(57)【要約】脳刺激用プローブ（１０、１２）に対する刺激設定を決定および適用するための方法および制御システムが提供される。脳刺激用プローブ（１０、１２）は複数の刺激用電極（１１）を含んでいる。本方法は、複数の刺激用電極（１１）から成る複合刺激用電極（１１）に対し：試験電流を加えて、それに対応した患者の応答を決定するステップ、前述の試験電流および刺激用電極（１１）の位置に基づいて作用体積（３２、５２、７１、９１）を決定するステップ、その作用体積（３２、５２、７１、９１）と解剖学的構造（３３、４３、５３）とを関連付けるため、作用体積（３２、５２、７１、９１）およびそれに対応した患者の応答を刺激誘発挙動に関する一般化された解剖学的知識と組み合わせるステップ、ならびに前述の作用体積（３２、５２、７１、９１）および上述のようにして関連付けされた解剖学的構造（３３、４３、５３）のインターセクション（４１、５１）を決定するステップ；を含む。その後、このようにして決定されたインターセクション（４１、５１）に基づいて、その脳刺激用プローブ（１０、１２）に対する最適な刺激体積およびそれに対応した刺激設定が決定される。
2013519418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するための方法であって、前記脳刺激用プローブ（１０、１２）が複数の刺激用電極（１１）を含み、当該方法が：
上記複数の刺激用電極（１１）から成る複合刺激用電極（１１）に対し：
試験電流を加えて、それに対応した患者の応答を決定するステップ；
上記試験電流と上記刺激用電極（１１）の位置とに基づいて作用体積（３２、５２、７１、９１）を決定するステップ；
上記作用体積（３２、５２、７１、９１）と解剖学的構造（３３、４３、５３）とを関連付けるため、該作用体積（３２、５２、７１、９１）および上記それに対応した患者の応答を刺激誘発挙動に関する一般化された解剖学的知識と組み合わせるステップ；ならびに
上記作用体積（３２、５２、７１、９１）および上記関連付けされた解剖学的構造（３３、４３、５３）のインターセクション（４１、５１）を決定するステップ；および
上記決定されたインターセクション（４１、５１）に基づいて、該脳刺激用プローブ（１０、１２）に対する最適な刺激体積およびそれに対応した刺激設定を決定するステップ；
を含む、脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するための方法。
【請求項２】
刺激誘発挙動に関する上記一般化された解剖学的知識が該刺激誘発挙動の３Ｄによる解剖学的位置を伴った解剖アトラスを含む、請求項１記載の脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するための方法。
【請求項３】
刺激誘発挙動に関する上記一般化された解剖学的知識が解剖学的構造と刺激誘発挙動との間の関係を含んでいるデータベースを含む、請求項１記載の脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するための方法。
【請求項４】
上記対応した患者の応答が加速度計またはＥＭＧのデータを用いて決定される、請求項１記載の脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するための方法。
【請求項５】
上記対応した患者の応答が観察者により提供される観察レポートデータを用いて決定される、請求項１記載の脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するための方法。
【請求項６】
更に、当該プローブや、該プローブ（１０、１２）が設置されている解剖学的領域および上記インターセクション（４１、５１）のグラフィック描写を示すステップを含む、請求項１記載の脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するための方法。
【請求項７】
更に、上記作用体積（３２、５２、７１、９１）および上記関連付けされた解剖学的構造（３３、４３、５３）のグラフィック描写を示すステップを含む、請求項６記載の脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するための方法。
【請求項８】
脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するためのコンピューター・プログラム・プロダクトであって、当該プログラムが請求項１記載の方法を実行すべくプロセッサー（２２）を起動させるように機能する、脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するためのコンピューター・プログラム・プロダクト。
【請求項９】
脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するための制御システム（２０）であって、前記脳刺激用プローブ（１０、１２）が複数の刺激用電極（１１）を含み、当該制御システム（２０）が：
上記刺激用電極（１１）に試験電流を加えるための手段；
上記加えられた試験電流に対応した患者の応答を取得するための手段；および
プロセッサー（２２）；
を含み、
上記プロセッサー（２２）が：
上記試験電流およびそれに対応した上記刺激用電極（１１）の位置に基づいて、作用体積（３２、５２、７１、９１）を決定すること；
上記作用体積（３２、５２、７１、９１）を解剖学的構造（３３、４３、５３）と関連付けるために、該作用体積（３２、５２、７１、９１）および上記対応した患者の応答を刺激誘発挙動に関する一般化された解剖学的知識と組み合わせること；
該作用体積（３２、５２、７１、９１）と上記関連付けられた解剖学的構造（３３、４３、５３）とのインターセクション（４１、５１）を決定すること；および
上記決定されたインターセクション（４１、５１）に基づいて、最適な刺激体積およびそれに対応した該脳刺激用プローブ（１０、１２）に対する刺激設定を決定すること；
ができるようにアレンジされている、
脳刺激用プローブ（１０、１２）に対して刺激設定を決定するための制御システム（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は脳刺激用プローブに対する刺激設定を決定するための方法に関係し、ここで、前述の脳刺激用プローブは複数の刺激用電極を含み、本方法は、複合刺激用電極に試験電流を加えるステップおよびそれに対応した患者の応答を決定するステップを含む。
【０００２】
本発明は、更に、脳刺激用プローブを制御するためのコンピューター・プログラム・プロダクトおよび制御システムにも関係する。
【背景技術】
【０００３】
脳深部刺激療法（ＤＢＳ）は、脳の特定の部分へ電気パルスを送達する医療用具の埋め込みを要件として含む外科的治療法である。上述の電気パルスは１つ以上の電極を有するプローブにより脳組織へ送給され、そのプローブは脳内に常在的（chronic）に埋め込みされる。選定された脳の領域におけるＤＢＳは、さもなければ治療に対して抵抗性を有する運動障害および情動障害、例えば慢性疼痛、パーキンソン病、振戦、ジストニアおよび強迫性障害などに対して顕著な治療的有用性をもたらしてきた。ＤＢＳによる手術を行う際、常在的なＤＢＳプローブの最終的な埋め込み位置を決定することにおける最も重要なステップは試験刺激ステップである。試験刺激ステップは、最適な治療標的の位置を突き止めることと更にはその標的を取り巻く副作用関連構造物の存在について詳しく調べることとの両方を目的として行われる。試験刺激ステップを実施する際、手術チームは、推定標的領域内および／または推定標的領域周囲の様々な位置において刺激電流を加え、それに対応した患者の応答をモニタリングすることになるが、その患者の応答は、例えば病徴の改善（低減）および（有害な）副作用の発生などであってよい。手術チームは、そこで観測された応答の内容に基づいて、刺激プロセスを制御するプローブの位置を構成する。
【０００４】
試験刺激は、しばしば、脳組織への刺激電流の送給に適した単一の巨視的電極を担持した一時的に（acute）埋め込まれたプローブを用いて加えられる。最適な位置が設定された後、その一時的なプローブは常在的なＤＢＳプローブで置き換えられる。しかしながら、試験刺激は、治療のための送給を目的として常在的に埋め込まれるＤＢＳプローブを用いて直接的に加えられてもよく、この方式は、電極の置換による位置誤差を回避することができるという利点を有している。
【０００５】
前述の外科的処置に続く回復期の後、刺激設定の最適化が開始される。技術的現状においては、例えば２ｍｍ、３ｍｍまたは４ｍｍの間隔をあけて位置する４つの電極のみを有する常在的なＤＢＳプローブが利用可能である。現在のところ、刺激設定の最適化は、本質的に、手術中に実施される試験刺激ステップ（この手順は一時的なプローブとの関わり合いにおいて上で説明されている）と非常によく似た手順に従って行われている。常在的なプローブによって担持されているそれぞれの電極に対して逐次的な順番で刺激が加えられ、神経科医もしくは看護師がそれに対応した患者の応答をモニタリングすることとなるが、その応答は、例えば病徴の改善（低減）および（有害な）副作用の発生などであってよい。そこで観測された応答の内容に基づいて、常在的なプローブの最適な電極または最適な電極の組み合わせ、ならびに刺激設定が選択される。一般的に、治療効果を得ることを可能に成す最も低い閾値および大きな治療ウィンドウ（すなわち、治療閾値との関係における有害事象に対する高い閾値）をもたらす１つまたは複数の電極が選択される。
【０００６】
好適な常在的ＤＢＳプローブは、標的領域内における種々の異なる位置において刺激をもたらす電気パルスを提供するための複数の電極を含んでいる。例えば、プローブは６４個または１２８個の電極から成る電極アレイを含んでいてよい。１個または数個（例えば４個）のみの刺激用電極を伴うシンプルなＤＢＳプローブの場合には、上で説明されている試験刺激プロセスにより、（術中に）最適な電極位置を突き止めることおよび／または（術後に）最良の刺激設定を得ることが充分に可能であり得る。医師または看護師は、１つ以上の試験パルスを与え、最適な電極位置および／または最適な刺激設定を選択すべく、それに対応した患者の身体的応答および／または行動的応答を観測し、且つ、解釈することとなる。しかしながら、複数の刺激用電極を伴ったＤＢＳプローブの場合には、この公知の試験刺激プロセスはかなり適切性が低い。
【０００７】
複数の刺激用電極は、例えばフィールドステアリング技術により、正確な刺激のポジショニングを可能にする。脳組織内で誘発される刺激フィールドおよびそれに関連する患者の応答は、選定された個々の電極に送給される刺激の特性と結果として生じるそれらの刺激間における相互作用との両方に依存性である。複数の刺激用電極を伴うＤＢＳプローブを使用する場合、代表的個数の可能なパラメーター設定および電極の組み合わせについて試験するのに要する時間は、臨床的設定におけるこの手順に対して利用可能な現実的タイムフレームをはるかに上回る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の観点において、本発明の１つの目的は、上で説明されている脳刺激用プローブに対する刺激設定の決定の仕方をもっと時間的に効率よくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、この目的は脳刺激用プローブに対する刺激設定を決定するための方法を提供することにより達成され、ここで、前述の脳刺激用プローブは複数の刺激用電極を含んでおり、本方法は、複数の刺激用電極から成る複合刺激用電極に対し：試験電流を加えて、それに対応した患者の応答を決定するステップ、前述の試験電流および刺激用電極の位置に基づいて作用体積を決定するステップ、その作用体積と解剖学的構造とを関連付けるため、作用体積およびそれに対応した患者の応答を刺激誘発挙動に関する一般化された解剖学的知識と組み合わせるステップ、ならびに前述の作用体積および関連する解剖学的構造のインターセクションを決定するステップ；を含む。本方法は、更に、このようにして決定されたインターセクションに基づいて、その脳刺激用プローブに対する最適な刺激体積およびそれに対応した刺激設定を決定するステップも含む。
【００１０】
刺激に対する患者の応答は、例えば、観測可能な行動の形態または目に見えにくい生理学的変化の形態を有していてよい。従って、応答を決定するステップは、例えば硬直性、気分または話す能力などの臨床専門家もしくは看護師による定性的な評価によるものであってもよいし、更には、例えば加速度計によるデータもしくはＥＭＧ（筋電図検査）によるデータなどの定量的な計測値に基づくものであってもよい。上述の試験電流は典型的には刺激パルスとして供給される。試験パルスは単一の電極へ与えられてもよいし、または一群の電極へ与えられてもよい。それらの試験パルスでの作用体積は幾つかのファクターに依存性であり、例えば刺激電流やその刺激用電極を取り巻く組織の解剖学的構造などに依存性である。
【００１１】
作用体積は一般化された脳組織の平均的な電気的特性を用いて算出することができる。また、作用体積は、好適にはその刺激用電極に対する位置データ、ならびに治療下にある患者の実際の生体構造物および組織の電気的特性を表すデータを用いて、そのＤＢＳプローブに対して相対的に決定される。好適には、そのプローブを取り巻く組織の現実的な電導度モデルを用いて算出されるが、実際には、その平均的導電性に対応した均質電導度モデルを用いて概算することができる。例えば、患者の生体構造物およびその生体構造物に対して相対的な刺激用電極の位置を決定するために、定位データ、ニューロナビゲーション・データ、またはＣＴ、ＭＲＩもしくは拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）データなどのイメージングデータを使用することができる。もし患者の生体構造が詳しく分かっていない場合であっても、尚も、本方法は、例えば、プローブに対して相対的な様々な領域が刺激するのに適していない「悪い」領域であるのか、または刺激するのに適した「良い」領域であるのかを簡単に決定し得る１つの方法として機能することができる。
【００１２】
それぞれの試験された刺激用電極または一群の刺激用電極に対して算出された作用体積およびそれに対応した患者の応答を刺激誘発挙動に関する一般化された解剖学的知識と組み合わせることにより、患者の応答が特定の解剖学的構造と関連付けられる。また、刺激用電極もしくは一群の刺激用電極はその患者の応答を引き起こしたのがどの試験電流であるのかが分かっているため、どれほどの作用体積がどれほどのニューロン構造物とオーバーラップしているのかを見出すことが可能である。刺激誘発挙動に関する一般化された解剖学的知識は、例えば刺激誘発挙動の３Ｄによる解剖学的位置を伴った解剖アトラス（anatomic atlas）に由来するものであってもよいし、または解剖学的構造と刺激誘発挙動との間の関係を含むデータベースに由来するものであってもよい。この組み合わせを作成することにより、刺激誘発応答に関する一般的な知識を、個々の患者における具体的なニューロン構造物を特定し、且つ、どの刺激用電極がどのニューロン構造物の近くに存在しているのかを決定するために使用することができる。
【００１３】
作用体積と解剖学的構造とのインターセクションが決定されると、最適な刺激体積を決定するためにそれらのインターセクションを利用することができる。幾つかの観測された患者の応答は、その患者を治療する観点において望ましいであろう。他の観測された患者の応答は望ましくない副作用であり得る。最適な刺激体積は、有害な副作用を最小限度に抑えた状態で最適な治療効率を得るために刺激することが必要となる本プローブに近接したニューロン組織の体積である。その刺激体積は、複数の異なる刺激用電極へ加えられる刺激電流およびそれらの刺激用電極に近接したニューロン組織の電気的特性に依存性である。最適な刺激体積が分かると、そこから、それに対応した刺激設定を導き出すことができる。
【００１４】
脳偏位を検出するために刺激誘発挙動についての一般化された解剖学的知識を利用することは公知であることに留意すべきである。Ｐａｌｌａｖａｒａｍらによる「Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  ｂｒａｉｎ  ｓｈｉｆｔ  ｄｕｒｉｎｇ  ｄｅｅｐ  ｂｒａｉｎ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｓｕｒｇｅｒｙ  ｕｓｉｎｇ  ｉｎｔｒａ−ｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ｄａｔａ  ａｎｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ａｔｌａｓｅｓ：ａ  ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  ｓｔｕｄｙ（手術中に得られるデータおよび機能アトラス（functional atlas）を用いて行われる、脳深部刺激術中の脳偏位の検出：予備的研究）」から、手術中に得られた刺激応答データをある患者集団での刺激データに対する治療学的応答を含有した機能アトラスと比較することは公知である。この比較は、手術中の脳偏位を決定および矯正するために行われる。しかしながら、上述の論文に記載されている方法は、外科医が手術中に非常に重要な構造物に損傷を及ぼしてしまうのを防止することを目的として、外科医に特定の解剖学的構造についての位置情報を与えるためだけに使用される。まだ、刺激誘発挙動に関する一般化された解剖学的知識を、術後フェーズにおける複合電極型脳刺激用プローブでの刺激設定を効率的に決定するために使用することは知られていない。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、脳刺激用プローブに対する刺激設定を決定するための制御システムが提供され、ここで、前述の脳刺激用プローブは複数の刺激用電極を含んでいて、本制御システムは：それらの刺激用電極に試験電流を加えるための手段、その加えられた試験電流に対応した患者の応答を得るための手段、およびプロセッサー；を含んでいる。前述のプロセッサーは、試験電流およびそれらの試験電流に対応した刺激用電極の位置に基づいて作用体積を決定し、その作用体積と解剖学的構造とを関連付けるべく、前述の作用体積およびそれに対応した患者の応答を刺激誘発挙動に関する一般化された解剖学的知識と組み合わせ、それらの作用体積と前述の関連付けられた解剖学的構造とのインターセクションを決定し、そして、それらの決定されたインターセクションに基づいて、その脳刺激用プローブでの最適な刺激体積およびそれに対応した刺激設定を決定することができるようにアレンジされている。
【００１６】
本発明のこれらの態様および他の態様は以降で開述されている実施形態から明らかであり、また、それらの態様が、次に、以降で開述されている実施形態を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（Ａ）および（Ｂ）は、複数の刺激用電極を有する脳刺激用プローブを概略的に示している。
【図２】図２は、図１の脳刺激用プローブを制御するための制御システムを概略的に示している。
【図３】図３は、本発明による方法のフローダイアグラムを示している。
【図４】図４は、患者の脳内に埋め込まれた脳用プローブのグラフィック描写を示している。
【図５】図５は、埋め込まれた脳用プローブおよび作用体積とニューロン構造とのインターセクションのグラフィック描写を示している。
【図６】図６は、本発明による方法から導出可能な最適な刺激体積のグラフィック描写を示している。
【図７】図７は作用体積を概略的に示している。
【図８】図８は作用体積を概略的に示している。
【図９】図９はより複雑な形態の作用体積を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１（Ａ）および（Ｂ）は、複数の刺激用電極１１を有する脳刺激用プローブ１２、１０を概略的に示している。図１（Ａ）の脳刺激用プローブ１２は、４つのリング状電極１１を担持した技術的現状のプローブ１０である。図１（Ｂ）は、四角いアレイの形態に分配された多数の電極１１を担持した１つの好適なＤＢＳプローブ１０を示している。この好適なプローブ１０は、４つの異なる方向（例えば外方向、前方向、内方向および後方向）に刺激をもたらすべく４列の電極１１を含んでいる。これは単に概略的な図であり、使用される実際の刺激用プローブ１０はかなり異なっていてよいことに留意すべきである。本発明による方法およびシステムで使用される刺激用プローブ１０で重要なことは、本プローブがプローブ表面の少なくとも一部に分配された複数の刺激用電極１１を有しているということである。例えば６４個または１２８個の電極から成るアレイが使用される。
【００１９】
図２は、図１の脳刺激用プローブ１０を制御するための制御システム２０を概略的に示している。刺激用プローブ１０はプロセッサー２２に連結されている。プロセッサー２２は、刺激用プローブ１０の適切な機能履行を可能にするために刺激用電極１１へ加えられるべき刺激設定を決定し、且つ、制御する。また、プロセッサー２２は、好適には、刺激用プローブ１０の機能履行についての情報およびプローブと環境との相互作用についての情報を得るために、刺激用電極１１からデータおよび信号を受け取ることもできる。プロセッサー２２は、更に、例えば患者データやシステム２０を制御するためのソフトウェアおよび本発明による方法を実施するのに必要な一般化された解剖学的知識を保存するための記憶装置２４にも連結されている。制御システム２０は、他のシステムとデータのやり取りをできるようにするため、または他のシステムとデータのシェアをできるようにするため、ローカルネットワークまたは広域ネットワーク（例えばインターネット）に連結されていてよい。
【００２０】
使用に際し、プローブ１０は患者の脳内に埋め込まれるが、好適には、制御システム２０のうちの大部分は外部に存在する。プローブ１０は、本制御システムのうちの外側に存在する部分と（好適には）無線で通信することができるようにアレンジされた小さな制御ユニットと共に埋め込まれていてよい。
【００２１】
また、プロセッサー２２は、ユーザーが本システム２０を構成または使用するのに役立ち得る情報を表示するためのディスプレー２６にも連結されている。例えば、そのディスプレーは図４から６までの画像３１を表示することができる。本システム２０はユーザー入力手段を付加的に含んでいてよく、例えばマウス２５もしくは他のタイプのポインター装置および／またはキーボードなどを含んでいてよい。また、ディスプレー２６は、ユーザーが本システム２０を構成および制御できるようにするためのグラフィカル・ユーザー・インターフェースを提供するために使用することもできる。その目的で、ディスプレー２６はタッチスクリーン機能を有することができよう。
【００２２】
また、本システム２０は、例えばＭＲＩ／ＤＴＩ画像またはＣＴスキャンの形態における患者の具体的な解剖学的情報２３を受け入れるための入力も含んでいてよい。更に、図２の本システム２０は、患者の応答を登録するための手段２１も含んでおり、またはそのような手段２１に連結されている。刺激用電極１１に刺激電流が加えられると、特定のニューロン構造物が活性化され、これにより、行動的応答または生理学的応答がもたらされ得る。これらの応答は登録用機器２１により自動的に登録されてよく、または観測者により、例えばユーザー入力手段２５を介して報告されてもよい。行動的応答および生理学的応答は例えばＥＭＧレコーダーおよび加速度計などにより登録されてよく、その場合、それらの機器もプロセッサー２２に連結される。患者の具体的な解剖学的情報２３および登録用機器２１の使用については、図３のフローダイアグラムを参照しながら以下で更に詳しく説明する。
【００２３】
図３は、本発明による方法のフローダイアグラムを示している。この方法の目的は、図２のシステム２０において使用されているような刺激用プローブ１０に対する適切な刺激設定を決定することである。本方法は、治療されるべき患者の脳内にプローブ１０が配置されることとなるケースでの手術中または手術後のどちらにでも利用することができる。手術中に利用される場合、本方法は、プローブ１０に対する最適な位置を見つけ出すことと適切な刺激設定を決定することとの両方の目的で使用することができる。本方法が手術後に利用される場合、すなわち、プローブ１０の位置をもう変えることができない場合、本方法は、刺激設定を決定することだけを目的として使用することができる。以下の説明では、本方法が手術後に利用されるものと仮定されている。
【００２４】
本方法は、刺激用電極１１のうちの少なくとも１つに試験電流を加えるための刺激ステップ６１から始まる。その試験パルスにより、刺激用電極１１に近接した脳組織内のニューロンが励起される。そのような励起の結果は患者の行動または生理学的状態における変化をもたらすことがあり得よう。これらの変化は、振戦の抑制などの望ましい肯定的な効果の場合もあるし、または不随意筋収縮などの有害な副作用のこともあり得る。
【００２５】
応答決定ステップ６２では、特定の試験パルスに対する応答が例えば医師または看護師により観測され、ユーザー入力装置２５を介してシステム２０へ報告することができる。この報告処理は、質問に回答すること、リストから選択肢を選定すること、または応答記入用紙に記入することなどを含み得る。代替的に、試験刺激に対する応答を決定すべく、ビデオカメラおよび／または録音手段を用いて患者をモニタリングし、ビデオおよび／またはオーディオ認識ソフトウェアでその患者の行動を解釈することもできる。また、生理学的状態および／または行動における変化は、ＥＭＧシステム、加速度計または心拍数モニターの如き他の登録用機器２１によって検出することもできる。
【００２６】
影響決定ステップ６３では、作用体積３２（図４および５参照）が決定される。作用体積３２は、加えられた試験電流が有意な影響を有する脳組織の体積である。作用体積３２の位置は、試験される刺激用電極１１の位置に依存する。作用体積３２の大きさは、主に、試験パルスの振幅および試験される刺激用電極１１に近接した脳組織の電気的特性に依存する。作用体積３２を決定するために、プロセッサー２２は、「平均的な脳組織」に対する一般化された電気的特性を使用することができる。もっと正確に計算するために、種々の異なるタイプの脳組織に対して様々に異なる電気的特性を使用すべく、解剖学的知識（例えばＭＲＩ画像から導出されたもの）を利用することができる。計算の正確度を改善するための別の方法は、プローブ１０上に存在する別の刺激用電極１１を使用して、試験される刺激用電極１１に近接した脳組織の電気的特性を測定することによるものである。図６の場合、影響決定ステップ６３は刺激に対する患者の応答を決定した後に実施されているが、これをもっと早い段階で行うことも可能である。
【００２７】
応答解析ステップ６４では、試験パルスによってどの解剖学的構造が刺激されたのかを決定すべく、観測された応答または登録された応答が解析される。この解析ステップでは、プロセッサー２２は、特定の解剖学的構造を刺激することに対して想定される応答についての一般化された知識を利用する。刺激誘発挙動に関するこの一般化された解剖学的知識は、例えば刺激誘発挙動の３Ｄによる解剖学的位置を伴った解剖アトラスに由来するものであってもよいし、または解剖学的構造と刺激誘発挙動との間の関係を含むデータベースに由来するものであってもよい。これに加え、観測された応答に関係した特定の解剖学的構造が、本当に試験された刺激用電極１１の想定された作用体積３２の範囲内であることを確かめるために、作用体積３２および／または患者の具体的な解剖学的データ（例えばＭＲＩ画像）についての情報も使用することができる。
【００２８】
インターセクション決定ステップ６５では、作用体積３２と試験刺激に対してある応答を与える解剖学的構造との間でのオーバーラップが決定される。図５および６に示されているように、そのインターセクション４１は、プローブおよび／または周辺組織のグラフィック描写３１で視覚化することができる。このステップ６５は、作用体積と有害な副作用をもたらす解剖学的構造との間でのオーバーラップのみを決定することに限定されてもよい。代替的アプローチが図５を参照しながら以下で説明されている。
【００２９】
意思決定ステップ６６においては、更なる刺激用電極１１を試験すべきかどうかが決断される。更なる刺激用電極１１を試験すべきと決断された場合、本方法は、次の刺激用電極１１に試験刺激を供給すべく、最初のステップ、すなわち、刺激ステップ６１へ戻る。代替的には、同一の刺激用電極が繰り返し試験されるが、今度は、異なる作用体積をもたらす異なる試験パルスを用いて試験が繰り返される。単一の刺激用電極１１を試験する代わりに、本方法は、２個もしくはそれ以上から成る一群の刺激用電極１１を同時に試験することもできる。
【００３０】
すべての試験パルスが供給され、そしてすべてのインターセクション４１が決定されると、次に、設定決定ステップ６７において、最適な刺激体積を決定することができる。この最適な刺激体積５２（図６で目に見えるように描かれている）は、有害な副作用を最小限度に抑えて効率的な治療を得るために刺激されるべき脳のそのような部分から成っている。好適には、最適な刺激体積５２は、標的構造物のみから成っており、患者の脳内における他の構造物とのオーバーラップを何ら示さない。しかしながら、これが可能でないときには、その設定は、最適な治療効果と最小限度の好ましくない副作用との間でのバランスが見出されるようなものでなければならない。最適な刺激体積５２は、特定のセットを成す刺激用電極の設定に対応する。この設定決定ステップ６７において、最適な刺激体積をもたらす上で必要な設定が決定される。その決定された設定は、その患者の治療で必要とされる脳刺激を与えるために後で使用することができる。
【００３１】
本発明によるシンプルなマッピングの例は以下の通りであってよい：最初に、ＤＢＳが特定の（四分円）方向に与えられるような仕方で、例えばアレイの高さの中央部分において外方向に与えられるような仕方（図７および図８参照）で、刺激の配置構成が選ばれる。刺激が増大され、好ましい影響と有害な影響がモニタリングされる。視床下核のＤＢＳの場合には、振幅を増大させていくと、外方向のＤＢＳフィールドによって筋収縮が引き起こされることがある。副作用に関与する構造物の最もありがちな配向（例えば外向き）を決定するためにルックアップ・テーブルを使用することができる。この影響に対する閾値は特定の方向における刺激の広がりの大凡の距離に書き換えることができ、これが境界と見なされ、この境界を越えるとその特定の影響が引き起こされ得る。これをアレイの上部および下部に対して、またはアレイのあらゆる他の（垂直方向）位置に対して繰り返すことができる。また、このプロセスを他の基本的な方向（cardinal directions）に対して繰り返すこともできる。例えば、ＤＢＳを後方向に優先的に差し向けることができ、感覚異常症を誘発することに対する閾値を見出すことが可能である。このようにして、ＤＢＳプローブ１０の周りに、その範囲内では副作用が存在しないことが想定される／副作用の存在が限られていることが想定される３Ｄ形状が「刻み出し」される。その後、刺激フィールドとこの刻み出しされた体積との最適なオーバーラップをもたらし、且つ、この体積の外側の領域への「あふれ出し」を最小限度に抑える刺激設定が構成される。
【００３２】
本発明による方法の更なる１つの実施形態においては、またも治療効果がモニタリングされる。ある与えられた電極１１または一群の電極１１に対して、１つもしくは複数の治療効果の発現に対する１つもしくは複数の閾値が決定され、臨床的な改善度合いが例えば臨床評価尺度を用いて、または客観的な計測値（例えば加速度計のデータ）により格付けされる。上で説明されているのと同様なマッピング手順を用いて、その観測された臨床的効果に対応したプローブ１０の周りの作用体積が決定され、且つ、それらの治療閾値および治療の質に関する測度と関連付けされる。その治療閾値および治療の質に依存する加重ファクターを構築することができる。例えば、０から５までの尺度（５が最適な治療であることを表す）での治療評価ＴＲに対し、加重ファクターＴＲ／ＩＴを割り当てることができ、ここで、ＩＴは治療効果に対する閾値の強さである。合成による治療効果体積は、臨床的応答に関連付けられた様々な体積を合併させることにより創出され、そして、この合成体積の個々のボクセルには個々の格付けが与えられており、前述の個々の格付けはその特定のボクセルとオーバーラップしている個々の体積の加重ファクターを合計することにより決定される。最適な治療体積は、上述の合成体積からあるサブ体積を刻み出すべく、適切な評価閾値を選択することにより決定することができる。
【００３３】
別の実施形態においては、患者の生体構造物との関係におけるプローブ１０の位置が、例えばＣＴスキャンにより決定される。その患者の生体構造物は（術前の）ＭＲＩ（Ｔ１およびＴ２）から決定される。その患者に対する解剖アトラスおよび機能アトラスが登録される。機能アトラスは、有害な副作用を誘発することに関与する構造物についての情報を含んでいる。刺激の送給用に本アレイの中央選抜（例えば、大凡の想定される標的高さに中心部が位置する、それぞれ４つの電極１１から成る３つの隣接したリング）が選択される。刺激は比較的低い振幅（例えば、＜１ｍＡのトータル刺激パルス振幅）で開始され、刺激設定Ｘ１で最初の副作用が認められるまで、振幅が徐々に増大される。この設定Ｘ１に対応するＤＢＳフィールドが計算される。この結果をその患者のＭＲＩに登録された機能アトラスからの情報と組み合わせることにより、この副作用に関与する構造物Ｙ１において結果的に生じたフィールド−分布が決定される。例えば、その副作用に関与する構造物における最大または平均のフィールド強度Ｖ１を決定することができる。その後、本プログラムは、刺激フィールドがこの具体的な構造物においてＶ１の特定のフラクションを超えないようにする刺激設定を構成する。それの最も簡単な形態においては、これは、この領域に近接した電極１１を非活性化することにより達成することができる。もっと高度な形態においては、これは、フィールドステアリング技術により達成することができる。この後、トータル刺激強度は、次の副作用が観測されるまで、（Ｙ１における刺激フィールドがＶ１の特定されたフラクションを超えていないことを確かめながら）更に増大される。この副作用に関与する構造物Ｙ２が決定され、算出されたＤＢＳフィールドを伴ったＹ２の解剖学的位置の断面が決定される。Ｙ２におけるフィールド強度Ｖ２（例えば中間値または平均値）が決定され、云々。
【００３４】
この実施形態は、グラフィカル・ユーザー・インターフェース（ＧＵＩ）またはＤＢＳの施療による患者の改善の質を格付けするための他の装置と組み合わせることができる。振幅を更に増大させた状態での患者の改善が極僅かであるときには、この最適化プロセスを終了することができる。
【００３５】
１つの実施形態においては、機能的な脳のモデルが、手術中に取得された神経−電気生理学的データを用いて（または、単にそのような神経−電気生理学的データに基づいて）増強される。術中の神経−電気生理学的試験を行っている間、脳−記録および試験−刺激の手段により、その患者の標的の３Ｄによる機能に関するマッピングが実施される。脳の記録は機能的／解剖学的構造に割り当てることができ、更に、患者の画像データに登録することができる。脳の刺激による影響はそれに対応した興味ある体積と関連付けることができ、同じく患者の生体構造に登録することもできる。結果として得られる３Ｄによる機能モデルは、試験−刺激が常在的なＤＢＳ−アレイプローブ１０を用いて加えられるときの作用体積とのオーバーラップを決定するための先行する実施形態で使用することができる。
【００３６】
図４は、患者の脳内に埋め込まれた脳用プローブ１０のグラフィック描写３１を示している。そのような画像３１は、プローブ１０の埋め込みおよびポジショニングのための操作を行っている間、または好ましい最適設定が決定されている状態でのそのような操作の後、図２に描かれている本システム２０のディスプレー２６で表示することができる。画像３１は、プローブ１０が挿入されている脳領域の解剖学的画像を示している。幾つかの認識されたニューロン構造物３３、４３、５３が強調表示されている。付加的に、影響決定ステップ６３で決定されたとおりの作用体積３２が視覚化されている。この作用体積３２は、特定の設定が特定の刺激用電極１１に加えられたときに、脳のどこの部分が刺激されるのかを示している。この図示されている作用体積３２は、実際にそれらの設定をプローブ１０に適用する前、適用中、および／または適用後に示されてよい。
【００３７】
図５は、埋め込みされた脳用プローブおよび作用体積３２とニューロン構造物４３とのインターセクション４１のグラフィック描写３１を示している。インターセクション４１とは別に、図５の画像３１は、図４の画像３１と同様な情報を示している。ここで図示されているインターセクション４１は、この電流設定と関連付けられている作用体積３２が、刺激されたときに有害な副作用を引き起こすニューロン構造物４３とオーバーラップしていることを指示している。このグラフィック描写３１においては、副作用を引き起こすニューロン構造物４３とのオーバーラップを指示している唯一のインターセクション４１が図示されている。代替的に、処置されるべきニューロン構造物５３とのオーバーラップも、恐らくは異なる色を用いて、指示することができる。想定される副作用の深刻度を指示するためにカラーコーディングを使用することができる。より多くの問題をはらんだ副作用を例えば赤色のインターセクション４１で指示することができ、一方、有害性の少ない副作用をオレンジ色もしくは緑色のインターセクション４１で指示することができる。
【００３８】
図６は、本発明による方法から導出可能な、最適な刺激体積５２のグラフィック描写を示している。この画像３１においては、プローブ１０は図示されていない。本システム２０は、ユーザーに対し、このグラフィック描写３１（図４および５に対しても同様）にプローブ１０を含めるのか含めないのかを選択する選択肢を与えることができる。最適な刺激体積５２とは、処置されるべき２つのニューロン構造物を含んでいて、その一方で、副作用をもたらしかねない近隣のニューロン構造物３３、４３の刺激を可能な限り回避するような刺激体積である。付加的に、この描写３１は、プローブ１０が本発明による方法から導出される刺激設定の代わりに標準的な刺激設定を用いた場合に生じかねない問題も示している。これは、副作用を引き起こす構造物３３、４３と標準的な設定（図示せず）での作用体積との３つのインターセクション５１を図示することにより生じる。これらのインターセクション５１を図示することは完全に随意選択的であることに留意すべきである。
【００３９】
図７および８は作用体積７１を概略的に示している。この実施例では、図１ｂのプローブ１０と同様なプローブ１０が使用されている。その刺激設定は、電圧がプローブ１０の１つの側（例えば外方向）に存在する一群の４個の電極に加えられるような仕方での刺激設定である。これらの刺激設定から、体積測定での電圧分布を算出することができる。作用体積７１は、プローブとの関係から見てどの位置でニューロン構造物の刺激を想定することができるのかを指示している。
【００４０】
図８には、外方向への指向性ＤＢＳ刺激でのフィールドプロフィールが示されている。刺激は、図７にも示されている刺激パターンにより与えられる。異なる刺激の振幅が異なる作用体積７１、７２、７３、７４をもたらす。図８のプロフィールの場合、刺激の振幅は、例えば０．５Ｖ（７４）、１．０Ｖ（７３）、２．０Ｖ（７２）、４．０Ｖ（７１）に設定されている。刺激の振幅を増大させると、刺激はプローブ１０から更にもっと離れた所へ与えられる。
【００４１】
図９は、もっと複雑な作用体積９１、９２を概略的に示している。ここでは、複数の異なる刺激の振幅が複数の異なる電極１１に加えられている。ある深さでは、（例えば有害な副作用を回避するために）プローブ１０に近接したニューロン構造物のみが刺激される。（例えば最大の治療効果を得るための）別の深さでは、プローブ１０から更に遠く離れた脳構造も励起される。
【００４２】
本発明はコンピュータープログラムにまでも及び、特に、本発明を実現することができるように適合化されたキャリヤー上またはキャリヤー内のコンピュータープログラムにまでも及ぶことが認識されよう。そのプログラムは、ソースコードの形態、オブジェクトコードの形態、部分的にコンパイルされた形態などのコード中間的なソースおよびオブジェクトコードの形態、または本発明による方法の実行において使用するのに適したあらゆる他の形態であってよい。また、そのようなプログラムが多くの異なるアーキテクチャー設計を有していてよいことも認識されよう。例えば、本発明による方法またはシステムの機能性を実行するプログラムコードは１つ以上のサブルーチンに小分けされていてよい。当業者にとっては、これらのサブルーチンの間でその機能性を配分するための多くの異なる仕方が明らかであろう。それらのサブルーチンは、自己完結型のプログラムを形成するために１つの実行可能ファイルに一緒に保存されていてよい。そのような実行可能ファイルはコンピューター実行可能命令を含んでいてよく、例えばプロセッサー命令および／またはインタープリター命令（例えば、Ｊａｖａ（登録商標）インタープリター命令）を含んでいてよい。代替的に、１つ以上のサブルーチン、またはすべてのサブルーチンが少なくとも１つの外部ライブラリーファイルに保存されていて、例えばランタイム時に、静的な仕方または動的な仕方のいずれかでメインプログラムにリンクされてもよい。そのメインプログラムは、それらのサブルーチンのうちの少なくとも１つへの少なくとも１つのコールを含んでいる。また、それらのサブルーチンが相互にコールする機能を含んでいてもよい。コンピューター・プログラム・プロダクトに関係する１つの実施形態は、説明されている方法のうちの少なくとも１つの方法のそれぞれのプロセッシングステップに対応したコンピューター実行可能命令を含んでいる。これらの命令は、サブルーチンに小分けされていてよくおよび／または静的な仕方もしくは動的な仕方でリンクされ得る１つ以上のファイルに保存されていてもよい。コンピューター・プログラム・プロダクトに関係する別の実施形態は、説明されている少なくとも１つのシステムおよび／またはプロダクトのそれぞれの手段に対応したコンピューター実行可能命令を含んでいる。これらの命令は、サブルーチンに小分けされていてよくおよび／または静的な仕方もしくは動的な仕方でリンクされ得る１つ以上のファイルに保存されていてもよい。
【００４３】
コンピュータープログラムのキャリヤーは、そのプログラムを担持することができるあらゆる実体または装置であってよい。例えば、キャリヤーは、ＲＯＭなどの記憶媒体、例えばＣＤ  ＲＯＭもしくは半導体ＲＯＭなど、または磁気記録媒体、例えばフレキシブルディスクもしくはハードディスクなどを含むことができる。更に、本キャリヤーは電気的信号または光学的信号などの伝達可能なキャリヤーであってよく、そのような電気的信号または光学的信号は電気的なケーブルもしくは光学的なケーブルを通じて搬送されてよく、または無線もしくは他の手段により搬送されてもよい。本プログラムがそのような信号の形態で具体化される場合、キャリヤーはそのようなケーブルまたは他の装置もしくは手段により構成されてよい。代替的に、キャリヤーは、そこに本プログラムが埋め込まれている集積回路であってもよく、この場合、前述の集積回路は、その関連する方法を実行することができるように適合化されており、またはその関連する方法を実行する際に使用することができるように適合化されている。
【００４４】
上で述べられている様々な実施形態は、本発明を限定するのではなく、本発明を例証するものであり、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替的な実施形態を設計することが可能であることに留意すべきである。それらの特許請求項において、括弧の間に記入されているあらゆる参照記号は、その特許請求項を限定するものと解釈されるべきではない。動詞「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」およびその動詞の活用形の使用は、クレイムで述べられているもの以外の要素またはステップの存在を排除するものではない。ある要素に先行する冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数のそのような要素の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかのはっきりと識別可能な要素を含むハードウェアにより実施されてよく、また、適切にプログラミングされたコンピューターにより実施されてもよい。幾つかの手段を列挙している装置クレイムの場合、これらの手段うちの幾つかはハードウェアの同一の品目によって具現化されてよい。互いに異なる従属クレイムにおいて特定の手段が言及されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを指示しているものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【国際調査報告】
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