(57)【要約】  本発明は、包括的には、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法及び装置とともに、それを表現する方法及び装置に関する。本発明の或る特定の実施形態の一態様によれば、対象の脳内の１つ又は複数の位置に経頭蓋刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法が提供される。この方法は、脳に複数の経頭蓋磁気刺激パルスを印加するステップと、上記刺激パルスの各々の刺激量を求めるステップと、使用者の身体的反応を測定するステップと、上記対象の脳内の上記１つ又は複数の位置の各々に対して上記脳の上記反応の蓄積を確定又は近似するステップとを含む。【選択図】図１
2014530068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脳内の少なくとも１つの位置にナビゲーション経頭蓋刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法であって、該方法は、コンピューターが実施する、
コイル装置からのナビゲーション経頭蓋刺激パルスによって誘導される刺激量の３次元領域を確定するステップと、
前記コイル装置からの１つ又は複数の経頭蓋刺激パルスによってもたらされる前記脳の少なくとも１つの位置における前記刺激量の増幅成分を求めるステップと、
少なくとも或る経過時間によってもたらされる前記脳の前記少なくとも１つの位置における前記刺激量の減衰成分を求めるステップと、
身体モデリングアルゴリズム、１つ又は複数の時点における前記増幅成分及び前記減衰成分に基づいて、前記脳の前記少なくとも１つの位置に対して累積刺激量を計算するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記脳の前記位置のうちの少なくとも１つは、刺激量の前記確定された３次元領域内にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記脳の前記位置のうちの少なくとも１つは、刺激量の前記確定された３次元領域外にある、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記脳内の少なくとも１つの所定の解剖学的マーカーに関して刺激量の前記確定された３次元領域の相対位置及び向きを確定するステップを更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ナビゲーション経頭蓋磁気刺激を使用して少なくとも部分的にマッピングされた前記脳の領域内で、刺激量の前記確定された３次元領域の相対位置及び向きを確定するステップを更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
脳内の少なくとも１つの位置に経頭蓋刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法であって、
１つ又は複数の経頭蓋刺激によってもたらされる脳の少なくとも１つの位置における刺激量の増幅成分を求めるステップと、
或る経過時間によってもたらされる前記脳の前記少なくとも１つの位置における刺激量の減衰成分を求めるステップと、
１つ又は複数の時点における前記増幅成分及び前記減衰成分に基づいて、前記脳の前記少なくとも１つの位置に対する累積刺激量を計算するステップと、
を含む、方法。
【請求項７】
各位置は、前記脳の３次元領域である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記増幅成分を求めることは、少なくとも部分的に、所定の定義、該定義の派生物、又は少なくとも２つの所定の定義若しくはその派生物の組合せに基づく、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
定義は、経頭蓋磁気刺激励起パルスによってもたされる位置における、前記刺激を包囲する電場
【数１】
2014530068.tif 000046
又は該電場の振幅
【数２】
2014530068.tif 000047
である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
定義は、或る位置における誘導組織電流密度
【数３】
2014530068.tif 000048
又は該誘導組織電流密度の振幅
【数４】
2014530068.tif 000049
であり、ここで、
【数５】
2014530068.tif 000050
であり、かつσは前記位置における導電率である、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
定義は、或る位置における誘導組織電荷密度Ｑであり、ここで、
【数６】
2014530068.tif 000051
であり、かつｔｒは経頭蓋磁気刺激励起パルスの立ち上がり時間である、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
定義は、或る位置における単位体積当りで消散した電磁場Ｗのエネルギー密度であり、ここで、
【数７】
2014530068.tif 000052
であり、ｔｒは経頭蓋磁気刺激パルスの立ち上がり時間であり、かつσは導電率である、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
定義は、或る位置における温度上昇Ｑ及び／又は或る位置における比吸収率ＳＡＲであり、ここで、
【数８】
2014530068.tif 000053
であり、かつρは位置における密度である、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
減衰関数は線形又は指数関数的である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
各位置に対する前記増幅成分はベクトルによって表される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
計算された累積刺激量は、脳の特定の対象領域内の各位置に対して、又は脳全体に対して計算される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
１つ又は複数の位置に対する累積刺激量は、追加の増幅成分及び／又は時間の経過に基づいて更新される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
各位置に対する前記増幅成分、前記減衰成分及び／又は前記累積刺激量はタイムスタンプを含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
複数の位置に対する前記累積刺激量は、タイムスタンプが付され、行列に集約される、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの累積刺激量は、所与の時点で対応する位置に対し脳のモデルにおいて視覚的フォーマットで表示される、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
脳の前記モデルは、刺激されている特定の脳の具体的なモデルである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
脳の前記モデルはＭＲＩである、請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
各位置のサイズは、およそ、前記脳の前記モデルに対する解像度のサイズである、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
種々の明るさの色及び／又は記号を使用して、累積刺激量の異なる値が前記視覚的フォーマットで表示される、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記脳の１つ又は複数の位置に経頭蓋磁気刺激を与えるステップを更に含む、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定するソフトウェアを備えるコンピューター可読媒体であって、
１つ又は複数の経頭蓋刺激によってもたらされる脳の少なくとも１つの位置における刺激量の増幅成分を求める命令と、
経過時間によってもたらされる前記脳の前記少なくとも１つの位置における刺激量の減衰成分を求める命令と、
１つ又は複数の時点における前記増幅成分及び前記減衰成分に基づいて、前記脳の前記少なくとも１つの位置に対して累積刺激量を計算する命令と、
を含む、コンピューター可読媒体。
【請求項２７】
対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果を、使用者に示すソフトウェアを備えた、非一時的コンピューター可読媒体であって、
１つ又は複数の経頭蓋刺激によってもたらされる脳の少なくとも１つの位置における刺激量の増幅成分を求める命令と、
経過時間によってもたらされる前記脳の前記少なくとも１つの位置における刺激量の減衰成分を求める命令と、
１つ又は複数の時点における前記増幅成分及び前記減衰成分に基づいて、前記脳の前記少なくとも１つの位置に対して累積刺激量を計算する命令と、
を含む、非一時的コンピューター可読媒体。
【請求項２８】
対象の前記脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定するソフトウェアを備えたコンピューター可読媒体であって、
コイル装置からのナビゲーション経頭蓋刺激パルスによって誘導される刺激量の３次元領域を確定する命令と、
前記コイル装置からの１つ又は複数の経頭蓋刺激パルスによってもたらされる前記脳の少なくとも１つの位置における前記刺激量の増幅成分を求める命令と、
少なくとも或る経過時間によってもたらされる前記脳の前記少なくとも１つの位置における前記刺激量の減衰成分を求める命令と、
身体モデリングアルゴリズム、１つ又は複数の時点における前記増幅成分及び前記減衰成分に基づいて、前記脳の前記少なくとも１つの位置に対して累積刺激量を計算する命令と、
を含む、コンピューター可読媒体。
【請求項２９】
請求項２〜５及び請求項７〜２５のいずれか一項に記載の方法のうちのいずれかを実行する命令を更に含む、請求項２６〜２８のいずれか一項に記載のコンピューター可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、１つ又は複数の累積効果を確定する方法及び装置とともに、その効果を表現する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の応用の分野の範囲では、対象の脳、末梢神経系、筋肉及び心臓等の生物学的組織内に電場を誘導することにより、そうした組織を刺激することができる。磁気刺激に関して、上述した電場の誘導は、磁場の変化を用いて達成される。こうした電場は、導電組織内に組織を刺激する電流を発生させることが理解されよう。業界では、磁気刺激用の様々な異なるタイプの方法及び装置が知られている。
【０００３】
変化する磁場による脳の刺激は、経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）として知られている。経頭蓋磁気刺激は、対象の脳の神経を脱分極又は過分極させるために使用される非侵襲性方法である。ＴＭＳは、電磁誘導を用いて、迅速に変化する磁場を用いて弱電流を誘導し、これにより、脳の特定の部分又は全体的な部分に最小限の不快感で活動を引き起こすことができ、脳の機能及び相互接続を分析することができる。ＴＭＳの変形、反復経頭蓋磁気刺激（ｒＴＭＳ）が、偏頭痛、脳卒中、パーキンソン病、ジストニア、耳鳴り、うつ病及び幻聴を含む様々な神経障害及び精神障害に対する治療手段として試験されてきた。
【０００４】
業界では、刺激される対象の脳内の位置が、必ずしも、最も累積的な電磁場（ＥＦ）に曝露された脳の位置ではないことが知られている。治療効率が局所化された累積ＥＦ曝露に相関すると想定される場合、経時的に曝露を統合し位置を命中させ、その後、治療の結果を、刺激の位置を単に正確に特定するより完全な治療の像を提供する直観的方法で可視化することが有用となる。
【０００５】
従来、対象の脳に対して経頭蓋磁気刺激を与えることによる累積効果の確定は、経頭蓋磁気刺激の特性が経時的に実施することができる刺激量要素に変換される線形モデルを介して表される。この方法は、米国で継続され米国特許出願第６，８４９，０４０号として発行された、フィンランド国特許第１１４６１１３号において説明されており、この特許は引用することにより本明細書の一部をなす。上記特許の問題は、経頭蓋磁気刺激の刺激量が経時的に与えられる場合の減衰の影響が対処されていないということが、理解されるべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さらに、フィンランド国特許第１１４６１１３号は、累積結果を得るように磁気刺激の持続時間にわたって累積的かつ有効な刺激量の適用を積分することを含む、有効な刺激量を計算する方法を提供する。しかしながら、この方法の問題は、刺激の大きさに対して閾値が提供され、増倍係数が含まれているがこの増倍係数の大きさは刺激の適用の頻度によって決まる、ということであることが理解されよう。
【０００７】
本発明の目的は、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法及び装置とともにそうした効果を表現する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の或る特定の実施形態の第１の態様によれば、対象の脳内の１つ又は複数の位置に経頭蓋刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法が提供され、この方法は、
上記脳内の上記１つ又は複数の位置に１つ又は複数の経頭蓋刺激パルスを印加するステップと、
上記１つ又は複数の位置の各々における１つ又は複数の事前に決められた外部事象の存在又は不在を通して、所定時間内における上記脳の反応の程度を確定するステップと、
上記確定された反応を、変数の配列を有する数学的オブジェクトにマッピングするステップであって、上記変数の各々は、上記１つ又は複数の位置の各々における上記脳の上記確定された反応を表す、ステップと、
を含む。
【０００９】
本発明の或る特定の実施形態によれば、上記経頭蓋刺激は磁気刺激の形態である。本発明の更なる実施形態では、上記経頭蓋刺激は、高周波数刺激、超音波刺激、光刺激等の形態である。
【００１０】
本発明の或る特定の実施形態によれば、上記１つ又は複数の事前に決められた外部事象としては、経頭蓋刺激パルスからもたらされる電場、上記対象の脳内で誘導された組織電流密度、上記対象の脳内の上記１つ若しくは複数の位置における単位体積当りで消散した電磁場のエネルギーの密度、上記１つ若しくは複数の位置における温度の上昇、又は上記１つ若しくは複数の位置における比吸収速度が挙げられる。
【００１１】
本発明の或る特定の実施形態によれば、上記電場は、上記対象の脳内の上記電場の距離又は広がりの尺度に関連する電位差の尺度として表される。一実施形態では、上記対象の脳内で誘導される上記組織電流密度は、上記対象の脳の断面の単位面積当りの電流の尺度として表される。本発明の更なる実施形態では、上記誘導された組織電流密度は、保存電荷の流れの密度の尺度であり、上記対象の脳内の上記１つ又は複数の位置における導電率に対する、脳内の上記所定位置における上記誘導された組織電流密度の振幅の尺度として表される。本発明の一実施形態では、脳内の１つ又は複数の位置における上記導電率は、電気を通す脳の能力の尺度であり、１メートル当りのシーメンスとして表される。一実施形態では、電磁場の上記エネルギー密度は、単位体積当りの上記対象の脳の１つ又は複数の領域に蓄積されたエネルギーの量の尺度である。本発明の一実施形態では、上記エネルギー密度は、上記対象の脳内の上記１つ又は複数の位置における単位体積当りで消散した電磁場の尺度として表される。更なる実施形態では、上記電磁場は、上記導電率とともに、上記対象の脳内の上記電場とともに、脳に印加される経頭蓋磁気刺激パルスの立ち上がり時間として表される。一実施形態では、上記対象の脳内の上記１つ又は複数の位置における上記温度の上昇は、摂氏で表される。本発明の一実施形態では、上記１つ又は複数の位置における比吸収率（ＳＡＲ）が、高周波（ＲＦ）電磁場に曝露されたときに上記対象の脳によってエネルギーが吸収される速度の尺度である。
【００１２】
本発明の或る特定の実施形態によれば、上記方法は、上記脳内の上記１つ又は複数の位置の各々における上記１つ又は複数の累積効果の増幅（growth）を示す蓄積量を求めるように、上記１つ又は複数の測定された反応の各々を合計するステップを更に含む。
【００１３】
本発明の或る特定の実施形態の別の態様によれば、所定時間にわたる、上記対象の脳内の１つ又は複数の位置に経頭蓋刺激を与えることによる１つ又は複数の累積刺激量的量を確定する更なる方法が提供され、この方法は、
脳に１つ又は複数の経頭蓋磁気刺激パルスを印加するステップと、
上記１つ又は複数の位置の各々において上記１つ又は複数の刺激パルスの各々の刺激量を確定するステップと、
上記１つ又は複数の位置の各々における１つ又は複数の事前に決められた外部事象の存在又は不在を通して、所定時間内の上記対象の上記脳の反応の程度を求めるステップと、
上記対象の脳内の上記１つ又は複数の位置のうちの少なくとも１つ又は各々に対して上記刺激量の蓄積量を近似するステップと、
を含む。
【００１４】
さらに、本明細書には、メモリ消費量を低減するのに特によく適している、本発明の更なる実施形態が記載されており、この方法は、
１つ又は複数の所定刺激位置（ｘ）と対応する算術平均（μ）との空間的差分を求めるステップと、
上記差分にガウス関数の共分散行列を乗ずるステップと、
上記差分に所定の重み付け変数を乗ずるステップと、
を更に含む。
【００１５】
本発明の或る特定のこうした実施形態によれば、算術平均は、３次元ベクトルとして表された重心である。
【００１６】
本発明の或る特定の実施形態の別の態様によれば、対象の脳に対して経頭蓋刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果を、使用者に示す方法が提供され、この方法は、
上記確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果を、スカラーマップ値として表すステップと、
上記スカラーマップ値を、上記対象の脳のマップの可視化において色として表すステップと、
を含む。
【００１７】
本発明の一実施形態では、上記スカラーマップ値における大きい値は、脳のマップの上記可視化において明るい色として表され、上記スカラーマップ値における小さい値は、脳のマップの上記可視化において上記明るい色より著しく暗い色として表される。
【００１８】
本発明の或る特定の実施形態では、脳のマップの可視化は、対象の脳の画像に基づくか又は対象の脳の画像から構成される。本発明のこうした実施形態では、対象の脳の画像は、ＭＲＩ、セグメント化ＭＲＩ、機能的ＭＲＩ及び／又は他の既知の脳画像である。
【００１９】
本発明の或る特定の実施形態の別の態様によれば、対象の脳に対して経頭蓋磁気刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果を、使用者に示す方法が提供され、この方法は、
上記表現に対する目的を受け取るステップであって、上記目的により、上記表現に対して必須の情報と、無関係であるとして上記表現から除去されるべき情報とが決まる、ステップと、
上記目的を、上記対象の脳のマップの可視化の領域に別個の色として表すステップと、
を含む。
【００２０】
本発明の実施形態例では、上記目的は、治療として経頭蓋磁気刺激の最小刺激量を受け取った上記対象の脳の１つ又は複数の領域を確定することである。この実施形態では、本方法は、使用者から入力を受け取るステップであって、上記入力は、上記対象の脳の経頭蓋磁気刺激に類似し、上記対象の脳のマップの可視化の実質的な部分を漸進的に色付けする、ステップを更に含む。
【００２１】
更なる実施形態例では、上記目的は、上記経頭蓋刺激の最大刺激量を確定することである。この実施形態では、本方法は、使用者から入力を受け取るステップであって、上記入力は、上記対象の脳の経頭蓋磁気刺激に類似し、上記入力は、上記対象の脳のマップの可視化の領域において、十分に明るいものとみなされる１つ又は複数の色付けされたスポットが現れたとき、使用者が上記入力を提供するのを停止することができるように、上記対象の脳の刺激の刺激量（dosage）の相対的に大きい閾値を更に含む、ステップを更に含む。
【００２２】
本発明の更なる実施形態では、上記対象の脳のマップの可視化において複数の異なる別個の色を表すことができ、上記異なる別個の色の各々は異なる目的を表す。
【００２３】
本発明の或る特定の実施形態によれば、対象の脳に対する上記経頭蓋磁気刺激の刺激投入の方向が関連する。一実施形態例では、本方法は、所定の向き及び大きさの刺激の投入を回避するように刺激量をモニタリングするステップを更に含むことができる。更なる実施形態例では、本方法は、上記対象の脳の各部分が全方向において最小刺激量を得ることを確実にするように、刺激量をモニタリングするステップを更に含むことができる。
【００２４】
本発明の或る特定の実施形態の別の態様によれば、対象の脳に対して経頭蓋磁気刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果を、使用者に示す方法が提供され、本方法は、
使用者からベクトルの定義を受け取るステップと、
ベクトルの上記定義に対して１つ又は複数のスカラー値の端点を求めるステップと、
スカラー値投影を上記対象の脳のマップの可視化において１つ又は複数のスカラーマップとして可視化するステップと、
を含む。
【００２５】
本発明の一実施形態では、使用者からベクトルの定義を受け取るステップは、グラフィカルユーザーインターフェースを使用して矢印を方向付けることを含む。本発明の更なる実施形態では、使用者からベクトルの定義を受け取るステップは、上記対象の脳の上記マップの上記可視化の３次元図において２つ以上の端点をマークすることを含む。
【００２６】
本発明の実施形態例では、電場又は電流の１つ又は複数のベクトル和に関連するベクトルの定義を使用者から受け取ることに応じて、スカラー端点を可視化するステップは、電場又は電流の刺激投入が、対象となる上記対象の脳の解剖学的特徴に向けられる、上記対象の脳の１つ又は複数の領域の可視化を含む。
【００２７】
本発明の或る特定の実施形態の別の態様によれば、対象の脳に１つ又は複数の経頭蓋磁気刺激パルスを印加することによる１つ又は複数の累積効果を確定するように動作可能な装置が提供され、この装置は、
対象の脳に上記１つ又は複数の経頭蓋刺激パルスを印加するように動作可能な刺激器と、
表示デバイスを含むコンピューターシステムと、
対象の脳に対する上記コイルの位置及び位置合せを特定する位置特定装置と、
所定時間内で、個々のパルス間の相対的な単位における刺激の強度を確定し、刺激パルス印加の瞬間に関する情報をコンピューターに発行することができ、それにより、上記装置は、上記コイルの位置及び位置合せから、１つ又は複数の外部事象の存在又は不在を計算することができる、確定ユニットと、
を備える。
【００２８】
本発明の一実施形態では、上記装置は、有効刺激量を確定するように、経頭蓋磁気刺激パルス列の刺激量を、上記脳に対する上記１つ又は複数の経頭蓋磁気刺激パルスの反復率によって重み付けする手段を含む。
【００２９】
本発明の或る特定の実施形態の別の態様によれば、対象の脳に対して経頭蓋磁気刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定するソフトウェアを備える一時的及び／又は非一時的コンピューター可読媒体が提供され、上記非一時的コンピューター可読媒体は、
１つ又は複数の事前に決められた外部事象の存在又は不在を通して、所定時間内での経頭蓋磁気刺激を与えることに対する上記対象の上記脳の反応の程度を測定する命令と、
上記測定された反応を変数の配列を有する数学的オブジェクトにマッピングする命令であって、上記変数の各々は上記脳の上記測定された反応を表す、命令と、
を含む。
【００３０】
本発明の或る特定の実施形態の別の態様によれば、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、上記確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果を使用者に示すソフトウェアを含む、一時的及び／又は非一時的コンピューター可読媒体が提供され、この非一時的コンピューター可読媒体は、
経頭蓋磁気刺激が与えられる上記対象の脳のマップを可視化する命令と、
上記確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果をスカラーマップ値として表す命令と、
上記スカラーマップ値を色として表す命令と、
を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の或る特定の実施形態の態様による、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法のグラフィカル表現を示す図である。
【図２】本発明の或る特定の実施形態の態様による、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法の一実施形態のグラフィカル表現を示す図である。
【図３】本発明の或る特定の実施形態の態様による、対象の脳に対して経頭蓋磁気刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法の一実施形態のグラフィカル表現を示す図である。
【図４】対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果を、使用者に示す方法のグラフィカル表現を示す図である。
【図５】本発明の或る特定の実施形態の態様による、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ又は複数の刺激量的効果を、使用者に示す方法のグラフィカル表現を示す図である。
【図６】本発明の或る特定の実施形態の態様による、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ又は複数の刺激量的効果を、使用者に示す方法のグラフィカル表現を示す図である。
【図７】図１〜図６のうちのいずれか１つで例示された方法を実施することができるシステムのグラフィカル表現を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図面の図１を参照すると、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法が、全体として参照符号１００によって示されている。これらの累積した刺激量的量は、（例えば、エネルギー、活動等）のバーストで蓄積し、経時的に減衰又は消散することが理解されるべきである。
【００３３】
本方法の基本実施態様を提供する一実施形態に関して、サイズがＭ×Ｎ×Ｋである３次元行列Ａが提供される。行列Ａｉ，ｊ，ｋの各成分は、対
【数１】
2014530068.tif 000003
を含み、ここで、ベクトル
【数２】
2014530068.tif 000004
は、ｈ次元を有し、かつ蓄積した刺激量的量を示し、タイムスタンプｔは、その量が最後に更新された時刻を示す。
【００３４】
蓄積した量はベクトルで表され、それは、この量は明確な方向を有することが多く、例えば、電場、したがって累積電場は方向を持った量であるためであることが理解されよう。しかしながら、ベクトルのサイズは方向がない、例えば蓄熱である場合がある。
【００３５】
行列の各成分をボクセルに結合することができる。各ボクセルは基本的な３次元要素である。ボクセルの合計が、対象となる脳又は脳の領域の空の解剖学的構造を構成する。特定の脳のモデル、例えば対象の脳のＭＲＩが使用される場合、ボクセルはモデルの解像度に等しいか又は近似することが理解されよう。しかしながら、ボクセルの体積及び寸法を、特定の実施形態に最もよく適合させるように選択又は確定することができる。
【００３６】
さらに、対
【数３】
2014530068.tif 000005
の各々は、定期的に更新される。対の値は、更新の前は
【数４】
2014530068.tif 000006
であり、更新の後は
【数５】
2014530068.tif 000007
であり、ここでｔ’＞ｔであるものとする。更新は、位置（ｉ，ｊ，ｋ）及び時刻ｔ’に関連するサンプル
【数６】
2014530068.tif 000008
に基づき、例えば、サンプルは、時点ｔ’において成分Ａｉ，ｊ，ｋが表す位置に向けられる磁気パルスを表すことができる。
【００３７】
特に、ブロック１０２において、経頭蓋磁気刺激パルスが脳に印加され、ブロック１０４において、磁気刺激パルスによって刺激されている対象の脳に対する刺激量が確定される。
【００３８】
ヒトの脳に対する直接的な巨視的な刺激量の増幅を求める際、複数の定義（例えば下の（ａ）〜（ｆ））、この定義の派生物及び／又はこの定義若しくは派生物の組合せを提供することができることが理解されるべきである。上記定義の例として、以下が挙げられる。
【００３９】
（ａ）刺激量を、ブロック１０６において、ＴＭＳ励起パルスによってもたらされる位置（ｉ，ｊ，ｋ）における、Ｖ／ｍで表される、刺激を包囲する電場
【数７】
2014530068.tif 000009
又は電場の振幅
【数８】
2014530068.tif 000010
の尺度として表す。脳、動物又はヒトの内部の電場
【数９】
2014530068.tif 000011
のベクトル場表現を計算する方法は、例えば上述したような米国特許出願第６，８４９，０４０号に提示されている。
【００４０】
（ｂ）刺激量を、ブロック１０８において、位置（ｉ，ｊ，ｋ）における、Ａ／ｍ２で表される誘導組織電流密度
【数１０】
2014530068.tif 000012
又は、誘導組織電流密度の振幅
【数１１】
2014530068.tif 000013
の尺度として表し、ここで、
【数１２】
2014530068.tif 000014
であり、σは、Ｓ／ｍで表される、位置（ｉ，ｊ，ｋ）における導電率である。例として、脳組織の導電率はおよそ０．４Ｓ／ｍである。
【００４１】
（ｃ）刺激に対するヒトの脳内の刺激量を、ブロック１１０において、位置（ｉ，ｊ，ｋ）における、Ｃ／ｍ２で表される誘導組織電荷密度Ｑの尺度として表し、ここで
【数１３】
2014530068.tif 000015
であり、ｔｒはＴＭＳ励起パルスの立ち上がり時間である。
【００４２】
（ｄ）刺激量を、ブロック１１２において、Ｊ／ｍ３で表される、位置（ｉ，ｊ，ｋ）における単位体積当りで消散する電磁場Ｗのエネルギー密度の尺度として表し、ここで
【数１４】
2014530068.tif 000016
であり、ｔｒは経頭蓋磁気刺激パルスの立ち上がり時間であり、σは導電率である。
【００４３】
（ｅ）刺激に対するヒトの脳内の刺激量の大きさを、ブロック１１４において、℃で表される、位置（ｉ，ｊ，ｋ）における温度上昇Ｑの尺度として表すことができる。
【００４４】
（ｆ）刺激に対するヒトの脳内の刺激量の大きさを、ブロック１１６において、位置（ｉ，ｊ，ｋ）におけるＷ／ｋｇで表される比吸収率ＳＡＲの尺度として表すことができ、ここで
【数１５】
2014530068.tif 000017
であり、ρはＪ／ｍ３で表される位置（ｉ，ｊ，ｋ）における密度である。
【００４５】
さらに、単独で又は直接的な刺激量計算に加えて、刺激からの刺激量を確定するために、１つ又は複数の二次的な考慮事項及び／又は入力がある場合がある。例えば、神経膜電位の推定される変化を考慮することができる。
【００４６】
近傍の散乱もまた考慮することができる。散乱は、一般に推定される散乱とすることができるか、又は、脳の解剖学的構造によって決めることができる。例えば、セグメント化ＭＲＩが利用される場合、脳内で種々のタイプの組織及び物体を識別することができる。種々のタイプの組織及び物体が刺激及び散乱に対して異なるように反応するため、特定の組織又は物体の特性を考慮することができる。さらに、異なるタイプの組織及び物体の間の境界は、刺激の希釈に対して、特に散乱に対して明確な影響を与える。
【００４７】
或る特定の実施形態では、各ボクセル又はボクセル群は、それらの対応する既知の、推定された又は推測された組織／物体タイプに関連している。これらのボクセル群は、機能的近傍を生成することができる。例えば、灰白質を表すボクセル群に隣接する髄液を表すボクセル群がある場合がある。灰白質の特定領域が刺激されると、機能的近傍における近傍の灰白質は、その領域に対する累積された刺激量において考慮することができる或る特定の所定の散乱効果を受けることになる。その領域に隣接する近傍の髄液は、物体及び／又は境界の状態の差に基づいて異なる散乱効果を有することになる。したがって、散乱をより正確に推定し考慮することができる。刺激の分散、散乱、蓄積及び／又は減衰に対して影響を与える他のタイプの解剖学的構造の情報を、二次的な考慮事項に同様に組み込むことができる。
【００４８】
そして、ブロック１１８において、上述した定義、その派生物及び／又は二次的考慮事項のうちの１つ又は複数の結果を、行列Ａにおける変数の配列としてマッピングすることができる。
【００４９】
増幅（ｇ）関数を求めるために、次いで、ブロック１２０において、蓄積された量を求めるように、上述した求められた刺激量が集計される。
【００５０】
これに関して、全体的な更新規則は、
【数１６】
2014530068.tif 000018
であり、ここで、
【数１７】
2014530068.tif 000019
は、蓄積された結果、サンプル及びタイムスタンプを新たな蓄積された結果にマッピングし、
【数１８】
2014530068.tif 000020
は、蓄積された結果及び２つのタイムスタンプを新たな蓄積された結果にマッピングする。直観的に、ｇは増幅を表し、ｄは減衰を表す。蓄積された量の増幅は、瞬間的な外部事象、すなわちサンプルの確定によって決まる。減衰は、外部事象がない場合に発生し、ｔとｔ’との時間差を使用して増幅の幾分かを取り消す。
【００５１】
実際には、関数ｇ及びｄは、極めて単純である可能性があり、例えば以下の通りである。
【数１９】
2014530068.tif 000021
【００５２】
特定のタイプの増幅関数ｇ及び／又は減衰関数ｄを、例えば蓄積された量に従って選択することができる。例えば、指数関数的減衰は、多種多様の状況で発生し、これらのうちの大部分は、自然化学の領域になる。例えば、１つの温度の物体が別の温度の媒体に曝露されると、その物体と媒体との間の温度差は、或る特定の条件が満たされると指数関数的な減衰を辿る。ｇ及びｄが上記のように厳密に公式化される、すなわち、成分Ａｉ，ｊ，ｋの近傍Ａ．，．，．がＡｉ，ｊ，ｋの更新に影響を与えないという意味で、増幅及び減衰が完全に局所的である限り、上述した計算を、各Ａｉ，ｊ，ｋに対して並列に行うことができることが理解されるべきである。この結果は、ｇ及びｄの具体的な選択、例えば線形、指数関数的等に関らず成り立つ。
【００５３】
これに関して、本発明の更なる実施形態では、近傍を、計算に影響を与えるように作成することができ、例えば、ｇにおいて近傍にわたるローパスフィルタリングを使用して、
【数２０】
2014530068.tif 000022
における雑音を低減することができる。
【００５４】
行列Ａを使用することにより、上記計算は大量のメモリを必要とする可能性がある。各
【数２１】
2014530068.tif 000023
がメモリのＢバイトを占め、各タイムスタンプが４バイトを占めるとすると、各
【数２２】
2014530068.tif 000024
はＢ＋４バイトを占め、行列ＡはＭ×Ｎ×Ｋ×（Ｂ＋４）バイトを占める。ＭＲＩ画像にわたって蓄積する単純な方向のない量は、２５６×２５６×２５６×（４＋４）＝１２８メガバイトを必要とする可能性がある。同様の画像にわたるより複雑な詳細な量は、約２５６×２５６×２５６×（２４＋４）＝４４８メガバイトを必要とする可能性がある。
【００５５】
基本的な方法で実施される行列Ａは、実質的な量のメモリを必要とする可能性があるため、本明細書では、メモリ消費量を低減する方法が記載されている。行列Ａにおいて、（成分Ａｉ，ｊ，ｋによって含まれる値の対
【数２３】
2014530068.tif 000025
の）ベクトル
【数２４】
2014530068.tif 000026
の値が空間にわたって（すなわち、ｉ、ｊ、ｋにわたって）滑らかに変化する場合、十分に正確かつコンパクトなＡの近似を生成するために放射基底関数を使用することができる。
【００５６】
図２を参照すると、Ａの関連する近似に対するカーネルを確定する例示的な方法が全体として参照符号２００によって示されている。図２の方法は、空間にわたって
【数２５】
2014530068.tif 000027
の値が滑らかに変化する場合、及び／又はメモリ資源に制約がある場合に特によく適している。
【００５７】
方法２００によれば、ブロック２０２において、対象の脳に経頭蓋磁気刺激パルスが印加される。基底関数、すなわちカーネルが、近似に使用されるために選択される。カーネルを、種々の基底関数、ほとんどの場合指数関数から選択することができる。本実施形態に関して、次いで、ブロック２０４において、ヒトの脳に対する刺激パルスの累積効果の多変量ガウス関数が確定され、カーネルとして利用される。ステップ２０４においてカーネルが利用可能な組から確定されない場合、本実施形態の方法は、適切な多変量ガウス関数を確定するようにステップ２０６〜２２０に続く。
【００５８】
ガウス関数に関して、ブロック２０６及び２０８において求められるパワー変数及び規格化変数が提供される。ブロック２０６におけるガウス関数のパワー変数の確定に関する限り、ブロック２１０において、脳の各刺激部分に対して、１つ又は複数の累積刺激量的効果の増幅、減衰及び／又は累積量が求められる。言い換えれば、位置
【数２６】
2014530068.tif 000028
に対して刺激投入量が求められる。
【００５９】
ブロック２１３において、上述した刺激投入位置と算術平均との間の、例えば３次元空間における空間的差異が求められる。言い換えれば、位置
【数２７】
2014530068.tif 000029
と対応する重心
【数２８】
2014530068.tif 000030
位置との間の差が求められ、上記重心は３次元ベクトル［ｉ，ｊ，ｋ］Ｔである。ｈ次元の場合、以下の通りである。
【数２９】
2014530068.tif 000031
【００６０】
ブロック２１４において、上述した位置と算術平均との間の空間的差異に、Ｃとしても知られるガウス関数の共分散行列の逆行列、すなわちＣ−１が乗ぜられる。
【００６１】
上記に加えて、その後、上述した差異に更に重み付け変数が乗ぜられる。特に、本実施形態における重み付け変数は−１／２である。
【００６２】
ブロック２０８において規格化変数を求める際、ブロック２１８において、共分散行列の行列式の逆比、すなわち｜Ｃ｜が求められる。さらに、ブロック２２０において、この比に所定の重み付け変数が乗ぜられる。特に、２π３／２の重み付け変数が必要である。
【００６３】
上で求められたパワー変数及び規格化変数に関して、Ａの以下の近似方法（上述したように、Ａが多量のメモリを消費し、ベクトル
【数３０】
2014530068.tif 000032
の値が空間にわたって滑らかに変化する場合に特に有用である）に対して、以下のようにカーネルが与えられる。
【数３１】
2014530068.tif 000033
【００６４】
図３を参照すると、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果に対するＡの近似を求める方法の続きが、全体として参照符号３００によって示されている。
【００６５】
方法３００は、ブロック３０２において、脳に対して経頭蓋磁気刺激パルスを印加することを含む。本実施形態では関数Ａが近似されるため、ブロック３０４において、１つ又は複数の経頭蓋刺激パルスの効果の放射基底関数が求められ、詳細な説明は図２に関して先に示されている。本方法は、ブロック３０６において対象の脳内の所定位置の各々の重みベクトルを求めることと、ブロック３０８において、行列の対角線上で各位置の各重みベクトルの成分を含む正方行列を求めることとを含む。
【００６６】
ブロック３０８に示すように、正方行列を求めることに関して、ステップ３１０において、カーネル関数の集合を使用する累積効果の近似が求められる。
【００６７】
カーネルの集合Ｚを使用するデータ点
【数３２】
2014530068.tif 000034
に対する全体的な近似は以下のように計算される。
【数３３】
2014530068.tif 000035
式中、
【数３４】
2014530068.tif 000036
は、第ｌカーネル
【数３５】
2014530068.tif 000037
に割り当てられた重みベクトルであり、
【数３６】
2014530068.tif 000038
は、主対角線に
【数３７】
2014530068.tif 000039
の成分がある正方行列である。
【００６８】
カーネルの集合Ｚの数字サイズを、自由に選択することができ、又は事前に確定することができる。集合のサイズは、位置ｘの総数に等しいか、それより多いか又はそれより少ない場合がある。カーネルの数が位置ｘの総数より少ない場合、単一のカーネルは面積、すなわち複数の個々のデータ点
【数３８】
2014530068.tif 000040
を表すことができる。
【００６９】
本発明の更なる実施形態では、累積刺激量的効果を、コンピューターシステムの従来のプロセッサで実行されるように動作可能な機能モジュールとして計算することができ、機能モジュールは、コンピュータープログラムの例としての形態である。
【００７０】
上記実施形態に関して、機能モジュールを通して実施されることが求められるアルゴリズムは、以下の特徴的な特性のうちの幾つか又は全てを含むことができる。
・オンラインアルゴリズム及び／又はバッチアルゴリズム、すなわち近似が、１つずつ連続的に構築される。
・各反復中に最も古いカーネルを除去する削除技法による一定数のカーネル。
・Ｚが減衰速度を考慮して十分に大きい場合、（１）の減衰関数は最も古いカーネル（複数の場合もあり）を無関係にする傾向があるという推定に基づく、削除技法（発見的方法）。
【００７１】
以下の例が与えられる。
Ｚを、各々が何らかのｉ、ｊ、ｋに中心を置く放射基底カーネルの何らかの初期集合とする。
ｔ：＝０を初期タイムスタンプとする。
発生の順に各新たな事象
【数３９】
2014530068.tif 000041
に対し
【数４０】
2014530068.tif 000042
【００７２】
上記、最も古いカーネルは、単に最も長い間Ｚにあったカーネルであり、すなわち、更なる事象
【数４１】
2014530068.tif 000043
を処理するためにＺ内の他のカーネルは使用されていない。この場合、選択を、任意の数の適用可能な手段に基づいて無作為化するか又は選択することができる。
【００７３】
上に例示した方法に関して、マップ値を生成するマップ関数ｆ、例えばｆ（ｉ，ｊ，ｋ）＝Ａｉ，ｊ，ｋ又はｆ（ｉ，ｊ，ｋ）＝ｒｂｆ（ｉ，ｊ，ｋ；Ｚ）がある。これに関して、マップ値はスカラー又はベクトルの場合があることが理解されよう。
【００７４】
そして、確定されたマップ値を、システムのユーザーに有用な方法で通信することができる。これに関して、汎用可視化（general visualization）及び目的指向型可視化（goal-based visualization）と呼ばれる２つのタイプの可視化を、個々に又は組み合わせて提供することができる。
【００７５】
特に、上述した２つの形態の表現に関して、汎用可視化は、情報をそのままに、例えば、十分な形態で提示する。目的指向型可視化内では、目的により、いずれの情報が必須であるものとして提示されるか、及びいずれの情報が目的に無関係であるものとして扱われる、例えば削除されるかが決まる。汎用可視化形態は、探索的研究に対して特に有用であり、一方で目的指向型可視化形態は、送達された刺激量を検証する等、より的が絞られた臨床作業に対して特に有用である。
【００７６】
図４を参照すると、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ又は複数の刺激量的効果を表現する方法が例示されている。この方法に関して、ブロック４０２において、確定された累積刺激量的効果を表すスカラーマップが、スカラー値として提供される。そして、ブロック４０４において、スカラーマップ値は、刺激パルスが与えられた対象の脳の可視化マップにおいて明るい色の形態のマップ値として表される。特に、例えば脳の剥離図又は脳の切断（セクター）図として例示されるように、ナビゲーション脳刺激（navigated brain stimulation）ソフトウェア（Ｎｅｘｓｔｉｍ  ＮＢＳ等）によって提供される可視化面において、色が付けられる。
【００７７】
より詳細には、ブロック４０６に示すように、スカラーマップ値における大きい値は明るい色として示され、ブロック４０８に示すように、スカラーマップ値における小さい値は暗い色として示される。使用者が、ナビゲーション脳刺激ソフトウェアによって同時に示されるマップ値又は下にある解剖学的構造のいずれかに的を絞ることができるように、可視化面の透過度を変化させるよう、別個の視覚スライダーを使用することができることが理解されよう。
【００７８】
色は特に優れた視覚的表現を提供するが、異なるグレー値、色付き及び／又は色なし輪郭、参照符号（例えば、数字、アルファベット（letters）、文字（characters）等）等を、異なる色ともに又はその代りに使用することができる。
【００７９】
本発明の或る特定の実施形態の別の態様に関して、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果を表現する更なる方法が、全体として参照符号５００によって示されている。
【００８０】
本方法の第１のステップによれば、ブロック５０２において、ヒトの脳に対して経頭蓋磁気刺激を与えることによる刺激量的効果が確定される。そして、使用者は、表現に対する目的を指定することができ、ブロック５０４において、目的を関数
【数４２】
2014530068.tif 000044
として表すことができる。目的を受け取ることに応じて、本方法は、マップ位置及びその位置のマップ値を、位置及び値が目的を満たさない場合はゼロに、位置及び値が目的を満たす場合は１に変換することを含む。
【００８１】
単純ではあるが有用な目的は、ｆ（ｉ，ｊ，ｋ）＞２０Ｖ／ｍであるときはいつでも、ボクセルｉ、ｊ、ｋに対して満たされる目的である。言い換えれば、最も単純な形態である目的指向型可視化は、ブロック５０６に例示するように、指標、例えば明るい色を使用して、治療のために最小刺激量を受け取った脳の部分を描くことができる。このように、使用者は、脳の全ての関連部分が明るい色によって描かれるまで刺激し続けることができる。この方法に関して、使用者が最大刺激量を定義しモニタリングするよう望んだ場合、より大きい閾値を指定することができ、使用者は、脳領域に対して、その領域に明るいスポットが現れ始めた直後に刺激を与えるのを停止することができることが理解されよう。目的に対して単に２つの色分けを使用することにより、最大刺激量及び最小刺激量の両方を同時に容易にモニタリングすることができることが更に理解されよう（目的指向型可視化では、広範なカラーマップ及び不要な色等の無関係な情報は可視化されず、各特定の目的は、その目的を満たす領域の最上部に現れる明確な色を有することを想起されたい）。
【００８２】
上述した方法に関して、明るい色が大きいマップ値を示し暗い色が小さい値を示すようにカラーマップを使用することが適切である場合があることが理解されよう。上述した方法を通して描かれるマップはベクトルを含むため、カラーマップを設計することはより困難になることが理解されよう。
【００８３】
上述した問題に対する提案される解決法は、マップの次元削減に基づく。これに関して、図６を参照すると、次元削減を使用する、対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果を表現する更なる方法が、全体として参照符号６００として示されている。
【００８４】
最初に、ブロック６０２において、経頭蓋磁気刺激を与えることによる刺激量的効果が確定される。ブロック６０４において、使用者は、例えば、ブロック６０６においてＧＵＩを用いて矢印を方向付けるか、又はブロック６０８においてナビゲーション脳刺激ソフトウェアの３次元図に２つの端点をマークすることにより、ベクトルを定義する。第２に、ブロック６１０において、コンピューターシステムにおける機能モジュールを使用して、提供されるベクトルの定義に対し、スカラー値投影
【数４３】
2014530068.tif 000045
が求められる。最後に、ブロック６１２においてスカラーマップが脳のマップ上で可視化されたため、スカラー値投影が可視化される。
【００８５】
この方法の実施形態例では、脳のマップは、電場又は電流のベクトル和を含むことができる。この実施形態では、使用者は、電場又は電流の刺激投入が対象となる解剖学的特徴に向けられた脳の領域を可視化することを望む場合がある。
【００８６】
更なる実施形態に関して、コンピューターシステムの機能モジュールによって生成される可視化面において、より複雑な目的を、ナビゲーション脳刺激コンピュータープログラムの例示的な形態で表現し色付けすることができることが理解されよう。
【００８７】
例えば、上述したモニタリング例に関して、システムを、刺激投入の方向が重要であるように拡張し改良することができる。このように、使用者は、モニタリングを使用して、いずれかの特定の向き及び大きさの刺激投入を回避することができ、又は使用者は、脳の各部分が全ての向きにおいて最小刺激量を受けることを確実にしようとすることができる。
【００８８】
本発明の別の実施形態に関して、上述した可視化方法の結果を、ＤＩＣＯＭフォーマット（ＤＩＣＯＭ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｒｅｐｏｒｔ−ｔｙｐｅ［５］、場合によってはＲＴ拡張付）に保存するか又は変換して、結果が市販のＤＩＣＯＭ対応ワークステーションで即時に使用可能であることを確実にすることができる。
【００８９】
図７を参照すると、図１〜図６に関して例示した方法を実施することができるシステム７００が示されている。特に、ナビゲーション脳刺激（ＮＢＳ：Navigated Brain Stimulation）ソフトウェアが、対象の脳の特定の位置の刺激を確実にする。対象の脳の機能の一部をマッピングするために、任意の刺激の特定の位置も正確に知るべきである。したがって、ＮＢＳは、刺激デバイス７１０の位置、又は少なくとも対象の頭部及び／又は脳に関する刺激デバイス７１０の相対位置を知るために、７１２等の追跡システム及び追跡ソフトウェアを利用する。
【００９０】
刺激デバイス７１０の位置を特定することができる幾つかの方法が知られており、幾つかは、少なくとも、引用することにより本明細書の一部をなすものとする、米国特許出願公開第２００８／０５８５８２号「Transcranial magnetic stimulation induction coil device with attachment portion for receiving tracking device」により詳細に記載されている。これらの方法のうちの少なくとも幾つかは、刺激デバイス７１０上の又は刺激デバイス７１０に取り付けられたマーカーを追跡することを含む。さらに、例えば、引用することにより本明細書の一部をなすものとする、米国特許出願公開第２００５／０７５５５６０号「Stereotactic frame and method for supporting a stereotactic frame」に記載されているように、マーカーを、対象の頭部の１つ又は複数の位置に取り付けることができる。
【００９１】
マーカーが、刺激デバイス７１０及び／又は対象の頭部の追跡に使用される場合、マーカーのうちの少なくとも幾つか又は全てを認識することができる追跡システム７１２が利用される。例えば、使用されるマーカーが赤外光を反射することができる場合、追跡システム７１２は、赤外線追跡システムであるか、又は少なくとも赤外線追跡システムを組み込む。こうした赤外線追跡システムは、追跡された目標物に対して３次元環境で空間的に位置を特定することができる、赤外線カメラ等、１つ、２つ又はそれより多くの赤外線追跡装置を含むことができる。
【００９２】
刺激デバイス７１０及び対象の頭部を追跡する他の方法は、上述した刊行物に記載されている。さらに、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本システムで利用することができる目標物を追跡する方法を認識するであろう。こうした方法は、例えば、可視光を取り込み及び／又は記録し、視覚的マーカー、光反射性マーカー、ＬＥＤ及び／又は目標物自体を追跡することができる少なくとも１つのカメラを含む追跡システム７１２を含む。
【００９３】
或る特定の実施形態では、刺激デバイス７１０と対象の頭部及び他の任意の所望の追跡目標物（複数の場合もあり）との両方を追跡する単一追跡システム７１２がある。或る特定の他の実施形態では、或る特定の目標物を追跡するために、２つ以上の追跡システム７１２が利用されるか、又は１つ又は複数の目標物がそれら自体の追跡システム（図示せず）を有する。そして、追跡システム（複数の場合もあり）からの情報は、ＮＢＳナビゲーションソフトウェアに送信される。
【００９４】
追跡システム７１２からの追跡データはＮＢＳナビゲーションソフトウェアに入力され、それにより、ＮＢＳナビゲーションソフトウェアは、オペレーターディスプレイ７０４のＮＢＳ部７０６にＮＢＳ情報を表示することができる。ＮＢＳディスプレイ７０６は、オペレーターに対して、対象の頭部に関する刺激デバイス１１０の位置を示すことができる。さらに、ＮＢＳディスプレイ７０６は、少なくとも１つの頭部モデルを利用して、刺激デバイス７１０の位置に基づいて対象の脳の実際の刺激位置及び／又は投影された刺激位置を示すことができる。頭部モデルの例は、対象のＣＴ、対象のＭＲＩ、同様の対象のＣＴ若しくはＭＲＩ又は標準頭部である。引用することにより本明細書の一部をなすものとする米国特許第７，７２０，５１９号「Method for three-dimensional modeling of the skull and internal structures thereof」は、ＮＢＳナビゲーションにおいて頭部モデルを選択し利用する幾つかの方法を開示している。
【００９５】
ＮＢＳナビゲーションソフトウェアは、刺激ツールを剛体として示し、コイル及び患者頭部の電磁特性をリアルタイムで又はオフラインでモデル化することにより予測された脳の活動を示すことができる。これらのモデルを、球体モデリング、境界要素法又は有限要素法等の既知の生体電磁法を適用することによって得ることができる。幾つかの追加の機能は、実施形態例に関して、かつ、引用することにより本明細書の一部をなすものとする米国特許出願第１１／８５３２３２号「A method for visualizing electric fields on the human cortex for the purpose of navigated brain stimulation」及び同第１１／８５３２５６号「Improved accuracy of navigated brain stimulation by online or offline corrections to co-registration」にもより詳細に記載されている。さらに、当業者は、本発明の範囲から逸脱しない、本明細書に記載したＮＢＳナビゲーションソフトウェア及び追跡システムに対する変更を理解するであろう。
【００９６】
上記に加えて、本発明は、ｒＴＭＳにおいて更に短期的用途がある。これに関して、本発明には、局所化されたか又は記憶に基づく、すなわち効果が経時的に蓄積するか又は減衰するという意味で「記憶」を有する、用途を含む、治療プロセスに関連する更なる商業的可能性があることを予測することができる。
【００９７】
さらに、本発明の更なる実施形態があり、そこでは、対象の脳内の１つ又は複数の所定位置に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、所定時間にわたる１つ又は複数の累積効果を近似する別の方法が提供され、上記方法は、
脳に１つ又は２つ以上の経頭蓋磁気刺激パルスを印加するステップと、
上記対象の脳内の上記１つ又は複数の位置の各々に対して、脳に対する上記１つ又は複数の経頭蓋磁気刺激パルスの効果の放射基底関数を求めるステップと、
を含むことが理解されよう。
【００９８】
本発明の一実施形態では、上記放射基底関数を求めるステップは、
１つ又は複数のカーネルのうちの１つ若しくは複数又は各々に対して重みベクトルを求めるステップと、
正方行列を求めるステップであって、正方行列は、この正方行列の対角線上の上記カーネルの各々に対して求められた上記重みベクトルの各々の成分を含む、ステップと、
を含む。
【００９９】
本発明の一実施形態では、上記正方行列を求めるステップは、
上記累積効果の上記増幅の算術平均を求めるステップと、
上記１つ又は複数の累積効果の多変量ガウス関数の共分散行列を求めるステップと、
を含む。
【０１００】
さらに、本明細書では、特定の実施形態の例示的な一組の条項が記載されている。第１項：対象の脳内の少なくとも１つの位置に経頭蓋刺激を与えることによる１つ又は複数の累積効果を確定する方法であって、この方法は、上記脳内の上記少なくとも１つの位置に少なくとも１つの経頭蓋刺激パルスを印加するステップと、脳内の１つ又は複数の影響を受けた位置に対して上記少なくとも１つの経頭蓋刺激パルスからの経時的な累積刺激量を確定するステップと、上記確定を変数の配列を有する数学的オブジェクトにマッピングするステップであって、上記変数の各々は脳内の影響を受けた位置における上記確定を表す、ステップとを含む。
【０１０１】
第２項：第１項による方法であって、経時的に累積刺激量を確定するステップは減衰成分を含む。第３項：第１項又は第２項による方法であって、上記経頭蓋刺激は磁気刺激の形態である。第４項：先行する条項のうちのいずれかによる方法であって、上記経頭蓋刺激は、高周波刺激、超音波刺激及び／又は光刺激の形態である。
【０１０２】
第５項：先行する条項のうちのいずれかによる方法であって、この方法は、上記脳内の各影響を受けた位置における上記１つ又は複数の累積効果の増幅及び減衰を示す蓄積された量を確定するステップを更に含む。
【０１０３】
第６項：先行する条項のうちのいずれかによる方法であって、確定された累積刺激量は、少なくとも部分的に、経頭蓋刺激パルスからもたらされる電場、上記対象の脳内において誘導された組織電流密度、上記対象の脳内の上記１つ又は複数の位置における単位体積当りで消散した電磁場のエネルギーの密度、上記１つ又は複数の位置における温度の上昇、対象の身体的反応、対象の言語反応、対象の認知反応、及び／又は上記１つ若しくは複数の位置における特定の吸収速度又はそれらの組合せに基づく。
【０１０４】
第７項：所定時間にわたる、上記対象の脳内の１つ又は複数の位置に経頭蓋刺激を与えることによる１つ又は複数の累積刺激量的量を確定する方法であって、この方法は、脳に複数の経頭蓋磁気刺激パルスを印加するステップと、上記１つ又は複数の位置の各々における上記刺激パルスの各々の刺激量を確定するステップと、上記１つ又は複数の位置の各々における１つ又は複数の事前に決められた外部事象の存在又は不在を通して、所定時間内の上記対象の身体的反応を測定するステップと、少なくとも確定された刺激量及び減衰係数に基づいて、上記対象の脳内の上記１つ又は複数の位置の各々に対して上記脳の上記反応の蓄積を近似するステップとを含む。
【０１０５】
第８項：第７項による方法は、上記近似された１つ又は複数の刺激量的効果をスカラーマップ値として表すステップと、上記対象の脳のマップの可視化において上記スカラーマップ値を１つ又は複数の色及び／又は輪郭として表すステップとを更に含む。第９項：第８項による方法であって、上記スカラーマップ値における大きい値は脳のマップの上記可視化において明るい色として表され、上記スカラーマップ値における小さい値は、脳のマップの上記可視化において上記明るい色より著しく暗い色として表される。第１０項：先行する条項のいずれかによる方法は、目的を受け取るステップであって、上記目的により、必須である情報と、無関係であるものとして除去されるべき情報とが決まる、ステップと、上記目的を、上記対象の脳のマップの可視化の領域において明確な色等、明確な指示で表すステップとを更に含む。
【０１０６】
第１１項：対象の脳に経頭蓋磁気刺激を与えることによる、確定又は近似された１つ若しくは複数の刺激量的効果を、使用者に示す方法であって、この方法は、使用者からベクトルの定義を受け取るステップと、ベクトルの上記定義に対して１つ又は複数のスカラー値端点を求めるステップと、上記対象の脳のマップの可視化においてスカラー値投影を１つ又は複数のスカラーマップとして可視化するステップとを含む。
【０１０７】
第１２項：第１１項による方法であって、電場又は電流の１つ又は複数のベクトル和に関するベクトルの定義を使用者から受け取ることに応じて、スカラー端点を可視化するステップは、上記対象の脳の１つ又は複数の領域の可視化を含み、電場又は電流の刺激投入は、対象となる上記対象の脳の解剖学的特徴に向けられる。
【０１０８】
第１３項：対象の脳に１つ又は複数の経頭蓋磁気刺激パルスを印加することによる１つ又は複数の累積効果を確定するように動作可能な装置であって、上記装置は、対象の脳に上記１つ又は複数の経頭蓋刺激パルスを印加するように動作可能な刺激器と、表示デバイスを含むコンピューターシステムと、対象の頭部及び／又は脳に対する上記コイルの位置及び位置合せを特定する位置特定手段と、刺激に応じて１つ又は複数の外部事象の存在又は不在を確定する測定手段と、有効刺激量を確定するように、経頭蓋磁気刺激パルス列の刺激量を、上記脳に対する上記１つ又は複数の経頭蓋磁気刺激パルスの反復率で重み付けする手段とを備える。第１４項：第１３項による装置であって、確定された有効刺激量は減衰成分を含む。
【０１０９】
本明細書に記載した例及び実施形態は、本発明を例示するのに役立つように意図されており、限定する例としては意図されていない。本明細書に開示した具体的な実施形態及び例からの要素の多数の変形及び組合せを、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって達成することができる。さらに、当業者には既知であるが本明細書に開示されていない変更及び技法を、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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