(diǎn)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述理想表示是橢球面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述理想表示是根據(jù)多個(gè)理想表示形成的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述理想表示是根據(jù)n個(gè)理想表示idealizedn形成的，其中所述idealizedn表示中的每一個(gè)均具有第二權(quán)Wldeal_n，并且其中所述權(quán)Wide"是與所述大腦的預(yù)定部分相關(guān)的向量V從所述表面網(wǎng)格上的點(diǎn)投影到所述相應(yīng)的idealizedn表示上的位置的函數(shù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述實(shí)際表示是通過表示所述頭部的解剖構(gòu)造的磁共振成像數(shù)據(jù)得到的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括根據(jù)所述比較計(jì)算所述可視化表面與所述實(shí)際表示之間的差；以及如果所述差超出了預(yù)定門限，那么通過將所述實(shí)際表示與所述理想表示結(jié)合且進(jìn)行調(diào)整，生成新的可視化表面。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述調(diào)整是所述差的函數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中用于生成所述可視化表面的所述結(jié)合進(jìn)一步包括用第一權(quán)和第二加權(quán)分別對所述實(shí)際表示和所述理想表示進(jìn)4亍加權(quán)，其中所述第一權(quán)和所述第二權(quán)是所述深度的函數(shù)；調(diào)整所述第一權(quán)和所述第二權(quán)的加斥又'
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)合是至少一個(gè)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)和約束條件的函數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述約束條件是所述大腦中感興趣的區(qū)域和表示對應(yīng)于所述大腦中的感興趣的所述區(qū)域的、所述頭部的圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量的函數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括根據(jù)TMS線圈裝置相對于所述頭部表面的實(shí)際位置和對所述可視化表面上感生的電場的計(jì)算，生成用于控制所述TMS線圈裝置相對于所述頭部的位置和方向的控制信息，以使所述可視化表面上感生的電場的幅度保持不變。
24. —種用于在經(jīng)顱》茲刺激("TMS")中生成大腦部分的表示的設(shè)備，其包括處理器，用于執(zhí)行編碼在計(jì)算機(jī)可讀媒體上的處理，其中所述處理包括如下步驟生成頭部的頭部表面的實(shí)際表示；生成所述頭部表面的理想表示；將所述實(shí)際表示與所述理想表示結(jié)合以形成可視化表面，其中所述可視化表面表示所述頭部表面下方的深度處的、所述頭部內(nèi)的大腦部分；以及提供所述可視化表面的顯示。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述處理進(jìn)一步包括 根據(jù)所述可視化表面，計(jì)算由TMS感生線圈裝置在所述深度處的所述大腦部分感生的電場("E-field，，)；以及提供所述可視化表面上所述感生的電場的顯示。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述處理進(jìn)一步包括 提供下述各項(xiàng)的顯示所述TMS線圈裝置相對于所述可視化表面的位置、對應(yīng)于所述頭 部表面的所述實(shí)際表示的所述頭部表面的表示以及所述頭部的體積表 示。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述處理進(jìn)一步包括 生成表示所述TMS線圈裝置相對于所述頭部表面的所述位置的、用于由所述TMS線圈裝置刺激的所述可視化表面上的目標(biāo)位置的信 息。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中，在執(zhí)行以下步驟之后提 供或自動(dòng)存儲(chǔ)所述TMS線圈裝置的所述位置識(shí)別所述可視化表面上的單個(gè)最大電場用于所述目標(biāo)位置。
29. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述程序進(jìn)一步包括 提供在所述可視化表面上的感生的電場的最大值和最小值的顯
30. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述結(jié)合進(jìn)一步包括用第 一權(quán)和第二權(quán)分別對所述實(shí)際表示和所述理想表示進(jìn)行加 權(quán)，其中所述第一權(quán)和所述第二權(quán)是所述深度的函數(shù)；將分別由所述第 一權(quán)和所述第二權(quán)加4又的所迷實(shí)際表示和所述理 想表示結(jié)合，以生成未縮放的可視化表面；和根據(jù)所述深度對所述未縮放的可視化表面進(jìn)行縮放，以生成所述可一見化表面。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述第一權(quán)和所述第二權(quán)由所述深度的線性函數(shù)確定，其中所述第 一權(quán)和所述第二權(quán)之和等于1,并且所述第一權(quán)和所述第二權(quán)中均不小于O且不大于1。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所迷的設(shè)備，其中所述第一權(quán)隨著所述深度的增加而減小，并且所述第二權(quán)隨著所述深度的減小而減小。
33. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述理想表示是橢球面。
34. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述可視化表面基本為凸面。
35. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述實(shí)際表示是由多個(gè)多邊形定義并根據(jù)所述頭部的體積圖像生成的多邊形表面網(wǎng)格，所述處理進(jìn)一步包括生成包含所述表面網(wǎng)格的最小凸面網(wǎng)格；從所述凸面網(wǎng)格上消除對應(yīng)于所述頭部的下部的多邊形、面積超出預(yù)定面積的多邊形("大多邊形，，)以及與大多邊形共享頂點(diǎn)的多邊形，以生成頭皮網(wǎng)才各；和根據(jù)所述頭皮網(wǎng)格生成所述理想表示。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述根據(jù)所述頭皮網(wǎng)格生成所述理想表示進(jìn)一步包括根據(jù)所述頭皮網(wǎng)格中的所有多邊形的頂點(diǎn)計(jì)算所述大腦的質(zhì)心，其中所述理想表示形成于所述質(zhì)心周圍并適合于所述頂點(diǎn)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中所述理想表示是橢球面。
38.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述理想表示是由多個(gè)理想表示形成的。
39.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，所述理想表示是根據(jù)n 個(gè)理想表示idealizedn形成的，其中所述idealizedn表示中的每一個(gè)均具有第二權(quán)W|deai—n,并且其中所述權(quán)1V，dea，-n是與所述大腦的預(yù)定部分相關(guān)的向量V從所述表面網(wǎng)格上的點(diǎn)投影到所述相應(yīng)的idealizec^表 示上的位置的函數(shù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述實(shí)際表示是通過表示 所述頭部的解剖構(gòu)造的磁共振成像數(shù)據(jù)得到的。
41.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述處理進(jìn)一步包括 將所述可視化表面與所述頭部表面的所述實(shí)際表示進(jìn)行比較； 根據(jù)所述比較計(jì)算所述可視化表面與所述實(shí)際表示之間的差；以及如果所述差超出了預(yù)定門限，那么通過將所述實(shí)際表示與所述理 想表示結(jié)合且進(jìn)行調(diào)整而生成新的可視化表面。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其中所述調(diào)整是所述差的函數(shù)。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中用于生成所述可視化表面 的所述結(jié)合進(jìn)一步包括用第一權(quán)和第二權(quán)分別對所述實(shí)際表示和所述理想表示進(jìn)行加 權(quán)，其中所述第一權(quán)和所述第二權(quán)是所述深度的函數(shù)；調(diào)整所述第 一權(quán)和所述第二權(quán)的加權(quán),
44.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述結(jié)合是至少一個(gè)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)和約束條件的函數(shù)。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中所述約束條件是所述大腦 中感興趣的區(qū)域和表示對應(yīng)于所述大腦中的感興趣的區(qū)域的、所述頭 部的圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量的函數(shù)。
46. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述處理器根據(jù)TMS線 圈裝置相對于所述頭部表面的實(shí)際位置和對所述可^L化表面上感生的 電場的計(jì)算，生成用于控制所述TMS線圈裝置相對于所述頭部的位置 和方向的控制信息，以使所述可視化表面上感生的電場的幅度保持不變。
全文摘要
通過將頭部表面的實(shí)際表示與頭部表面的理想表示相結(jié)合，生成表示對象的頭部表面下方的深度處的大腦部分的可視化表面。該結(jié)合是深度的函數(shù)，并且被執(zhí)行為使對象的實(shí)際頭部表面中存在的任何不規(guī)則在可視化表面中最小化。顯示器示出覆蓋于大腦的體積圖像上的可視化表面、由位于頭部表面上方的經(jīng)顱磁刺激(“TMS”)感生線圈裝置在可視化表面的區(qū)域上感生的電場以及TMS線圈裝置。通過觀察該顯示器，TMS線圈裝置的用戶可交互式地確定TMS線圈裝置相對于頭部表面的位置，并且，對于選定深度處的大腦上的目標(biāo)位置，可確定TMS線圈設(shè)備在選定深度處的可視化表面上感生最大電場的位置。
文檔編號(hào)G06T17/40GK101517618SQ200780034028
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月13日
發(fā)明者?？āW蒂歐, 波爾圖·斯皮拉, 瑞尼·赫梅, 賈默·羅霍尼恩 申請人:奈科斯迪姆公司