(57)【要約】頭部の表面の現実的表現と頭部の表面の理想的表現とを組み合わせることによって、対象者の頭部の表面の下方のある深さの脳の一部を表す視覚化面を形成する。組み合わせは、深さの関数であり、対象者の実際の頭部の表面に存在する視覚化面の凹凸を最小限にするよう実行される。ディスプレイは、脳の３次元画像に重なる視覚化面と、頭部の表面の上方に配置された経頭蓋磁気刺激（「ＴＭＳ」）誘導コイル装置によって視覚化面の領域に誘起される電場と、ＴＭＳコイル装置とを示す。ディスプレイを見ることによって、ＴＭＳコイル装置の使用者は、選択した深さの脳の標的部位に関して、頭部の表面に対してＴＭＳコイル装置を対話形式で配置することが可能であり、ＴＭＳコイル装置が選択した深さに対応する視覚化面に最大電場を誘起する位置を判断し得る。【選択図】図１Ａ
2010503440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
経頭蓋磁気刺激（「ＴＭＳ」）で使用するために脳の一部の表現を形成するための方法であって、
頭部の表面の現実的表現を形成するステップと、
前記頭部の表面の理想的表現を形成するステップと、
前記現実的及び前記理想的表現を組み合わせて視覚化面を形成するステップであって、前記視覚化面が、前記頭部の表面の下方のある深さにおける前記頭部の中の前記脳の一部を表すステップと、
前記視覚化面を表示するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２】
さらに、前記視覚化面に基づいて、ＴＭＳ誘導コイル装置によって前記脳の一部の前記深さに誘起される電場を計算するステップと、
前記視覚化面に前記誘起される電場を表示するステップと、
を具えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記視覚化面に関連して配置された前記ＴＭＳコイル装置と、前記頭部の表面の現実的表現に相当する前記頭部の表面の表現と、前記頭部の３次元的な表現と、を表示するステップを具えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記ＴＭＳコイル装置によって刺激される前記視覚化面の標的部位に関する前記頭部の表面に対する前記ＴＭＳコイル装置の位置を表す情報を提供するステップを具えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＴＭＳコイル装置の位置が、前記標的部位に関する視覚化面上の１つの最大電場を特定するステップを実施した後に、与えられ又は自動的に記憶されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記誘起される電場の最大および最小が前記視覚化面上に表示されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記組み合わせるステップが、前記深さの関数である第１及び第２の重み付けで前記現実的及び理想的表現をそれぞれ重み付けするステップと、
前記第１及び第２の重み付けによってそれぞれ重み付けされた前記現実的及び理想的表現を組み合わせて、スケーリングされていない視覚化面を形成するステップと、
前記深さに基づいて前記スケーリングされていない面をスケーリングし、前記視覚化面を形成するステップと、
をさらに具えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び第２の重み付けが、前記深さの一次関数によって決定され、
前記第１及び第２の重み付けの総和が１に等しく、前記第１及び第２の重み付けのそれぞれが、ゼロ未満ではなく又は１よりも大きくないことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の重み付けが前記深さが増加するにつれて減少し、
前記第２の重み付けが前記深さが減少するにつれて減少することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記理想的表現が楕円体であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記視覚化面が略凸面であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記現実的表現が、複数の多角形によって規定され前記頭部の３次元的な画像によって形成される多面体面のメッシュであり、前記方法が、さらに、
前記面のメッシュを含む最小の凸面メッシュを形成するステップと、
前記頭部の下部に対応する前記凸面メッシュの多角形から、所定の領域を越える領域を有する多角形（「大多角形」）及び前記大多角形と頂点を共有する多角形を除去して、頭皮メッシュを形成するステップと、
前記頭皮メッシュに基づいて前記理想的表現を形成するステップと、
を具えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、前記頭皮メッシュに基づいて理想的表現を形成するステップが、
前記頭皮メッシュのすべての多角形の頂点に基づいて前記脳の重心を計算するステップを具えており、
前記理想的表現が、前記重心の周りに形成されて前記頂点に合わせられることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記理想的表現が、楕円体であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記理想的表現が、複数の理想的表現で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記理想的表現が、ｎ個の複数の理想的表現ｉｄｅａｌｉｚｅｄｎから形成され、前記表現ｉｄｅａｌｉｚｅｄｎのそれぞれが、第２の重み付けＷｉｄｅａｌ−ｎを有しており、前記重み付けＷｉｄｅａｌ−ｎが、前記脳の所定の部分に関連して前記面メッシュ上のポイントから対応する前記表現ｉｄｅａｌｉｚｅｄｎへのベクトルＶの投影位置の関数であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
前記現実的表現が、前記頭部の解剖学的な形態を表す磁気共鳴画像データから得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、前記視覚化面と前記頭部の表面の前記現実的表現とを比較するステップと、
前記比較に基づいて前記視覚化面と前記現実的表現との間の差を計算するステップと、
前記差が所定の閾値を超える場合に、前記現実的及び理想的表現と調整とを組み合わせることによって、新たな視覚化面を形成するステップと、
を具えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記調整が微分関数であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記視覚化面を形成するために組み合わせるステップが、さらに、前記深さの関数である第１及び第２の重み付けで前記現実的及び理想的表現をそれぞれ重み付けするステップを具えており、
前記新たな視覚化面を形成するために組み合わせるステップが、前記深さの関数である第１及び第２の重み付けから成る前記重み付けを調整するステップを具えていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記組み合わせが、少なくとも１の最適化基準及び制約の関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記制約が、前記脳の中の関心のある領域及び前記脳の中の関心のある領域に関する前記頭部を表す画像データの質の関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、前記頭部の表面に対する前記ＴＭＳコイル装置の実際の位置及び前記視覚化面に誘起される電場の計算結果に基づいて、前記頭部に対する前記ＴＭＳコイル装置の位置及び方向を制御するための制御情報を生成して、前記視覚化面に誘起される電場の一定の振幅を保持するステップと、
を具えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
経頭蓋磁気刺激（「ＴＭＳ」）で使用するために脳の一部の表現を形成するための装置であって、
コンピュータが読み込み可能な媒体に符号化された処理を実行するための処理装置を具えており、当該処理が、
頭部の表面の現実的表現を形成するステップと、
前記頭部の表面の理想的表現を形成するステップと、
前記現実的及び前記理想的表現を組み合わせて視覚化面を形成するステップであって、前記視覚化面が、前記頭部の表面の下方のある深さにおける前記頭部の中の前記脳の一部を表すステップと、
前記視覚化面の表示を与えるステップと、
を具えることを特徴とする装置。
【請求項２５】
さらに、前記処理が、
前記視覚化面に基づいて、ＴＭＳ誘導コイル装置によって前記脳の一部の前記深さに誘起される電場を計算するステップと、
前記視覚化面に前記誘起される電場の表示を与えるステップと、
を具えることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
さらに、前記処理が、前記視覚化面に関連して配置された前記ＴＭＳコイル装置の表示と、前記頭部の表面の現実的表現に相当する前記頭部の表面の表現と、前記頭部の３次元的な表現と、を与えるステップを具えることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
さらに、前記処理が、前記ＴＭＳコイル装置によって刺激される前記視覚化面の標的部位に関する前記頭部の表面に対する前記ＴＭＳコイル装置の位置を表す情報を生成するステップを具えていることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記ＴＭＳコイル装置の位置が、前記標的部位に関する視覚化面上の１つの最大電場を特定するステップを実施した後に、与えられ又は自動的に記憶されることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
さらに、前記処理が、前記視覚化面に誘起される電場の最大および最小の表示を与えるステップを具えていることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項３０】
前記組み合わせるステップが、前記深さの関数である第１及び第２の重み付けで前記現実的及び理想的表現をそれぞれ重み付けするステップと、
前記第１及び第２の重み付けによってそれぞれ重み付けされた前記現実的及び理想的表現を組み合わせて、スケーリングされていない視覚化面を形成するステップと、
前記深さに基づいて前記スケーリングされていない面をスケーリングし、前記視覚化面を形成するステップと、
をさらに具えることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項３１】
前記第１及び第２の重み付けが、前記深さの一次関数によって決定され、
前記第１及び第２の重み付けの総和が１に等しく、前記第１及び第２の重み付けのそれぞれが、ゼロ未満ではなく又は１よりも大きくないことを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記第１の重み付けが前記深さが増加するにつれて減少し、
前記第２の重み付けが前記深さが減少するにつれて減少することを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記理想的表現が楕円体であることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項３４】
前記視覚化面が略凸面であることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項３５】
前記現実的表現が、複数の多角形によって規定され前記頭部の３次元的な画像によって形成される多面体面のメッシュであり、前記処理が、さらに、
前記面のメッシュを含む最小の凸面メッシュを形成するステップと、
前記頭部の下部に対応する前記凸面メッシュの多角形から、所定の領域を越える領域を有する多角形（「大多角形」）及び前記大多角形と頂点を共有する多角形を除去して、頭皮メッシュを形成するステップと、
前記頭皮メッシュに基づいて前記理想的表現を形成するステップと、
を具えることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項３６】
さらに、前記頭皮メッシュに基づいて理想的表現を形成するステップが、
前記頭皮メッシュのすべての多角形の頂点に基づいて前記脳の重心を計算するステップを具えており、
前記理想的表現が、前記重心の周りに形成されて前記頂点に合わせられることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記理想的表現が、楕円体であることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記理想的表現が、複数の理想的表現で形成されていることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項３９】
前記理想的表現が、ｎ個の複数の理想的表現ｉｄｅａｌｉｚｅｄｎから形成され、
前記表現ｉｄｅａｌｉｚｅｄｎのそれぞれが、第２の重み付けＷｉｄｅａｌ−ｎを有しており、
前記重み付けＷｉｄｅａｌ−ｎが、前記脳の所定の部分に関連して前記面メッシュ上のポイントから対応する前記表現ｉｄｅａｌｉｚｅｄｎへのベクトルＶの投影位置の関数であることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項４０】
前記現実的表現が、前記頭部の解剖学的な形態を表す磁気共鳴画像データから得られることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項４１】
さらに、前記処理が、前記視覚化面と前記頭部の表面の前記現実的表現とを比較するステップと、
前記比較に基づいて前記視覚化面と前記現実的表現との間の差を計算するステップと、
前記差が所定の閾値を超える場合に、前記現実的及び理想的表現と調整とを組み合わせることによって、新たな視覚化面を形成するステップと、
を具えることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項４２】
前記調整が微分関数であることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記視覚化面を形成するために組み合わせるステップが、さらに、前記深さの関数である第１及び第２の重み付けで前記現実的及び理想的表現をそれぞれ重み付けするステップを具えており、
前記新たな視覚化面を形成するために組み合わせるステップが、前記深さの関数である第１及び第２の重み付けから成る前記重み付けを調整するステップを具えていることを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４４】
前記組み合わせが、少なくとも１の最適化基準及び制約の関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）であることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項４５】
前記制約が、前記脳の中の関心のある領域及び前記脳の中の関心のある領域に関する前記頭部を表す画像データの質の関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）であることを特徴とする請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記処理装置が、前記頭部の表面に対する前記ＴＭＳコイル装置の実際の位置及び前記視覚化面に誘起される電場の計算結果に基づいて、前記頭部に対する前記ＴＭＳコイル装置の位置及び方向を制御するための制御情報を生成し、前記視覚化面に誘起される電場の一定の振幅を保持することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００６年９月１３日に出願され、本出願の出願人に譲渡され参照することにより本書に盛り込まれている米国仮特許出願第60/825,454号の利益を要求する。
【０００２】
本発明は、概略的に経頭蓋磁気刺激に関し、特に、経頭蓋磁気刺激誘起コイル装置によって対象者の脳に誘起された電場の正確な表現の表示に関する。
【背景技術】
【０００３】
経頭蓋磁気刺激（「ＴＭＳ」）は、時間変化する磁場を発生させて脳の中に電場（「Ｅ−ｆｉｅｌｄ」）を誘起する誘起コイルを使用する。十分強い電場に晒される脳の場所の神経細胞は、活性化され又は刺激される。Ｎａｖｉｇａｔｅｄ  Ｂｒａｉｎ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ（「ＮＢＳ」）では、ＴＭＳ誘起コイル装置によって脳内に誘起された電場が、対象者の脳の解剖学的表現のグラフィックディスプレイにオーバーレイとして示される。このディスプレイを見ることによって、使用者は脳に誘起された電場を視覚化し得るため、脳に対してＴＭＳコイル装置をリアルタイムに対話形式で位置決めして、脳の標的部位を刺激する。
【０００４】
以下のデータ取得及び処理ステップは、ＮＢＳの一部として典型的に実行される。
１．対象者の頭皮又は頭部の表面のセグメント化したデータ表現が、対象者の頭部の解剖学的な形態のデータ表現から生成される。一般に、従来のＭＲＩ技術を用いて前もって取得された対象者の頭部の２次元（「２Ｄ」）磁気共鳴映像法（「ＭＲＩ」）画像のデータ表現は、その画像が少なくとも脳、頭蓋の上部及び付属の組織及び軟骨を含む場合、よく知られたソフトウェアアルゴリズムを用いて処理され、頭部の３次元（「３Ｄ」）の体積的な表現を形成する。そして、頭部の３Ｄ表現が、この場合もソフトウェアアルゴリズムを用いてさらに処理され、対象者の頭部の表面のセグメント化したデータ表現を形成する。
２．対象者の頭部に対するＴＭＳコイル装置の位置及び方向をトラッッキングし得るようトラッキング要素が実行される。従来の技術では、容易に識別可能な反射マーカ（トラッカ）が、対象者の頭部の選択したポイントに設けられ、ＴＭＳコイル装置が３Ｄ且つ自由度６でそのポイントの座標の自動的な記録が可能となる。例えば、ＴＭＳコイル装置のトラッカは、２００７年８月３０日に出願された、本出願の出願人に譲渡され参照することにより本書に盛り込まれた、ＴＲＡＮＳＣＲＡＮＩＡＬ  ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＳＴＩＭＵＬＡＴＩＯＮ  ＩＮＤＵＣＴＩＯＮ  ＣＯＩＬ  ＤＥＶＩＣＥ  ＷＩＴＨ  ＡＴＴＡＣＨＭＥＮＴ  ＰＯＲＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＲＥＣＥＩＶＩＮＧ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥに関する米国特許出願第１１／８４７，５４４号に記載されているように、ＴＭＳコイル装置に取り付けられたトラッキング装置の一部であり、従来技術のように特殊用途のカメラを用いてトラッカの座標が記録される。
３．ＴＭＳコイル装置のトラッカ及び対象者の頭部の座標を表すデータ（上記２．）を、対象者の頭部の３Ｄ表現が形成された画像データ（上記１．）と関係付ける、共に登録する処理が実行される。一般に、それぞれの耳及び鼻のポイントといった頭部のいくつかの目印が、頭部の２ＤＭＲＩ画像又は利用可能ならば３Ｄの体積的な画像から特定される。また、同じポイントが、デジタル化するペントラッカを用いることによって対象者の頭部において特定される。このような２点間の対応又は２点間の照合を実施した後に、頭部のＭＲＩ画像の座標系をトラッカの座標系に合わせる変換が計算される。例えば、少なくとも最小自乗の意味で、さらなる２点間のマッチングを実行することによって、このような変換の質を高めることができ、これによりＮＢＳの精度を改善する。
４．ＮＢＳで一般的に使用されるディスプレイでは、ＴＭＳコイル装置のグラフ表現が、特に好適にはコイルの巻線が収容されるＴＭＳコイル装置のケーシングのみが、頭皮及び選択した深さにおける脳の部分のグラフ表現に関して示され、ＴＭＳコイル装置によって脳の部分に誘起された電場が脳の部分にオーバーレイとして示される。このディスプレイは、使用者が対象者の頭部に対してＴＭＳコイル装置を操作する際に、頭部及び脳に対するＴＭＳコイル装置のケーシング、さらにはコイルの巻線の位置及び方向、及び脳に誘起された電場の視覚化した表現を使用者に提供する。共に登録する処理（上記３．）で計算される変換の質は、ディスプレイ上に示される表現の精度、さらにはナビゲーションの精度に影響を及ぼす。当技術分野でよく知られているように、コイルの巻線によって誘起された電場は、頭部の形状のモデル、例えば、参照することにより本書に盛り込まれているＲａｖａｚｚａｎｉ，Ｐ．らの「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｎｅｒｖｏｕｓ  ｓｙｓｔｅｍ：ｉｎｄｕｃｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｉｎ  ｕｎｂｏｕｎｄｅｄ，  ｓｅｍｉ−  ｉｎｆｉｎｉｔｅ，ｓｐｈｅｒｉｃａｌ，  ａｎｄ  ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｍｅｄｉａ」Ａｎｎａｌｓ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ２４：６０６−６１６，１９９６に記載されているような球形モデルを用いて、ＴＭＳコイル装置のケーシングの内部の銅の巻線の形状及び位置に基づいて計算される。そして、例えば、電場の強度を示す色を用いて脳の部分の表現上に電場が示され、使用者はＴＭＳコイル装置を操作して脳の部分の標的部位を刺激し得る。脳の部分の表現の精度は、脳の部分に誘起されディスプレイに表示される電場の表現の精度を主に決定するため、使用者がＴＭＳコイル装置を操作して脳の標的部位を刺激し得る精度に大いに影響を与える。
【０００５】
ＴＭＳの効果が、脳の標的部位での電場の絶対強度及び標的部位の周辺の領域に対する電場の相対強度の双方に依存することがよく知られている。このため、ＮＢＳディスプレイが、関心のある標的部位の周辺の最大電場の位置をＴＭＳコイル装置の使用者に精度良く示すことが重要である。解剖学的な理由から、選択した深さの脳の部分の関心のある周辺は、通常この周辺の上方の対象者の頭皮の部分に対して略平行に向いた面として従来技術のＮＢＳディスプレイに表現される。このため、従来技術のＮＢＳでは、複数のいわゆる視覚化面を用いて脳が表現されており、視覚化面のそれぞれが選択した深さにおける脳の一部を表現する。
【０００６】
従来技術では、ＮＢＳディスプレイが、通常頭皮の下方約２０から２５ｍｍの深さの視覚化面を示す。この視覚化面は、選択した深さでの脳の形状及び大脳皮質の構造を近似する。さらに、ＮＢＳディスプレイは、視覚化面上の最大電場の位置を含む、視覚化面に沿ったポイントに誘起された電場を示す。電場は通常着色マップとして示され、色彩は最大値に対する強度を示す。さらに、ＮＢＳディスプレイは、一般的に視覚化面に対するＴＭＳコイル装置をカラーで示す。さらに、視覚化面はまた、例えばＴＭＳコイル装置又は頭部が移動する際にリアルタイムで更新される、多角形の着色面又はテクスチャ面を用いて示される。さらに、従来技術のＮＢＳディスプレイは、ＴＭＳコイル装置及び視覚化面を任意の角度及び距離から見てもよいことが分かっている。
【０００７】
従来技術のＮＢＳでは、視覚化面が、頭皮の突起部（バンプ）、凹面、又は他の凹凸が視覚化面を実質的に等しく対応して反映するように、頭部の２ＤのＭＲＩ画像から直接的得られる。理想的には、最大電場が、頭皮に沿ったＴＭＳコイル装置の移動に対応してＮＢＳディスプレイの視覚化面に沿って移動すると予想されている。
【０００８】
しかしながら、ＴＭＳコイル装置及びＴＭＳコイル装置によって誘起される電場に対して、顕著なバンプ、突起部又は凹凸を有する視覚化面を示す従来技術のＮＢＳディスプレイでは、ＴＭＳコイル装置を対象者の頭皮に沿って徐々に移動させる場合に、視覚化面上の電場の表現が一様ではなくなり、頭皮に沿ったＴＭＳコイル装置の移動に直接的に対応しない。例えば、刺激の標的部位が視覚化面の凹面の底部にある場合、視覚化面に表示される標的部位における電場の強度は、標的部位における実際の電場の強度が周囲のポイントでの電場の強度と同じか又はほぼ同じである場合でさえも、標的部位の周囲のポイントよりもかなり弱い。ＴＭＳコイル装置によって誘起される電場が、ＴＭＳコイル装置の中のコイル巻線からの距離に従って急激に弱くなることが当技術分野でよく知られており、例えば、巻線から約２ｍｍの距離で約５から２０％弱まる。このため、視覚化面が頭皮の形状にほぼ一致する場合、最大電場が、刺激の標的部位を構成する視覚化面の凹部に位置することを示さず、むしろ、標的部位に隣接し凹部に接する視覚化面のポイントに位置することを示すであろう。このため、視覚化面が標的部位に一致する凹部を含んでいる場合、不可能ではないにせよ、最大電場が視覚化面の標的部位に位置するように、ＴＭＳコイル装置を位置決めするのが非常に難しい。
【０００９】
代替的に、視覚化面が脳の形状に厳密に一致していない場合、最大電場を誘起するよう頭部に対してＴＭＳコイル装置を正確に位置決めするようＮＢＳディスプレイを用いる目的が実現できないように、標的部位に隣接する領域が適切に配向しそうにない。
【００１０】
このため、ＮＢＳの部分としてＴＭＳコイル装置によって脳に誘起される電場を示すのに用い、選択した深さの脳の部分を正確に表し視覚化面の電場の誤った表現を防止するための、選択した深さで脳の一部分を表現する視覚化面を形成する必要性がある。
【発明の概要】
【００１１】
本発明によれば、組み合わせが、視覚化面から突起部、凹面又は他の凹凸を除去又は実質的に減らし、対象者の脳を刺激するのに使用するＴＭＳコイル装置によって視覚化面に対応する脳の部分に誘起される電場の正確な表現を提供する場合に、対象者の頭部の解剖学的な形態を表す画像データから得られる対象者の頭部の表面の現実的表現と、頭部の表面の理想的表現とを組み合わせることによって、選択した深さでの対象者の脳の一部を表す視覚化面を形成する。組み合わせに対する頭部の表面の現実的表現及び理想的表現のそれぞれの寄与は、視覚化面の深さの関数であり、組み合わせから得られる視覚化面の大きさが視覚化面の深さに基づいてスケーリングされる。
【００１２】
一実施例では、組み合わせから得られる視覚化面が実質的に凸面である。別の実施例では、頭部の表面の理想化面が、頭皮の凸領域の関数であり、頭皮に突起部、隆起部又は凹凸が無く又は実質的に無く、これらは除去又は実質的に除去されている。さらなる実施例では、頭部の表面の理想化した表現が楕円体である。
【００１３】
さらなる実施例では、組み合わせから得られる視覚化面を、頭部の表面の現実的表現と比較し、前者と後者との間の差異が所定の閾値を超える場合、組み合わせに対する現実的表現及び理想的表現の寄与を差異の関数として調整することによって、新たな視覚化面を形成する。一実施例では、差異は頭部の表面の現実的表現及び視覚化面を規定する複数の対応するポイント間の距離の平均値である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の他の目的及び利点が、同一の符号が同じ構成要素を示す添付の図面とともに考慮すべき現在において好適な実施例の以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、対象者の典型的な頭部の表面の一部分の断面図であり、頭部の表面の現実的表現及び理想化した表現に対応する視覚化面及び頭部の表面の上方に配置されるＴＭＳコイル装置によって誘起される電場の等高線を有している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す頭部の表面の一部分の拡大図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａの対象者の頭部の断面図であり、頭部の表面の現実的表現に対応する視覚化面を有している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ａの対象者の頭部の断面図であり、頭部の表面の理想的表現に対応する視覚化面を有している。
【図３】図３は、本発明に係る脳のある深さでの視覚化面を形成するための典型的な処理のフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、対象者の頭部を表す典型的な面メッシュである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明に係る図４Ａの頭部を表す典型的な頭皮メッシュである。
【図５】図５は、本発明に係る脳の視覚化面が重ねられる典型的な頭部の３次元的な表現の斜視図であり、視覚化面上にＴＭＳコイル装置によって誘起される電場を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ＮＢＳでは、対象者の頭部の解剖学的な形態を表すＭＲＩ画像データを使用して、頭部を表す３次元（「３Ｄ」）画像を形成し、さらには頭皮又は頭部の表面の下方の選択した深さにおける脳の部分を表す視覚化面を形成する。ＮＢＳディスプレイは、一般に、頭部の３Ｄ画像に重ねられた視覚化面、頭部の表面及び視覚化面に関する脳の一部の標的部位を刺激するのに用いるＴＭＳコイル装置の位置、及び視覚化面上の刺激標的部位の周囲の脳の領域に誘起された電場を示す。
【００１７】
従来技術のＮＢＳでは、形成される視覚化面の形態が、対象者の頭部の表面の実際の形態にほぼ対応する。図１Ａは、典型的な頭部１０の断面図を示しており、視覚化面１２が従来技術に従って形成されて脳の一部の視覚化面１２が頭部１０の頭皮１４の下方にあり、頭部１０の脳の部分のほぼ理想的な視覚化面３２が面１２と同じ深さにあり、ＴＭＳコイル装置１６が、頭皮１４及びＴＭＳコイル装置１６によって頭皮１４の下方の様々な深さで誘起された電場の等電位面を表す等高線１８の上方に配置されている。実際には、装置１６は通常頭皮１４の上に直接配置されているが、説明を簡単にするために、図１Ａでは頭皮１４の若干上方に配置された装置１６を示す。図１Ａを参照すると、視覚化面１２が、隆起部、突起部及び凹凸１３を有しており、頭皮１４に認められる面の形状、すなわち、隆起部、突起及び凹凸１５に実質的に対応する。図２Ａを参照すると、視覚化面１２のみを示した頭部１０の図であり、ＴＭＳコイル装置１６が頭皮１４に沿って移動するときに、視覚化面１２が、脳の視覚化面１２の深さに誘起された最大の電場Ｅを表す視覚化面１２に表示される点１１を有している。典型的な従来技術に見られるような視覚化面１２は、頭皮１４と重なっている凹凸１５に対応する視覚化面１２の凹凸１３にポイント１１を含んでいない。
【００１８】
図１Ｂは、図１Ａの一部を拡大する図であり、頭皮１４が凹凸１５Ａを有している。図１Ａ及び１Ｂを参照すると、ＴＭＳコイル装置１６によって誘起される電場Ｅが、電場Ｅの最大値を有する等高線１８に交わる視覚化面１２といった視覚化面上のポイントで最大値を有する。図１Ａ及び図１Ｂに示すコイル装置１６の典型的な実施例では、ＴＭＳコイル装置１６の照準又は焦点方向が、ＴＭＳコイル装置１６から垂直に延びるラインＡＡに一致する。ラインＡＡは、凹面１５ＡのポイントＡ及び視覚化面１２の凹面１３ＡのポイントＥを通って延びており、ポイントＡは等高線１８Ｃ上にありＴＭＳコイル装置１６からの距離がＬ１であり、ポイントＥは等高線１８Ｅ上にありＴＭＳコイル装置１６からの距離がＬ２である。さらに、単に説明のために、ＴＭＳコイル装置１６を図示するように配置する場合に頭皮１４に誘起される最大電場が凹面１５ＡのポイントＡとなるように、頭皮１４が脳と同じような導電特性を有するよう処置される。従来技術のＮＢＳディスプレイでは、視覚化面１２の凹面１３ＡのポイントＥに位置する標的部位を刺激するよう配置されるＴＭＳコイル１６によって誘起される最大電場が、視覚化面１２上のポイントＤ１及びＤ２として表示される。ポイントＤ１及びＤ２は、ラインＡＡから離れ凹面１３Ａに直近の等高線１８Ｄ上のポイントに対応する。視覚化面１２の凹面１３Ａ内のポイントＥは刺激標的であるが、視覚化面１２上に表される最大電場は、凹面１３Ａの形状のため、凹面１３Ａ内のポイントＥとなることはない。また、刺激標的部位がポイントＥの下方にある場合、ポイントＥの実際の標的部位が視覚化面１２とはならないように、視覚化面１２の脳内での深さが増加する。さらに、刺激標的部位が、ポイントＥの上方、例えば、理想的な面３２上にある場合、理想的な面３２上に表された最大電場に基づいてＴＭＳコイル装置１６が同じようにポイントＥの標的部位を実際に刺激するよう位置しないように、ポイントＥの実際の標的部位もまた理想的な面３２とはならない。このように、特定の深さの脳の面を表わすために従来技術を使用する場合、凹面１３Ａの形状によりポイントＥの下方、上方又はポイントＥの標的部位に照準を定めるようＴＭＳコイル装置１６を配置することができない。
【００１９】
よく知られているように、ＮＢＳでは、特定の深さの脳の一部の標的部位に最大電場を誘起するＴＭＳコイル装置の頭皮に対する位置を特定及び認知するのが望ましい。図１Ａ及び１Ｂに示す典型的な頭部１０を参照すると、脳の一部の標的部位が頭部１０の頭皮１４上のポイントＡと一致すると、視覚化面１２の凹部１３Ａにより、最大電場の表示が視覚化面１２上のポイントＤ１及びＤ２として示される。このように、最大電場がポイントＤ１及びＤ２で示されるため、脳の一部の選択した深さでの標的部位Ｅで最大電場を誘起する頭皮１４に対するＴＭＳコイル装置１６の位置を決定することができない。さらに、ＴＭＳコイル装置１６をわずかに頭皮１４の表面に沿って矢印Ｒ又はＬ方向に移動させる場合、視覚化面１２に示される最大電場は、ポイントＤ１及びＤ２又はそれらの近く、ポイントＤ１のみ又はポイントＤ２のみに留まる。このように、脳の一部の標的部位が頭皮１４の凹部１５Ａと一致しているため、頭皮１４に対するＴＭＳコイル装置１６の位置を、頭皮１４のポイントＡに直接重なる脳の一部に対応する標的部位を刺激する目的で正確に決定できない。このため、頭皮１４のポイントＡと一致する脳の標的部位を繰り返して正確に最大限刺激するようＴＭＳコイル装置１６を識別及び記憶できない。
【００２０】
脳の標的部位で最大電場を誘起する対象者の頭部に対するＴＭＳコイル装置の位置を正確に識別できるため、理想的には、滑らかな又はほぼ凸面状の曲線を用いて、頭皮の下方の選択した深さの対象者の脳の部分を表すのが望ましい。図１Ａ及び１Ｂを参照すると、理想的な視覚化面３２を用いて選択した深さの脳の部分を表す場合、頭皮１４のポイントＡと整合するＴＭＳコイル装置１６の最大電場が、ラインＡＡ及び等高線１８Ｄの交点でありＴＭＳコイル装置１６から距離Ｌ３である視覚化面３２のポイントＤのみに表される。さらに、滑らかな凸面状の面３２を示す視覚化面３２のみを具えた頭部１０の図である図２Ｂを参照すると、ＴＭＳコイル装置１６が矢印Ｒ又はＬといった方向に頭皮１４に沿って徐々に移動すると、ＴＭＳコイル装置１６によって面３２に誘起される最大電場を表すポイント１７もまた面３２に沿ってほぼ対応して追随する。しかしながら、視覚化面は、依然として脳の形状に非常に近くなければならず、標的部位で最大電場を誘起する頭部に対するＴＭＳコイル装置の位置を正確に特定し得るように、標的部位の近くの領域が適切に方向付けられる。
【００２１】
本発明によれば、視覚化面及び対象者の骨格に対するＴＭＳコイル装置の位置を示すＮＢＳディスプレイ上に、選択した深さでの対象者の脳の部分を表す視覚化面が形成され、ＴＭＳコイル装置を対象者の頭皮にわたって徐々に移動させると、選択した深さでの脳の部分の標的部位にＴＭＳコイル装置によって誘起される最大電場の視覚化面上の表現が、視覚化面に沿って対応するよう移動する。この結果、選択した深さでの脳の部分の標的部位で最大電場を誘起する対象者の頭部に対するＴＭＳ装置の位置を特定し、ＴＭＳコイル装置によって標的部位の繰り返される正確な刺激を提供し得る。
【００２２】
図３は、本発明に係る、脳の様々な深さに関するほぼ凸状の視覚化面を形成するための典型的なプロセス５０を示しており、選択した深さで脳の標的部位で最大電場を誘起する対象者の頭部に対するＴＭＳコイル装置の位置を正確に特定できる。プロセッサがモニタといったディスプレイ、及びマウス及びキーボードといったデータ入力装置に接続されている場合、リアルタイム又はほぼリアルタイムでディスプレイ上に出力データを出す十分高い処理能力を有しメモリを含むプロセッサによって、処理５０で示すデータ処理ステップを容易に実行できることに留意されたい。プロセッサは、例えば、本出願と同一の出願人に譲渡され参照することにより本書に盛り込まれている米国特許番号第６，８４９，０４０号に記載されているようなＴＭＳコイル装置と接続してＴＭＳを実行するようプログラムされたマイクロコントローラである。本発明の態様を強調する目的で、処理５０が上記のように典型的な頭部１０に関連して図示されている。また、典型的な処理５０における個別のステップに関するデータ計算及び処理は、当技術分野で良く知られており標準的であるが、典型的な処理５０のステップの組み合わせは独創的であり、ＮＢＳで使用するためのものといった従来技術の視覚化面に対して利点を有する独創的な視覚化面を形成することに留意されたい。
【００２３】
図３を参照すると、ステップ５２で、頭部１０の解剖学的な形態を表す前に取得された２ＤＭＲＩ画像データが組み合わされてセグメント化され、当技術分野で良く知られたデータ処理技術を用いて、複数のボクセルによって規定される頭部の３次元画像を形成する。頭部の表面又は頭部１０の頭皮１４を規定するボクセルの座標は、当技術分野で周知のように、特定されその後でメモリに記憶される。
【００２４】
そしてステップ５４で、面のメッシュ１００が複数の多角形１０２によって規定される場合、頭部１０の面を表す多面体の面のメッシュ１００が、当技術分野で周知のデータ処理方法を用いて、図４Ａに示すように形成される。典型的な多角形は、約１から２ミリメートルの長さで約１から２ミリメートルの幅の三角形である。図４Ａを参照すると、個別の多角形１０２の大きさが、面のメッシュ１００がＭＲＩ画像データと実質的に同じレベルの詳細（解像度）を有するように、ボクセルの大きさに比例する。参照しやすいように、面のメッシュ１００を、頭部の面１４の現実的表現又はＲｅｐ−Ａｃｔｕａｌとして以下に言及する。
【００２５】
ステップ５６で、当技術分野で周知のデータ処理方法を用いて、面のメッシュ１００を収容又は包むことができる最も小さい凸面のメッシュ、又は凹面の外殻を形成する。さらに、同様に当技術分野で周知のデータ処理方法を用いて、面のメッシュ１００を収容し１組の座標を規定して中に頭部１０が配置される境界ボックスを形成する。
【００２６】
ステップ５８で、耳の下方の部分といった頭部１０の下部を規定する多角形を識別し、その後で、当技術分野で周知のデータ処理方法を用いて、凸面のメッシュから取り除かれたこのような多角形を具えた新しい凸面のメッシュを形成する。さらに、新たな凸面のメッシュでは、所定の領域を超える領域（「大きな多角形」）を有する多角形及び大きな多角形と頂点を共有する全ての多角形（「隣接多角形」）を特定し、その後で、当技術分野で周知のデータ処理方法を用いて、大きな多角形及び隣接多角形を除去することによって、得られた凸面のメッシュを新たな凸面のメッシュから形成する。得られた凸面のメッシュは、図４Ｂに示すような頭皮のメッシュ１１０である。
【００２７】
典型的な頭部では、ステップ５８で実行するような、凸面のメッシュからの隣接多角形の除去が、凹面領域によって囲まれた頭部の凸面の小領域に対応する凸面のメッシュの孤立した部分の除去に対応する。図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、凸面のメッシュの幾何学的な特性の結果として、表面のメッシュ１００における比較的小さなサイズの多角形１０２、凸面のメッシュの大きな多角形が、例えば、耳と頭蓋骨との間の凹んだ領域といった表面のメッシュ１００の凹面に対応する。図４Ｂを参照すると、凸面のメッシュが、突起部及び穴を除去した頭部１０の頭蓋冠の形状を形成する多角形１０２を有しており、数個の多角形１０２Ａが、頭部１０が隆起部を有する領域に存在し、多くの多角形１０２Ｂが、頭部１０の他の領域に密に存在している。また、図４Ａを参照すると、頭部１０の左耳１０３の上方の凸面小領域が、対象者の頭部の表面の現実的表現を、例えば以下のステップ６０で詳細に説明するような楕円体といった、頭部の表面の理想的表現に一致させるための多くの多角形１０２を具えており、頭部１０の左のこめかみ１０５の上方の不規則な小領域１０８は、数個の多角形のみを有していることが分かる。
【００２８】
再び図３を参照すると、ステップ６０で、頭皮のメッシュ１１０の全ての残りの多角形の頂点を特定した後に記憶する。残りの多角形の頂点に基づいて、周知の方法を用いて頭部の脳の重心μの推定値を計算する。そして、理想的な凸形形状、例えば、楕円体を重心の周りに形成し、最小自乗法を用いて頭皮メッシュ１１０の抽出した頂点に合わせる。理想的な凸形形状は、頭皮１４の凸形領域に一致し、頭皮１４の凹面は実質的に無視される。一実施例では、ＴＭＳコイル装置を脳に存在するような導電性を有する楕円体状の体の外面又はその近くに配置し、楕円体状の体の外面に沿って徐々に移動させる場合、楕円体の外面に沿って誘起される電場がＴＭＳコイル装置の移動に対応して変化するため、楕円体が十分に理想的な凸形形状である。参照し易くするために、ステップ６０で形成される頭部の表面を表す理想的な凸形形状は、以下でＲｅｐ−Ｉｄｅａｌと称する。
【００２９】
好適な実施例では、ステップ６０で、当技術分野で周知の方法を用いて、頭部１０の最上部のバウンディングボックス、又は頭部１０の頭蓋冠を形成する。バウンディングボックスの内容に基づいて、脳の重心μの推定値を計算する。そして、ステップ５８で形成するように、μで重心を有し頭皮メッシュ１１０の頂点に一致する楕円体を形成する。上記のように、頭皮メッシュ１１０の頂点の密度は、表面メッシュ１００で表される実際の頭部の表面の最も出っ張った領域に対応する頭蓋冠の領域の頂部で最も高い。このため、表面メッシュ１００の実質的に凸形の領域は、楕円体の形状に最も大きな影響を及ぼす。好適な実施例では、擬似逆行列（ｐｓｅｕｄｏｉｎｖｅｒｓｅ）といった最小二乗誤差を最小限にする周知の方法を用いて、楕円体を頭部の表面の頂点に一致させる。
【００３０】
ステップ６２で、Ｒｅｐ−Ａｃｔｕａｌ及びＲｅｐ−Ｉｄｅａｌが結合されて、以下のように得られる視覚化面Ｖ（Ｄ）を形成する。
Ｖ（Ｄ）=Ｗａｃｔｕａｌ＊Ｒｅｐ−Ａｃｔｕａｌ＋Ｗｉｄｅａｌ＊Ｒｅｐ−Ｉｄｅａｌ      （１）
ここで、Ｗａｃｔｕａｌ及びＷｉｄｅａｌは重み係数であり、Ｄは頭部１０の脳の部分における頭皮１４と刺激標的部位との間の距離である（「得られた視覚化面の深さ」又は「剥皮深さ」）。このように、得られる視覚化面は表面のメッシュ１００の重み付けした平均値であり、換言すれば、実際の頭部の表面の表現、及び頭皮メッシュ１１０から形成される頭部の表面の理想的な凸形の表現である。
【００３１】
本発明によれば、式（１）を使用し、以下の方針のバランスを取ることによって、ＮＢＳで使用するのに有益な形態を有する特定の深さの脳の視覚化面を形成する。
１．視覚化面で表される脳の部分の形状は、解剖学的にふさわしいものでなければならない。脳の３次元的な区分けは従来実施されていないため、解剖学的な妥当性は、脳の形状が頭皮又は頭部の表面の形状にどのくらい似ているかの関数である。
２．視覚化面で表される脳の部分の形状は、十分に滑らか又は凸形で、視覚化面に表される電場が、視覚化面の深さでの脳内の電場の実際の挙動と一致しなければならない。脳が完全な球体である場合に視覚化面での実際の電場の表現が理想的になるため、このような第２の方針は第１の方針と明らかに相反する。
【００３２】
本発明によれば、方針１．及び２．は相反するため、式（１）における重み付けＷａｃｔｕａｌ及びＷｉｄｅａｌはＤの関数である。Ｄが増加すると、方針１．の影響が減少するため、Ｒｅｐ−Ａｃｔｕａｌに関する重み付けが減少し、Ｒｅｐ−Ｉｄｅａｌの重み付けが増加する。剥皮深さに対する式（１）へのこのような重み付けの適用により、脳内での深さが深くなると目に見える脳の面が現れないため、得られた視覚化面の形態での誤差が最小限となり又は無くなる。このため、脳のより深い部分の微小皮質を提示することは目的にかなわない。対照的に、剥皮深さがゼロに達すると、Ｒｅｐ−Ｉｄｅａｌに関する重み付けも同様にゼロとなり、得られる視覚化面が方針（１）のようにＲｅｐ−Ａｃｔｕａｌの形態に達する。
【００３３】
好適な実施例では、重み付けＷａｃｔｕａｌ及びＷｉｄｅａｌが、剥皮深さの線形関数によって決定され、重み付けがゼロ未満又は１以上となるのを防ぐよう、Ｗａｃｔｕａｌ＋Ｗｉｄｅａｌ＝１といった、さらなる制約が実行される。別の実施例では、別の対象者の頭部の表面の理想化した凸形形状の表現に関する実験データに基づいて、Ｒｅｐ−Ｉｄｅａｌを形成又は修正する。
【００３４】
図３を再び参照すると、ステップ６２に続くステップ６４では、Ｖ（Ｄ）が剥皮深さＤに従って比例するようスケーリングされる。
【００３５】
ステップ６２及びステップ６４の好適な実施例では、使用者が剥皮深さＤ及び軸深さＡＤを選択する。軸深さＡＤは、顎、首等といった、頭皮メッシュ１１０の形成から排除される頭部の部分を決定する。上記のように、剥皮深さが、深さＤでの脳の一部を表すよう形成された視覚化面のパラメータ化された形状（ステップ６２）及びスケーリング（ステップ６４）を決定する。軸深さは、ＮＢＳディスプレイ上に視覚化面を表示する目的で頭部の表面１４を透明化する軸範囲（０，ＡＤ）を説明する。一実施例では、剥皮深さが０％から５０％までのパーセンテージｐを表し、軸深さＡＤが約０ｍｍから２５０ｍｍの間である。例えば、ｐ＝２０％及びＡＤ＝５０ｍｍの場合、形成される脳のモデルの体積は、実際の頭部の体積の約８０％であり、頭部の表面１４を頭部１０の上部から５０ｍｍのポイントから下方に透明化する。このため、ｐが最大５０％に近付くように剥皮深さＤが選択される場合、式（１）を参照すると、Ｗａｃｔｕａｌがゼロに近付いてＷｉｄｅａｌが１に近付く。一実施例では、ｐのスケールが、頭部のモデルが成人男性の頭部を代表する場合に、ｐがほぼミリメートルに相当するようになっている。例えば、頭部の上部では、２０％のｐが、脳から頭皮１４の表面に近いポイントまで測定した約２０ｍｍに相当する。
【００３６】
ステップ６２の典型的な実施例では、剥皮深さｐが最大値と最小値との間である場合、重み付けＷａｃｔｕａｌ及びＷｉｄｅａｌが、以下の線形モデルによって決定される。
Ｗａｃｔｕａｌ＝ｆ０＊ｓｃａｌｅ＋ｆ１        （２）
ここで、スケール（ｓｃａｌｅ）は、１−ｐ、すなわち、剥皮深さｐが０．１（１０％）の場合、スケールは０．９（９０％）であり、視覚化面を元々の頭皮サイズの９０％に小さくする必要がある。Ｗａｃｔｕａｌ＋Ｗｉｄｅａｌ＝１であるため、
Ｗｉｄｅａｌ＝１−ｆ０＊ｓｃａｌｅ−ｆ１    （３）
である。ｐｍｉｎ及びｐｍａｘが、最小及び最大剥皮深さに対応し、例えば、０％及び５０％である場合、式（１）に関する制約を以下ように書き直すことによって、パラメータｆ０及びｆ１を容易に決定し得る。すなわち、
ｆ０＊（１−ｐｍｉｎ）＋ｆ１＝１          （４）
及び
ｆ０＊（１−ｐｍａｘ）＋ｆ１＝０          （５）
である。ｐｍｉｎ及びｐｍａｘの値を代入することによって、式（４）及び（５）を簡単に解いてｆ０＝２且つｆ１＝−１であることが分かる。使用者によって選択されたｐの値を使用して、ｆ０及びｆ１の既知の値を用いて、スケール、Ｗａｃｔｕａｌ及びＷｉｄｅａｌを計算し得る。
【００３７】
Ｗａｃｔｕａｌ及びＷｉｄｅａｌの計算後に、Ｒｅｐ−Ａｃｔｕａｌ及びＲｅｐ−ｌｄｅａｌで表される形状が、ポイント又は式の有限集合としてそれぞれの形状を表すことによって、式（１）に従って重み付けＷａｃｔｕａｌ及びＷｉｄｅａｌを用いて組み合わされる。好適な実施例では、相当する式が非常に複雑な場合に、形状の表現はポイントの有限集合である。例えば、式を用いて耳の形状を正確に表すのが非常に難しい。
【００３８】
典型的な実施例では、Ｒｅｐ−Ａｃｔｕａｌがポイントの組によって表され、楕円体であるＲｅｐ−Ｉｄｅａｌが式によって表される。さらに、ポイントの数が面メッシュ１００のポイントの数に等しい場合、式（１）により組み合わせから得られる視覚化面がポイントの組によって表される。ポイントの組はベクトルＶｉに対応し、そのそれぞれが頭皮のポイントｉの座標を有しており、座標系の原点は楕円体のＲｅｐ−Ｉｄｅａｌについて計算された重心μである。Ｉｉがμ及びＶｉの双方に交差する線である場合、ラインＩｉは２つのポイントで楕円体に交差する。さらに、ｅｉがＶｉに隣接する交差する点である場合、ｅｉが楕円体Ｒｅｐ−Ｉｄｅａｌに関するＶｉの投影という意味では、ｅｉはＶｉに対応する。このように、形状の組み合わせが、対応するポイント、換言すれば頭皮のポイント及びそれらの投影を組み合わせることによって実行される。１つの組（Ｖｉ，ｅｉ）に基づいて、脳の表面をモデル化するための新たなポイントｂｉが計算される。対応するポイントは、以下のようにして結合される。
ｂｉ＝ＷａｃｔｕａｌＶｉ＋Ｗｉｄｅａｌ＊ｅｉ          （６）
式（６）の計算は、それぞれのｉについて繰り返され、脳の一部のモデルに対応するポイントの組、換言すれば剥皮深さＤでの視覚化面を得る。脳のモデルは、データ処理の段階では、ポイントｅｉが頭皮の理想化した表現である楕円体の表面上にあるため、脳の頭皮のメッシュモデルとほぼ同じ大きさである。そして、ステップ６４で、それぞれのポイントｂｉがスケーリングされ、すなわち、剥皮深さに基づいてμに近付けられる。原点がμにあるため、ポイントｂｉのそれぞれはｂｉ＊ｓｃａｌｅである。
【００３９】
別の実施例では、Ｒｅｐ−Ｉｄｅａｌが複数の理想化した凸形形状Ｒｅｐ−Ｉｄｅａｌｎから形成され、そのそれぞれが、頭皮のメッシュから判定され頭皮のメッシュの凸領域に適合する脳の重心μの周りに形成される。Ｒｅｐ−Ｉｄｅａｌを形成するために複数の好適には複雑な形状が、ＴＭＳ処理の目的が運動皮質から遠い脳の領域を刺激することである場合に、ＮＢＳに対して好都合であり望ましいものである。このような実施例では、頭部の表面の複数の理想化した表現、例えば２つの楕円体が、Ｍ個の投影ｐｒｏｊを有するように、Ｒｅｐ−Ｉｄｅａｌを形成する。ここで、
2010503440.tif 000003
で、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は３つの重み付けであり、重み付けＷ１はＷａｃｔｕａｌに等しく、Ｗ２は第１の楕円体Ｗｉｄｅａｌ１の重み付けであり、Ｗ３は第２の楕円体Ｗｉｄｅａｌ２の重み付けである。投影ｐｒｏｊ１はｐｒｏｊ１（Ｖｉ）＝Ｖｉであり、投影ｐｒｏｊ２及ｐｒｏｊ３は、２つの楕円体についての頭皮のポイントの単純な投影であり、ｐｒｏｊ２（Ｖｉ）＝ｅｉで、Ｗ２及びＷ３は、以下のようにＶｉに依存してゼロに設定される。Ｖｉが脳の運動皮質に隣接する場合、Ｗ３はゼロに設定される。規格化に基づいて、あたかも１つの楕円体のみをＲｅｐ−Ｉｄｅａｌを形成するのに使用するかのようにｂｉが厳密に同じであるように、Ｗ２＝Ｗｉｄｅａｌ１である。一方、Ｖｉが運動皮質から遠い場合、Ｗ２はゼロに設定され、ｂｉが第２の楕円体に基づいて計算されるように、Ｗ３＝Ｗｉｄｅａｌ１である。
【００４０】
図３を再び参照すると、ステップ６４に続いて、ステップ６６で、頭皮１４に対するＴＭＳコイル装置１６の位置に基づいて、使用者が選択した剥皮深さの視覚化面Ｖ（Ｄ）に誘起される電場が計算される。そして、ＴＭＳコイル装置によって誘起される電場を有する視覚化面に重ねられる脳の解剖学的な３Ｄ画像が、図５に示すように、例えば、ＮＢＳを実行するのに関連したモニタに表示される。好適な実施例では、標的部位での最大電場が、標的部位を囲む領域の電場とともに視覚化面に表示される。図５を参照すると、電場１２０が、頭部１０の脳の解剖学的な画像１２２に重ね合わされている。ディスプレイ上の好適な実施例では、電場１２０をグレースケールで示される解剖学的な画像１２２に重ねてカラーで示すことで、使用者が２種類の情報を容易に区別し得る。白い円筒形１２６の下方の好適には暗赤色で示されるダークスポット１２４は、大きな値の電場を表す一方で、好適には濃青色で示される電場１２０円の境界１３０の近くの暗い領域１２５は、最小電場を表している。
【００４１】
本発明に係る一実施例では、例えば、頭部の外形が十分正確に頭蓋腔の形状に従っていない場合に、頭皮の外面の代わりに、頭蓋骨の内面を使用してＲｅｐ−Ａｃｔｕａｌを形成する。
【００４２】
別の実施例では、ＭＲＩ画像の区分けによって判断されるように、脳又は大脳皮質の実際の形式に基づいてＲｅｐ−Ａｃｔｕａｌを形成する。このようなＲｅｐ−Ａｃｔｕａｌの使用により、式（１）によって形成される視覚化面が、視覚化面において誘起された電場の表現に凹凸を呈する一方で、解剖学的な忠実性を増す。
【００４３】
さらなる実施例では、使用者は、視覚化面を形成するために式（１）に加えられるいくつかのさらなる制約のちの１つを選択してもよい。この制約は、例えば、対象者の頭部の形態と同じであるとみなされる頭部の表面構成を有する他の頭部に関する視覚化面の形成から得られる実験結果に対応してこれに基づいており、使用者が視覚化面に示される電場の情報を理解するのが困難な場合に、視覚化面の形成を回避するよう選択される。
【００４４】
さらなる実施例では、Ｒｅｐ−Ｉｄｅａｌが、ＴＭＳコイル装置の現在位置に依存して１又はそれ以上の選択した最適化基準及び制約を用いて取得される。最適化基準及び制約は、例えば、視覚化面が、刺激のために予め知られた標的部位の近くの局所領域のみに形成されることを含んでいる。例えば、頭部を表すＭＲＩ画像データにおいて、右脳半球を表すデータが不完全で、左脳半球を表すデータが完全且つ損傷を受けていない場合、さらに、関心のある標的部位の所定の刺激が左半球である場合、所定の部位に近い表面メッシュ１００の部分のみを使用して、所望の深さの湾曲面に合わせる。刺激部位から遠い表面メッシュ１００の部分は、湾曲面のフィッティングにおいて無視される。
【００４５】
別の実施例では、ＮＢＳを実施するための、さらには本発明に従って視覚化面を形成し得る微小コントローラが、頭部及び視覚化面に誘起された電場に対するＴＭＳコイル装置の位置を表す情報を使用して、ＴＭＳを頭部の表面に沿って移動させる場合に視覚化面に誘起される電場の振幅が一定のままであるように、自動的に制御し、又は頭部に対するＴＭＳコイル装置の位置又は方向を制御するための制御情報を使用者に提供する。例えば、電場の一定の振幅は、使用者によって規定し得る。このような制御される電場の適用は、特に最大電場の振幅が頭皮に対するＴＭＳコイル装置の位置又は方向に依存する場合に使用するものであり、一定の方法によってＴＭＳコイル装置で皮質の標的領域を刺激するのが望ましい。
【００４６】
さらなる実施例では、図３を再び参照すると、ステップ６４の後で、視覚化面の座標を対応する座標と比較して、視覚化面の形状とＲｅｐ−Ａｃｔｕａｌの形状との差異が、所定の閾値内にあるかどうかを判断する。閾値内にある場合、ステップ６６を実行する。閾値内にない場合、Ｗａｃｔｕａｌ及びＷｉｄｅａｌについての新たな値が、好適には異なる関数として割り当てれれ又は計算され、ステップ６２を再び実行して視覚化面を形成する。好適な実施例では、差異が、Ｒｅｐ−Ａｃｔｕａｌ及び視覚化面の複数の対応する座標間の距離の平均である。
【００４７】
さらなる実施例では、頭部の表面の理想化した表現が、対象とする頭部に不適切であると判断される場合には、代替的な形状の楕円体といった代替的な形状の理想化した表現をＲｅｐ−Ｉｄｅａｌとして使用してもよい。
【００４８】
本発明の好適な実施例を説明及び図示したが、本発明の本質から逸脱することなしに様々な変更を行ってもよいことが当業者にとって明らかである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図４Ａ−４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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