(57)【要約】  本開示は、脳プローブ自動誘導システムに関する。具体的には、本開示は、動的ベイジアンネットワーク（ＤＢＮ）として表現された隠れマルコフモデル（ＨＭＭ）を介してのファクタ部分観測マルコフ決定過程（ＰＯＭＤＰ）を使用して、必要とする患者の脳内の視床下核の背外側振動性領域にプローブを誘導するリアルタイムの方法およびシステム、を対象とする。【選択図】  図２Ｃ
2018519009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動器に結合された脳プローブを、必要とする患者の脳内の関心領域に自動的に誘導する方法であって、
ａ．  所定の挿入軌跡に基づいて、前記脳プローブを前記関心領域に向けて配置するステップであって、前記脳プローブが、近位端部と、駆動器に結合された遠位端部とを有する、ステップと、
ｂ．  所定のステップサイズを使用して、前記脳プローブを前記関心領域の方に移動させるステップと、
ｃ．  前記所定の挿入軌跡に沿って前記脳プローブによって神経生理学的反応を記録するステップと、
ｄ．  前記脳プローブによる前記記録された神経生理学的反応に基づいて、複数の所定の観測要素を計算するステップと、
ｅ．  各観測要素に対するベイジアンネットワークを構築するステップと、
ｆ．  各観測要素に対して構築された複数の前記ベイジアンネットワークを組み合わせて、これによって、前記複数の所定の観測要素を含む動的ベイジアンネットワークを作成するステップと、
ｇ．  前記動的ベイジアンネットワークに基づいて、因子部分観測マルコフ決定過程を構築するステップであって、前記因子部分観測マルコフ決定過程（ＰＯＭＤＰ）が、前記所定の観測要素の間の関係をさらに含む、ステップと、
ｈ．  前記脳プローブを前記挿入軌跡に沿って前進させる距離ステップを、前記ＰＯＭＤＰに基づいて決定するステップと、
ｉ．  前記駆動器を使用して、前記脳プローブを前記挿入軌跡に沿って前記関心領域の方に自動的に前進させるステップと、
ｊ．  前記距離ステップを決定して前記脳プローブを前記関心領域に前進させるステップを繰り返すステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記関心領域が、視床下核（ＳＴＮ）の部分領域である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＳＴＮの前記部分領域が、前記ＳＴＮの背外側振動性領域（ＤＬＯＲ）である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記脳プローブによって記録される前記神経生理学的反応が、ニューロン発火率、局所フィールド電位、またはこれらの１つまたは複数を含む神経生理学的反応の組合せ、である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
β周波数帯域範囲内の前記神経生理学的反応を分析して、β振動活動の値を求めるステップ、をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記記録された神経生理学的反応に基づく前記複数の観測要素が、前記β振動活動値の平均βパワースペクトル密度（ＰＳＤ）および／または最大βＰＳＤおよび／または二乗平均平方根（ＲＭＳ）である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記脳プローブを前記関心領域に向けて配置する前記ステップの前に、前記挿入軌跡に沿った、統計的に有意な数の位置における前記複数の観測要素それぞれの基準値が提供される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の観測要素それぞれの前記基準値が提供される対象の前記位置が、前記ＳＴＮの前記ＤＬＯＲ、および／または前記ＳＴＮの直前の前記挿入軌跡の領域、および／または非振動性ＳＴＮの内側の領域、および／または前記ＳＴＮの直後の前記挿入軌跡の領域、である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
黒質（ＳＮＲ）の内側の領域の複数の観測要素それぞれの基準値を提供するステップ、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記挿入軌跡に沿った各位置に確率値を割り当てるステップ、をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記脳プローブが電極である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ａ．  前記電極を取り外すステップと、
ｂ．  前記関心領域内にマクロ電極を挿入するステップと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記関心領域が、前記ＳＴＮの前記ＤＬＯＲである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
神経変性疾患および／または神経変性障害の治療のための脳深部刺激を生成するステップ、を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記神経変性疾患および／または前記神経変性障害が、脳損傷、神経変性障害、脳卒中／脳梗塞、てんかん、またはパーキンソン病である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
脳プローブ自動誘導システムであって、
ａ．  近位端部および遠位端部を有する脳プローブであって、前記近位端部が、神経生理学的反応を記録するように構成されており、前記遠位端部が、駆動器に動作可能に結合されている、前記脳プローブと、
ｂ．  前記脳プローブに動作可能に結合されている前記駆動器と、
ｃ．  前記脳プローブおよび前記駆動器と通信する処理モジュールと、
ｄ．  前記駆動器に動作可能に結合されているコントローラと、
ｅ．  前記処理モジュールと通信するディスプレイと、
を備えている、脳プローブ自動誘導システム。
【請求項１７】
前記処理モジュールが、
ａ．  前記脳プローブと通信する神経生理学的反応プロセッサであって、一連の実行可能命令を含むプロセッサ可読媒体を有するメモリ、を備えており、前記一連の実行可能命令が、
ｉ．  複数の神経生理学的反応を記録し、
ｉｉ．  前記脳プローブによる前記記録された神経生理学的反応に基づいて、複数の所定の観測要素を計算する、
ように構成されている、
前記神経生理学的反応プロセッサと、
ｂ．  前記駆動器および前記神経生理学的反応プロセッサと通信するステップ決定プロセッサであって、前記ステップ決定プロセッサが、一連の実行可能命令を含むプロセッサ可読媒体を有するメモリ、を備えており、前記一連の実行可能命令が、
ｉ．  各観測要素に対するベイジアンネットワークを構築し、
ｉｉ．  各観測要素に対して構築された前記複数のベイジアンネットワークを組み合わせて、これによって、前記複数の所定の観測要素を含む動的ベイジアンネットワークを作成し、
ｉｉｉ．  前記動的ベイジアンネットワークに基づいて、因子部分観測マルコフ決定過程を構築し、前記因子部分観測マルコフ決定過程（ＰＯＭＤＰ）が、前記所定の観測要素の間の関係をさらに含み、
ｉｖ．  前記ＰＯＭＤＰに基づいて、前記挿入軌跡に沿って前記脳プローブを前進させる距離ステップを決定する、
ように構成されている、
前記ステップ決定プロセッサと、
をさらに備えている、
請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記脳プローブによって記録される前記神経生理学的反応が、ニューロン発火率、局所フィールド電位、またはこれらの１つまたは複数を含む神経生理学的反応の組合せ、である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記神経生理学的反応プロセッサにおける前記一連の実行可能命令が、β周波数帯域範囲内の神経生理学的反応を分析してβ振動活動の値を求めるように、さらに構成されており、前記記録された神経生理学的反応に基づく前記複数の観測要素が、前記β振動活動値の平均βパワースペクトル密度（ＰＳＤ）および／または最大βＰＳＤおよび／または二乗平均平方根（ＲＭＳ）である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ステップ決定プロセッサにおける前記一連の実行可能命令が、前記挿入軌跡に沿った複数の位置それぞれに確率値を割り当てるように、さらに構成されており、前記位置が、前記ＳＴＮの前記ＤＬＯＲ、および／または前記ＳＴＮの直前の前記挿入軌跡の領域、および／または非振動性ＳＴＮの内側の領域、および／または前記ＳＴＮの直後の前記挿入軌跡の領域、である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ステップ決定プロセッサにおけるメモリが、前記挿入軌跡に沿った位置における複数の観測要素それぞれの、記憶された基準値、をさらに有する、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記ステップ決定プロセッサにおけるメモリが、黒質（ＳＮＲ）の内側の領域の複数の観測要素それぞれの、記憶された基準値、をさらに有する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記脳プローブが電極であり、前記システムが、脳深部刺激を提供するように構成されているマクロ電極をさらに備えている、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、脳プローブ自動誘導システムを対象とする。具体的には、本開示は、確率論的な電気生理学的閉フィードバック（closed stochastic electrophysiological feed back）を使用して、必要とする患者の脳内の視床下核の背外側振動性領域（dorsolateral oscillatory region）にプローブを誘導するリアルタイムの方法およびシステムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
脳深部刺激（ＤＢＳ）は、マクロ電極と呼ばれる医療機器（「リード」、「脳ペースメーカー」、「電極」、または「慢性電極」とも称される）の埋め込みを含む外科的処置であり、マクロ電極は、脳の特定の部分に電気インパルスを送る。選択された脳の領域における脳深部刺激（ＤＢＳ）は、それ以外の方法では治療効果のない運動障害および情動障害（慢性疼痛、パーキンソン病、振戦、ジストニア、鬱病など）に対して、顕著な治療効果を提供してきた。現在、この処置は、症状を投薬によって十分にコントロールできない患者にのみ使用されている。ＤＢＳは、脳の活動を制御式に直接変化させ、その効果は（破壊手法（lesioning techniques）の効果とは異なり）可逆的である。ＤＢＳは、外科的に埋め込まれてバッテリで動作する医療用神経刺激器を使用して、運動を制御する脳内の目標領域に電気刺激を送り、振戦およびパーキンソン病の症状の原因となる異常な神経信号を阻止する。
【０００３】
神経外科医は、この処置の前に、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）スキャンまたはコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）スキャンを使用して、脳内の正確な目標領域を識別して位置を把握する。運動障害を治療する場合、これらの目標領域は、運動を制御する領域（電気的神経信号によって望ましくない症状が発生する視床、視床下核、淡蒼球など）である。
【０００４】
ＤＢＳシステムは、一般には３つの構成要素、すなわちマクロ電極、エクステンション（extension）、および神経刺激器からなる。マクロ電極（絶縁された細いワイヤ）が、頭蓋骨の小さな穴を通じて挿入され、脳内に埋め込まれる。電極の先端が、脳の目標領域内に配置される。
【０００５】
エクステンションは、頭部、頸部、および肩部の皮膚の下に通すことのできる絶縁されたワイヤであり、神経刺激器にリードを接続する。神経刺激器（「バッテリパック」）は第３の構成要素であり、通常では鎖骨付近の皮膚の下に埋め込まれる。場合によっては、胸郭内の下部または腹部の上の皮膚の下に埋め込まれる。
【０００６】
システムが所定の位置に配置されると、神経刺激器から電気インパルスがエクステンションワイヤおよびリードに沿って脳内に送られる。これらのインパルスは、望ましくない症状の原因となる電気信号を妨げて阻止する。患者は、必要な場合にＤＢＳをオフにすることができる。したがって、取り付けられたマクロ電極の効果を向上させるためには、マクロ電極を正確かつ迅速に誘導することが重要である。したがってこの技術分野には、利用可能な最も正確な方法でマクロ電極を目標領域に正確に誘導するニーズが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８，７９２，９７２号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、脳プローブ自動誘導システムの実施形態を提供する。
【０００９】
一実施形態においては、本開示は、駆動器に結合された脳プローブを、必要とする患者の脳内の関心領域に自動的に誘導する方法であって、所定の挿入軌跡に基づいて、脳プローブを関心領域に向けて配置するステップであって、脳プローブが、近位端部と、駆動器に結合された遠位端部とを有する、ステップと、所定のステップサイズ（step size）を使用して、脳プローブを関心領域の方に移動させるステップと、所定の挿入軌跡に沿って脳プローブによって神経生理学的反応を記録するステップと、脳プローブによる記録された神経生理学的反応に基づいて、複数の所定の観測要素を計算するステップと、各観測要素に対するベイジアンネットワーク（Bayesian Network）を構築するステップと、各観測要素に対して構築された複数のベイジアンネットワークを組み合わせて、これによって、複数の所定の観測要素を含む動的ベイジアンネットワーク（Dynamic Bayesian Network）を作成するステップと、動的ベイジアンネットワークに基づいて、因子部分観測マルコフ決定過程（Factored Partially Observable Markov Decision Process）を構築するステップであって、因子部分観測マルコフ決定過程（ＰＯＭＤＰ：Partially Observable Markov Decision Process）が、所定の観測要素の間の関係をさらに含む、ステップと、脳プローブを挿入軌跡に沿って前進させる距離ステップを、ＰＯＭＤＰに基づいて決定するステップと、駆動器を使用して、脳プローブを挿入軌跡に沿って関心領域の方に自動的に前進させるステップと、距離ステップを決定して脳プローブを関心領域に前進させるステップを繰り返すステップと、を含む、方法、を提供する。
【００１０】
さらに別の実施形態においては、本開示は、脳プローブ自動誘導システムであって、近位端部および遠位端部を有する脳プローブであって、近位端部が、神経生理学的反応を記録するように構成されており、遠位端部が、駆動器に動作可能に結合されている、脳プローブと、脳プローブに動作可能に結合されている駆動器と、脳プローブおよび駆動器と通信する処理モジュールと、駆動器に動作可能に結合されているコントローラと、処理モジュールと通信するディスプレイと、を備えている、脳プローブ自動誘導システム、を提供する。
【００１１】
本明細書に記載されている脳プローブ自動誘導システムおよびそれに関連する方法の特徴は、図面を参照しながら以下の詳細な説明を読み進めることによって明らかになるであろう。図面は例示的であり、本発明を制限するものではなく、いくつかの図において、類似する要素には類似する数字を付してある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】脳プローブ自動誘導システムの実施形態の使用を図解している簡略ブロック図である。
【図２Ａ】脳プローブ自動誘導システムの実施形態を描いた簡略図であり、ＳＴＮ（視床下核）の外側のプローブを示しており、表１を含む。
【図２Ｂ】脳プローブ自動誘導システムの実施形態を描いた簡略図であり、ＳＴＮ内で前進を開始した状態のツールを示しており、表２を含む。
【図２Ｃ】脳プローブ自動誘導システムの実施形態を描いた簡略図であり、ＳＴＮ内にさらに前進したプローブを示しており、表３を含む。
【図３】脳プローブ自動誘導システムの実施形態を使用している間にディスプレイに示されるグラフィックユーザインタフェースの簡略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示は、さまざまな修正形態および代替形態を創案することができるが、本開示の具体的な形態が一例として図面に示してあり、以下に詳しくさらに説明する。しかしながら、本開示は、記載されている特定の実施形態に制限されるようには意図されていないことを理解されたい。逆に、あらゆる修正形態、均等形態、および代替形態がカバーされるように意図されている。
【００１４】
本開示は、一実施形態においては、脳プローブ自動誘導システムに関する。
【００１５】
本開示は、パーキンソン病を治療する目的で、プローブ（例：ＭＥＲ）を脳内の目標領域に誘導する自動誘導システムを提供する。進行したパーキンソン病（ＰＤ）の外科的治療として、視床下核（ＳＴＮ）の脳深部刺激（ＤＢＳ）が挙げられ、この治療は長期にわたり安全かつ有益であることが判明している。ＳＴＮ  ＤＢＳのマクロ電極を埋め込む手術時、ＳＴＮの位置を生理学的に確認するために微小電極記録（ＭＥＲ）がしばしば利用される。マクロ電極を最適な位置（おそらくはＳＴＮの感覚駆動器（sensoridriver）部分）内に適切に埋め込むためには、（ＭＥＲに基づく）患者のＳＴＮの正確な境界設定が要求される。これには、ＭＥＲの軌跡と交差する入口点および出口点の導出と、ＳＴＮ内の感覚駆動器領域の位置特定とが含まれる。
【００１６】
ＳＴＮは、３つの（感覚駆動器、辺縁、認知／連想）機能領域に分割することができ、各領域は、それぞれの基底核−視床皮質ループに広く関与している。ＳＴＮの感覚駆動器領域は、主として、ＳＴＮ  ＤＢＳを受ける患者にとって治療的に最適であると考えられる位置と、背外側において同じ位置にある。さらには、局所フィールド電位および単一ユニット（single unit）（患者間で平均したとき）のβ振動活動は、大部分がＳＴＮの背外側部の中で発生することが判明している。このことは、出願人の先行特許である特許文献１（その全体が参照により本明細書に組み込まれている）の説明によっても確立されており、この特許では、ＳＴＮの背外側振動性領域（ＤＬＯＲ：dorsolateral oscillatory region）と感覚駆動器領域とが一致することと、ＳＴＮ  ＤＢＳのための最も効果的な接点がβ振動活動によって予測可能であることが実証されている。
【００１７】
一実施形態においては、本開示は、ＳＴＮ内の部分領域を識別することによって、脳プローブ（例：ＭＥＲ）を脳内の関心領域に誘導する自動誘導システムであって、したがって、神経外科医がＤＢＳのマクロ電極を最適な位置に埋め込むことを支援する、または単にＭＥＲ軌跡の遷移を推定するために使用される、自動誘導システム、を提供する。さらに、ＭＥＲによって記録された振動性のニューロン活動のβ範囲の二乗平均平方根（ＲＭＳ）およびパワースペクトル密度（ＰＳＤ）に基づき、隠れマルコフモデル（ＨＭＭ：Hidden Markov Model）およびマルコフ決定モデルを使用して、手術中に脳内でＭＥＲなどのプローブを誘導して、ＳＴＮの外側境界とＳＴＮ内（ＤＬＯＲ腹側）境界とを画定するリアルタイムの方法、を提供する。
【００１８】
ＨＭＭ（隠れマルコフモデル）または因子ＨＭＭ（factorial HMM）は、例えば、オフラインで、軌跡の状態遷移を自動的に検出する目的に、またはセミオンラインで、ＳＴＮ  ＤＢＳ手術中に軌跡の最後において、マクロ電極を埋め込むためのＳＴＮの感覚駆動器の境界設定の精度を高めるのを支援する目的に、使用することができる。ＭＥＲ用に複数の電極が使用されているとき、ＤＬＯＲ腹側遷移の位置特定によって、神経外科医が、埋め込むためのＭＥＲ軌跡を決定することと、最適な深さにマクロ電極を埋め込むことを支援することができる。
【００１９】
したがって一実施形態においては、本開示は、脳プローブに結合された駆動器を、必要とする患者の脳内の関心領域に自動的に誘導する方法であって、所定の挿入軌跡に基づいて、脳プローブを関心領域に向けて配置するステップであって、脳プローブが、近位端部と、駆動器に結合された遠位端部とを有する、ステップと、所定のステップサイズを使用して、脳プローブを関心領域の方に移動させるステップと、所定の挿入軌跡に沿って脳プローブによって神経生理学的反応を記録するステップと、脳プローブによる記録された神経生理学的反応に基づいて、複数の所定の観測要素を計算するステップと、各観測要素に対してベイジアンネットワークを構築するステップと、各観測要素に対して構築された複数のベイジアンネットワークを組み合わせて、これによって、複数の所定の観測要素を含む動的ベイジアンネットワークを作成するステップと、動的ベイジアンネットワークに基づいて、因子部分観測マルコフ決定過程を構築するステップであって、因子部分観測マルコフ決定過程（ＰＯＭＤＰ）が、所定の観測要素の間の関係をさらに含む、ステップと、脳プローブを挿入軌跡に沿って前進させる距離ステップを、ＰＯＭＤＰに基づいて決定するステップと、駆動器を使用して、脳プローブを挿入軌跡に沿って関心領域の方に自動的に前進させるステップと、距離ステップを決定して脳プローブを関心領域に前進させるステップを繰り返すステップと、を含む、方法、を提供する。
【００２０】
採用されるステップの数と、各ステップの大きさは、信号処理モジュールによって決定することができる。特定の実施形態においては、各ステップの大きさは、推定される目標領域に電極が近づくにつれて小さくなる。
【００２１】
本開示は、確率論的な電気生理学的閉フィードバックループの最適化を使用して、必要とする患者の脳内の例えば視床下核の背外側振動性領域にプローブを誘導するリアルタイムの方法およびシステムを提供する。
【００２２】
本明細書において使用されている用語「確率論的な電気生理学的フィードバック」とは、十分に定式化された目的関数（例えば、選択された挿入軌跡に沿ったＳＴＮの背外側振動性領域（ＤＬＯＲ）の推定位置の場所について、専門家によって決定された基準）による演算を意味し、この演算は、現在の観測要素の値を、所定の目標値および／または所望の目標値と比較し、次いでこれら２つの値の間の差または「フィット（ｆｉｔ）」を計算する。この目的関数の戻り値は、進化的最適化過程（evolutionary optimization process）を駆動し、この過程は、駆動器およびディスプレイに結合された脳プローブの並進運動および／または回転運動の（軌跡に沿った挿入深さを決める）ステップのリストを生成する。
【００２３】
さらに、本明細書に記載されているシステムおよび方法に関連して多くの種類のプローブを使用できることを理解されたい。例えば、ＥＥＧ電極を使用することができるが、患者の脳のさまざまな生理学的（神経学的または他の）特性を取得するため、記録を行う導電性の接点を備えた任意の種類の医療用電極を使用できることが理解されるであろう。これらの医療用電極は、例えば、ＥＭＧ、ＥＫＧ、ＥＲＰ、ＥＰ、ＶＥＰ、ＳＳＥＰ医療用電極、またはこれらの電極の１つまたは複数を備えた組合せとすることができる。別のセンサも、同様に挿入して、本明細書に記載されているシステムおよび方法に関連して使用することができ、このようなセンサは、例えば、温度センサ、（例：ＮＩＲ）酸素センサ、電流センサなどとすることができる。したがって、本明細書に記載されている、脳プローブを自動誘導するシステムは、外科手術に有用な追加の情報を提供するように構成されているセンサアレイをさらに備えていることができる。挿入される電極の数および／またはタイプは、処置を担当する医療チームの裁量に委ねられる。より多くの電極を追加することにより、軌跡が最適な目標位置を通過する確率が高まるが、同時に、軌跡に沿った損傷（例えば小さい血管を通過する）が引き起こされる確率も高まる。一般には、医療チームは、挿入される１〜５本の電極を選択する。
【００２４】
本明細書に記載されている脳プローブ誘導のシステムおよび方法において誘導される対象の関心領域は、視床下核（ＳＴＮ）の部分領域（例えば、ＳＴＮの背外側振動性領域（ＤＬＯＲ））とすることができる。
【００２５】
ＳＴＮの目標座標は、前交連−後交連の地図に基づく間接的な位置、および／または、直接的なＴ２磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）の使用との合成として、求めることができ、最終的なＳＴＮ位置は、例えば、手術前のＭＲＩと融合された手術後のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）を使用して確認され、明細書および特許請求の範囲に記載されたディスプレイシステムを使用して表示される。
【００２６】
神経生理学的反応の要素（すなわち本明細書に記載されている活動）は、例えば、ポリイミドで被覆されたタングステン微小電極を介して取得することができる。左側および右側の半球の両方において、例えば、計算された目標領域（例：外側ＳＴＮの中心、またはＳＴＮの背外側振動性領域（ＤＬＯＲ））より１０ｍｍ上から始まる１本の軌跡を選択することができる。電極（または脳プローブ）は、ＭＥＲに結合された駆動器を使用して、推定された関心領域（ＲＯＩ）の方に、小さい不連続なステップで前進するように、構成することができる。ステップの大きさは、例えば約５０μｍ〜約５００μｍの範囲内とすることができ、最適な単位での記録（optimal unit recording）と、ＳＴＮの上側境界および下側境界の識別とが達成されるように、制御することができる。例えば、電極がＳＴＮの目標位置の近くまで進んだときには、より短いステップ（例：〜１００μｍ）を使用することができる。電極の動きが停止した後に例えば２秒間の信号安定期間を提供し、かつ応答が例えば最小５秒間にわたり記録されるように、記載されているシステムおよび方法を構成することができる。
【００２７】
一実施形態においては、本明細書に記載されている、脳プローブを関心領域に自動的に誘導する方法およびシステムにおいて使用される脳プローブによって記録される神経生理学的反応は、ニューロン発火率、局所フィールド電位、またはこれらの１つまたは複数を含む神経生理学的反応の組合せ、とすることができ、これは例えば、β振動活動の領域を求めるため、前進しているプローブ（または電極）からの放電を記録し、β周波数帯域範囲内の放電の記録を分析することによる。視床下核（ＳＴＮ）におけるβ（約１５〜３０Ｈｚ）振動活動は、パーキンソン病（ＰＤ）患者において大きく増大し、運動の実行を妨げうることが報告されている（Ｃａｓｓｉｄｙら、２００２年；Ｌｅｖｙら、２００２年；Ｋｕｈｎら、２００４年；２００５年；Ｗｉｌｌｉａｍｓら、２００３年；２００５年）。ドーパミン作動性の薬物は、β活動を低下させ（Ｌｅｖｙら、２００２年）、ＳＴＮ内の脳深部刺激（ＤＢＳ）は、この振動活動を乱すことによってパーキンソン病の症状を緩和することができる。パーキンソン病患者における深部の記録によって、ＳＴＮ内のβ振動性の局所フィールド電位（ＬＦＰ）活動が実証された（Ｌｅｖｙら、２００２年；Ｋｕｈｎら、２００５年）。ＳＴＮ内のβ振動性のＬＦＰ活動は、皮質ＥＥＧ（cortical EEG）および対側性ＥＭＧ（contralateral EMG）と可干渉性であることが示された（Ｗｉｌｌｉａｍｓら、２００２年；Ｍａｒｓｄｅｎら、２００１年）。
【００２８】
したがって、本明細書に記載されている、脳プローブを関心領域に自動的に誘導する方法およびシステムにおいて使用される、記録された神経生理学的反応に基づく複数の観測要素は、β振動活動値のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）および／または二乗平均平方根（ＲＭＳ）とすることができる。
【００２９】
パワースペクトル密度（ＰＳＤ）の計算では、生の信号を「絶対値」演算子および平均値減算（mean subtracted）によって修正し、対象の周波数帯域（例えば約７０Ｈｚ未満、例えば約１５Ｈｚ〜約３０Ｈｚの範囲内）を取り出す。例えば、約１秒のハミング窓（所定の割合（例：１０％）が重なる）を有するウェルチ法およびゼロパディングを使用して（結果として１／３Ｈｚのスペクトル分解能）、軌跡に沿った各位置において平均ＰＳＤを計算することができる。各記録（または観測）について、２〜２００Ｈｚの間の信号の合計パワーによってＰＳＤを正規化することができる。所定の軌跡について、目標領域までの推定距離（ＥＤＴ）の関数としてのＰＳＤのプロットを構築し、提供される表示手段を使用して表示することができる。これに加えて、ＰＳＤを、増大したβ振動活動に基づくＳＴＮのＤＬＯＲのマーカーとして使用することができる。
【００３０】
同様に、ＳＴＮの入口および出口を、主として、正規化されたＲＭＳ（ＮＲＭＳ）における劇的な増大および減少によってマークすることができる。したがって、目標領域までの推定距離（ＥＤＴ）の関数としての、一例の軌跡のＮＲＭＳおよびＰＳＤを使用して、選択された軌跡に沿って脳プローブの前進を誘導することができる。
【００３１】
最小の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値の数を選択して正規化することができ、例えば５つの最小ＲＭＳ値を利用することができる。これに代えて、特定の数の最初に測定されたＲＭＳ値を、正規化の目的に利用することができる。最小ＲＭＳ値に基づく正規化では、ノイズ低減を相当に促進することができる。最低でも、目標領域の内側または目標領域の外側の２つの領域（推測状態）を区別するように、合成された動的ベイジアンネットワークまたはＨＭＭを構成することができる。多くの場合、３つ以上の推測領域（状態）を区別するように、動的ベイジアンネットワークを訓練することができる。
【００３２】
動的ベイジアンネットワークまたはＨＭＭを訓練するステップでは、挿入軌跡に沿った各点のパワースペクトル分析値を含む、統計的に有意な数の軌跡データ基準ケースを入力することができ、この場合、人間の専門家が、挿入軌跡の各点に、その点が位置する正しい領域を割り当てる。これにより動的ベイジアンネットワークが、基準ケースのデータにおいて統計的関係を学習することができ、したがって、挿入軌跡に沿った点のパワースペクトル分析値（例：平均および最大のβＰＳＤ）のみを有する新しいケース（軌跡）が与えられたとき、動的ベイジアンネットワークは、挿入軌跡に沿った各点（観測値）に、最も確率の高い（隠れ）状態を割り当てる軌跡モデルを構築することができる。（隠れ）状態を割り当てるとき、増分的な確率論的ステップ（incremental stochastic step）において記録されたパワースペクトル分析値のみならず、挿入軌跡に沿った一部の点またはすべての点のパワースペクトル分析値も考慮することができる。
【００３３】
さらに、動的ベイジアンネットワークの軌跡モデルは、一実施形態においては、新しい挿入軌跡を分析して、その挿入軌跡に沿った各位置に最も確率の高い状態を割り当てるためのベースとなる統計的基準としての役割を果たす。
【００３４】
状態（例えば、ＳＴＮのＤＬＯＲ、ＳＴＮの直前の挿入軌跡の領域、非振動性ＳＴＮの内側の領域、またはＳＴＮの直後の挿入軌跡の領域と、電極が軌跡における各ステップ（深さ）における電極の位置の１つにあるかを、例えば記録されて分析された観測要素（例：ＮＲＭＳおよびＰＳＤ）に基づいて推定する目的で、隠れマルコフモデル（ＨＭＭ）、または別の実施形態においては因子ＨＭＭを使用することができる。
【００３５】
一般的な軌跡の状態系列（state sequence）は、４つの状態すべてを連続的に経ることができる。しかしながら、すべての軌跡において、ＳＴＮの推測ＤＬＯＲにおける記録可能な振動性の観測値が得られるわけではないため、軌跡によってはその状態が抜けることがある。これに加えて、軌跡が非振動性ＳＴＮで終了することもある（ＳＴＮを出る前に終了したＭＥＲ軌跡）。
【００３６】
本明細書に記載されている、脳プローブを関心領域に自動的に誘導する方法およびシステムにおいて使用される、脳プローブを関心領域に向けて配置するステップの前に、挿入軌跡に沿った、統計的に有意な数の位置における複数の観測要素それぞれの基準値を提供することができる。言い換えれば、提供される本方法は、統計的に有意な数の挿入軌跡の基準データを提供することによって（例えば因子）ＨＭＭを訓練する最初のステップ、をさらに含むことができ、これにより、各挿入軌跡に沿った状態には、本明細書に開示されている状態の１つに、観測要素の値（例：平均βＰＳＤ、最大βＰＳＤ、β振動活動のＮＲＭＳ）と、少なくとも別の領域（例えば黒質（ＳＮＲ）内の挿入軌跡における領域）に関連付けられる観測要素が、専門家によって割り当てられる。
【００３７】
黒質（ＳＮＲ）領域への遷移を識別することは有利であることがあり、なぜなら、脳内のこの領域も、例えばパーキンソン病（ＰＤ）の治療における神経刺激の目標領域として使用することのできる重要な神経生理学的な信号（または放出）を示すためである。
【００３８】
記載されている方法（提供されるシステムにおいて実施することができる）は、挿入軌跡に沿った各位置（または隠れ状態）に、ＨＭＭ状態あたりの各観測要素の確率を示す確率値を割り当てるステップ、をさらに含むことができる。ＨＭＭ状態遷移および放出（観測値）の確率行列の最尤推定値を、例えば既知の（言い換えれば人間の専門家によって定義された）状態系列に基づいて推定することができる。推測されるＨＭＭ状態系列は、最初の観測の前の状態１（ＳＴＮの前）のＨＭＭから始まる最も可能性の高い系列として、（例えばビタビアルゴリズムを使用して）計算することができる。
【００３９】
本明細書に記載されている、脳プローブを関心領域に自動的に誘導する方法およびシステムは、挿入されたプローブを取り外して関心領域（ＳＴＮのＤＬＯＲ）にマクロ電極を挿入するステップと、神経変性疾患および／または神経変性障害（例えば、脳損傷、神経変性障害、脳卒中／脳梗塞、てんかん、パーキンソン病）の治療のための脳深部刺激（ＤＢＳ）の生成に進むステップ、をさらに含むことができる。
【００４０】
本明細書に記載されている、脳プローブを関心領域に自動的に誘導する方法は、本明細書に記載されているシステムにおいて実施することができる。したがって、本開示は、脳プローブ自動誘導システム（または本明細書に記載されている方法の１つまたは複数のステップを実行するための命令のセットまたは複数のセットを個別または一緒に実行するシステムまたはサブシステムの任意の集合）であって、近位端部および遠位端部を有する脳プローブであって、近位端部が、神経生理学的反応を記録するように構成されており、遠位端部が、駆動器に動作可能に結合されている、脳プローブと、脳プローブに動作可能に結合されている駆動器と、脳プローブおよび駆動器と通信する信号処理モジュールと、駆動器に動作可能に結合されているコントローラと、信号処理モジュールと通信するディスプレイと、を備えている、脳プローブ自動誘導システム、を提供する。
【００４１】
語「結合されている」（「動作可能に結合されている」、「結合する」、または「結合可能な」などのさまざまな形を含む）は、任意の直接的または間接的な構造上の結合、接続、または取付け、あるいはそのような直接的または間接的な構造上の結合、接続、または取付けのための適合化もしくはその能力（一体に形成されている構成要素と、別の構成要素を介して、または別の構成要素を通じて、または形成プロセス（例：電磁場）によって、結合されている構成要素、を含む）、を意味し、これらを含む。間接的な結合は、中間部材または接着剤を通じての結合、または当接あるいは別の方式での互いの係合を含み、（例えばハウジングに対する）摩擦、または何らの物理的結合なしでの別の手段によるかを問わない。
【００４２】
本明細書において使用されている用語「信号プロセッサ」は、一実施形態においては、電源、前置増幅器、増幅器、Ａ／Ｄおよび／またはＤ／Ａ変換器、またはこれらのうちの１つまたは複数を備えたモジュールまたはシステム、を意味する。
【００４３】
同様に、用語「モジュール」は、有体物を包含し、有体物とは、指定された様式で動作するように、または本明細書に記載されている動作の一部またはすべてを実行するように、物理的に構築されている、または具体的に構成されている（例：結線されている）、または仮に（例：一時的に）構成されている（例：プログラムされている）実在物であることを理解されたい。モジュールが一時的に構成されている例を考えると、モジュールそれぞれを時間的に特定の瞬間にインスタンス化する必要がない場合である。例えば、モジュールが、ソフトウェアを使用して構成されている汎用ハードウェアプロセッサを備えており、その汎用ハードウェアプロセッサを、異なる時間にそれぞれの異なるモジュールとして構成することができる場合である。したがってソフトウェアは、ハードウェアプロセッサを、例えばある時間に特定のモジュールを形成し別の時間に異なるモジュールを形成するように、構成することができる。
【００４４】
さらに、語「通信する」（およびその派生形、例えば第１の構成要素が第２の構成要素と「〜と通信する」または「〜と通信する」）およびその文法上の活用形は、２つ以上の構成要素または要素の間の構造上の関係、機能上の関係、機械的な関係、電気的な関係、または光学的な関係、またはこれらの任意の組合せ、を示すために使用されている。したがって、１つの構成要素が第２の構成要素と通信すると表現されている場合、第１の構成要素と第２の構成要素との間に追加の構成要素が存在しうる可能性、および／または、動作的に関連付けられているかまたは関与している可能性、を除外するようには意図されていない。さらに、用語「電子通信」は、本明細書に記載されている、プラットフォーム間統合機能を有するマルチモードのオプトエレクトロニクス（光電子）観測・照準システムの１つまたは複数の構成要素が、有線通信状態または無線通信状態あるいはインターネット通信状態にあり、したがってこれらの構成要素の間で電子信号および電子情報を交換できることを意味する。
【００４５】
本明細書に記載されている誘導システムにおいて使用される信号処理モジュールは、脳プローブと通信する神経生理学的反応プロセッサをさらに備えていることができ、このプロセッサは、一連の実行可能命令を含むプロセッサ可読媒体を有するメモリ、を備えており、これらの命令は、複数の神経生理学的反応を記録し、脳プローブによる記録された神経生理学的反応に基づいて、複数の所定の観測要素を計算する、ように構成されている。
【００４６】
信号処理モジュールは、駆動器および神経生理学的反応プロセッサと通信するステップ決定プロセッサ、をさらに備えていることができ、ステップ決定プロセッサは、一連の実行可能命令を含むプロセッサ可読媒体を有するメモリ、を備えており、これらの命令は、各観測要素に対するベイジアンネットワークを構築し、各観測要素に対して構築された複数のベイジアンネットワークを組み合わせて、これによって、複数の所定の観測要素を含む動的ベイジアンネットワークを作成し、動的ベイジアンネットワークに基づいて、因子部分観測マルコフ決定過程を構築し、この場合に、因子部分観測マルコフ決定過程（ＰＯＭＤＰ）が所定の観測要素の間の関係をさらに含み、ＰＯＭＤＰに基づいて、挿入軌跡に沿って脳プローブを前進させる距離ステップを決定する、ように構成されている。
【００４７】
プロセッサ可読媒体は１つの媒体とすることができるが、用語「プロセッサ可読媒体」は、１つの媒体または複数の媒体（集中型データベースまたは分散型データベース、および／または、実行可能命令および他の命令の１つまたは複数のセットを格納する関連するキャッシュおよびサーバ）を含む。さらに、用語「プロセッサ可読媒体」は、プロセッサによって実行できるように一連の命令を記憶する、符号化する、または担持することのできる任意の媒体、あるいは、コンピュータシステムまたはプロセッサに、本明細書に記載されている方法または動作のうちの任意の１つまたは複数を実行させる任意の媒体、も含みうる。
【００４８】
例えば、プロセッサ可読媒体は、１つまたは複数の不揮発性読み出し専用メモリを格納しているメモリカードまたは他のパッケージなどの固体メモリを含むことができる。さらに、プロセッサ可読媒体は、ランダムアクセスメモリまたは他の揮発性書き換え可能メモリとすることができる。これに加えて、プロセッサ可読媒体は、神経生理学的反応（例えば、β振動活動値の平均βパワースペクトル密度（ＰＳＤ）および／または最大βＰＳＤおよび／または二乗平均平方根（ＲＭＳ）、ニューロン発火率、局所フィールド電位、またはこれらのうちの１つまたは複数を含む神経生理学的反応の組合せ）を保存するための光磁気記録媒体または光媒体（ディスクまたはテープまたは他の記憶装置など）を含むことができる。
【００４９】
電子メールに添付されるデジタルファイルまたは他の独立した情報アーカイブまたは一連のアーカイブは、有形記憶媒体と同等の配布媒体とみなすことができる。したがって、本開示は、プロセッサ可読媒体または配布媒体と、データまたは命令を記憶することのできる他の同等媒体および将来的に登場する媒体のうちの任意の１つまたは複数を含むものとみなされる。
【００５０】
一実施形態においては、β周波数帯域範囲（例：約１５Ｈｚから約３０Ｈｚの間）内の神経生理学的反応を分析して、β振動活動の値（言い換えれば観測値）を求めるように、神経生理学的反応プロセッサ内の一連の実行可能命令をさらに構成することができ、この場合、記録された神経生理学的反応に基づく複数の観測要素は、β振動活動値の平均βパワースペクトル密度（ＰＳＤ）および／または最大βＰＳＤおよび／または二乗平均平方根（ＲＭＳ）である。これらの観測要素のそれぞれ、またはその組合せを、合成された動的ベイジアンネットワークにおいて使用して、電極が配置されている隠れ状態を推測し、目標の関心領域までの推定距離ＥＤＴを求めることができる。
【００５１】
さらに、記載されている誘導システムにおいて（信号処理モジュールの一部として）使用されるステップ決定プロセッサにおける一連の実行可能命令を、挿入軌跡に沿った複数の位置（または隠れ状態／部分的に観測可能な状態）それぞれに確率値を割り当てるように、さらに構成することができる。位置、または言い換えれば推測状態／隠れ状態または部分的に観測可能な状態は、ＳＴＮのＤＬＯＲ、および／またはＳＴＮの直前の挿入軌跡の領域、および／または非振動性ＳＴＮの内側の領域、および／またはＳＴＮの直後の挿入軌跡の領域、とすることができる。
【００５２】
ステップ決定プロセッサにおけるメモリ（一実施形態においては、ステップ決定プロセッサと同じとすることができる）は、挿入軌跡に沿った位置（または隠れ状態）における複数の観測要素それぞれと、一実施形態においては黒質（ＳＮＲ）の内側の領域の複数の観測要素それぞれの、記憶された既知の基準（または推測）値（またはＤＢＮ（動的ベイジアンネットワーク）として表現されたＨＭＭの観測ノード）、をさらに有することができる。
【００５３】
本明細書に記載されている誘導システムにおいて使用される脳プローブは、例えば、刺激および／または記録電極とすることができる。さらに、本誘導システムは、脳深部刺激を提供するように構成されているマクロ電極、をさらに備えていることができる。本明細書に記載されている方法およびシステムにおいて電気生理学的反応を刺激するステップおよび／または引き起こされた電気生理学的反応を記録するステップは、差動方式で、またはシングルエンド方式で、または差動方式およびシングルエンド方式の両方で、刺激する、または信号を記録する、または刺激および記録の両方を行うステップを含むことができる。例えば、差動検出構成は、検出電極として使用される先端電極と、基準電極として使用される環状電極とを含むことができる。先端部と環状部の一般的な間隔は、約１０ｍｍとすることができるが、１０ｍｍより大きい、または１０ｍｍより小さくてもよい。任意のタイプの利用可能な電極を使用する別の差動検出構成を使用することができる。差動検出においては、検出電極および基準電極の両方を、地図作成された部位に沿って（脳領域の中や神経分岐に沿ってなど）配置することができ、したがって両方の電極が、脳内の電気生理学的現象（例えば、挿入軌跡に沿ったさまざまな状態間の遷移の結果としての現象）によって引き起こされる電位の変化を受ける。
【００５４】
同様に、シングルエンド方式の検出電極構成は、関心領域に接触している検出電極と、これと対になる電極として、関心領域から離れて配置されており関心領域に前進する基準電極、を備えていることができ、したがって基準電極は、部位において発生する電気生理学的事象によって引き起こされる電位の変化を最初は受けない。
【００５５】
本明細書に記載されている観測要素を記録するステップは、２つの隣り合うマクロ接点（例えば先端接点と、先端接点（または電極）から約２０μｍ〜約５００μｍの範囲で隔てられている環状マクロ接点）の間で、例えば２つの接点の間の差動局所フィールド電位（ＬＦＰ）を記録することによって実行されるように、構成することができ、この場合には一方の接点が他方の基準である。
【００５６】
本明細書に開示されている構成要素、プロセス、アセンブリ、および装置は、添付の図面を参照することによって、さらに完全に理解することができる。これらの図は、本開示を実例によって示すうえでの便宜性および容易性に基づく概略的な表現（例：図解）にすぎず、したがってこれらの図は、装置または装置の構成要素の相対的なサイズおよび寸法を示すようには意図されておらず、および／または、例示的な実施形態の範囲を定義または制限するようには意図されていない。以下の説明では、明確さのため特定の用語が使用されているが、これらの用語は、図面で説明するために選択された実施形態の特定の構造を表現するように意図されているのみであり、本開示の範囲を定義または制限するようには意図されていない。図面および以下の説明では、類似する参照数字は、類似する機能の構成要素を指していることを理解されたい。
【００５７】
次に図１を参照し、図１は、必要とする患者の脳内の関心領域に脳プローブを誘導する自動誘導システムの使用を描いた簡略ブロック図を示している。脳プローブは、例えば電極（マクロ電極または微小電極など）とすることができることを理解されたい。複数の電極を同時に使用して、複数の挿入軌跡の値を記録することができる。図１に示したように、リモートコントロール１００が提供されており、リモートコントロール１００は、電極を自動的に誘導する目的で押されるように構成することのできるトリガーボタン１０２を含むことができる。トリガーボタンは、駆動器の始動１０４を有効にし、したがって所定の挿入軌跡に沿っての電極の移動を提供する。例えば、使用者によってトリガーボタン１０２が押されている間、必要とする患者の脳内の、所定の挿入軌跡に沿って位置しているさまざまな状態（または位置）を経て、駆動器が電極を自動的に動かす（１０６）。駆動器による電極の自動的な動き（言い換えれば、人間が挿入の距離またはタイミングに介入しない）は、例えば部分観測マルコフ決定過程（ＰＯＭＤＰ）を使用して、信号処理モジュールにおいて提供される閉ループフィードバックによって達成することができる。
【００５８】
トリガーボタンが解除されると、駆動器が停止し、医師が電極の正確な前進を確認する、または測定値を収集するための時間が与えられる。したがってトリガーボタン１０２は安全メカニズムとして利用される。
【００５９】
従来、電極の前進は自動的ではなく、したがって以下のステップを含んでいた。すなわち、電極を不連続なステップだけ前進させる。医師がボタンを押し、これにより電極の単一ステップの移動を開始し、電極の位置を確認する期間だけ待機し、ステップサイズを再定義し、ボタンを再度押して電極を別の単一ステップだけ前進させる。したがって、提供されるシステムを使用して実施される、本明細書に記載されている方法を使用すると、手術時間を少なくとも５０％短縮することができ、なぜなら閉ループフィードバックを使用して電極が自動的に前進し、前進のステップサイズを自動的に再定義して実施することができるためである。電極を前進させている間、ＳＴＮ内の異なる位置をリアルタイムで識別することができ、領域のフルスキャンを事前に実行する必要がない。
【００６０】
所定の挿入軌跡内の異なる部位に電極が自動的に前進するたびに、ＲＭＳおよびＰＳＤが計算され（１０８）、ＤＢＮ（動的ベイジアンネットワーク）として出力されるＨＭＭの観測値を信号処理モジュールによって受け取ることができる。信号処理モジュールは、閉ループフィードバックを使用して次のステップサイズを計算するよう構成することができる。結果としてのＮＲＭＳ値と、決定されるステップサイズとの間は、一般に反比例を示し、すなわちＮＲＭＳ値が高いほど、ステップサイズが小さくなり、なぜなら関心領域における電極の取付けに近づくほど、高い解像度が要求されるためである。
【００６１】
閉ループフィードバックの結果は、ブロック１１０〜ブロック１１６に示してある。ブロック１１０に示したように、決定されているステップサイズを更新するべきである場合、ブロック１１２に示したように、信号処理モジュール（電極に結合されている駆動器と電子通信する）が次のステップサイズを自動的に更新する。ブロック１１４に示したように、ステップサイズを更新する必要がないときには、ブロック１１６に示したように、結果および使用者への推奨事項がディスプレイ上に示され、これについては後からさらに説明する（例えば図３を参照）。
【００６２】
図２Ａは、脳内の関心領域（ＲＯＩ）に脳プローブを誘導する自動誘導システムを描いた簡略図であり、ＳＴＮの外側の脳プローブを示しており、表１を含む。図２Ｂは、脳内の関心領域（ＲＯＩ）に脳プローブを誘導する自動誘導システムを描いた簡略図であり、ＳＴＮ内で前進を開始した脳プローブを示しており、表２を含む。図２Ｃは、脳内の関心領域（ＲＯＩ）に脳プローブを誘導する自動誘導システムを描いた簡略図であり、ＳＴＮ内にさらに前進した脳プローブを示しており、表３を含む。
【００６３】
図２Ａに示したように、脳内の目標領域に脳プローブを誘導する自動誘導システムは、手術室においてＮｅｕｒｏＯｍｅｇａ（ＡｌｐｈａＯｍｅｇａ社）システムまたはＮｅｕｒｏＮａｖ（Ａｌｐｈａｍｅｇａ社）システムと一緒に利用することができる。ＮｅｕｒｏＯｍｅｇａシステムまたはＮｅｕｒｏＮａｖシステムは、参照数字１２０によって描いてあり、これらのシステムにディスプレイ１２２およびリモートコントロール１００が動作可能に結合されている。電極１２８１２６または複数の電極１２６をフレーム１２４に動作可能に結合することができ、フレーム１２４は、患者の頭蓋骨に対して電極１２６を係合させ、かつ電極１２６を長手方向のみに移動させることができるように、構成することができる。電極１２６は駆動器１２８に動作可能に結合することができ、駆動器１２８は、リモートコントロール１００のトリガーボタン１０２が押されたときに電極１２６を自動的に駆動する。
【００６４】
さらに、この最初の配置状態（operative orientation）においては、電極１２６の先端部がＳＴＮの外側に位置しているように示してある。表１において理解されるように、挿入軌跡のこの最初の配置状態における目標領域までの推定距離（ＥＤＴ）は、例えば１０ｍｍであり、このときＰＯＭＤＰ出力のＨＭＭ隠れ状態または推測状態は「０」であり（電極１２６がＳＴＮの部分領域のいずれの中にも位置していないことを示している）、ステップサイズが例えば０．４ｍｍであるように決定されている。任意のＥＤＴ値およびステップサイズを利用することができ、これらは提供される本開示の範囲内であることを理解されたい。
【００６５】
図２Ｂにおいて理解されるように、脳内の関心領域（ＲＯＩ）に脳プローブを誘導する自動誘導システムが、第２の配置状態において示されており、電極１２６がＳＴＮの第１の領域内に配置されている。表２において理解されるように、この第２の配置状態における目標領域までの推定距離（ＥＤＴ）は、例えば８．４ｍｍであり、このときＨＭＭ出力は「１」であり（電極１２６がＳＴＮの第１の部分領域内に配置されている）ことを示している）、この時点でステップサイズを例えば０．２ｍｍに自動的に減らすことができる。
【００６６】
図２Ｃに示したように、脳内の関心領域（ＲＯＩ）に脳プローブを誘導する自動誘導システムが、第３の配置状態において示されており、電極１２６がＳＴＮの第２の領域内に配置されている。表３において理解されるように、この第３の配置状態における目標領域までの推定距離（ＥＤＴ）は、例えば７ｍｍであり、ＨＭＭの隠れ状態または推測状態の出力は「２」であり（電極１２６がＳＴＮの第２の部分領域内に配置されていることを示している）、これによりステップサイズが例えば０．１ｍｍに自動的に減らされる。電極１２６は、例えば、１．ＳＴＮのＤＬＯＲなどの関心領域、２．ＳＴＮの前の挿入軌跡の領域、３．非振動性ＳＴＮの内側の領域、または４．ＳＴＮの後ろの挿入軌跡の領域、を通る挿入軌跡に沿って移動させることができる。またはこれに加えて、５は、黒質（ＳＮＲ）内の挿入軌跡における領域である。トリガーボタン１０２を１回押すと、電極１２６を上記の領域を経て自動的に移動させることができ、さらにステップサイズも、閉ループフィードバック（例：因子部分観測マルコフ決定過程（ＰＯＭＤＰ））を利用して自動的に更新することができる。
【００６７】
図３を参照し、図３は、脳内の関心領域（ＲＯＩ）に脳プローブを誘導する自動誘導システムを使用している間にディスプレイに示されるグラフィックユーザインタフェースを示している。複数の電極１２６を挿入軌跡を通って移動させた結果としてディスプレイ１２２に示される例示的なユーザインタフェースである。図３において理解されるように、電極ごとに、異なるＥＤＴにおける異なる領域を異なるパターンによって描くことができる。使用者は、マクロ電極を埋め込むための最適な位置を、ディスプレイ１２２に提示された結果に基づいて選択することができる。例えば、図３に示したように、電極１は、６ｍｍのＥＤＴにおいて領域「１」に入り、１．５ｍｍのＥＤＴにおいて領域「２」に入り、約−４ｍｍのＥＤＴ（プローブを引き込む必要があることを示す）において領域「３」に入った。電極２は、９ｍｍのＥＤＴにおいて領域「１」に入り、３ｍｍのＥＤＴにおいて領域「２」に入り、約−１ｍｍのＥＤＴにおいて領域「３」に入った。電極３は、８ｍｍのＥＤＴにおいて領域「１」に入り、４ｍｍのＥＤＴにおいて領域「２」に入り、約−３ｍｍのＥＤＴにおいて領域「３」に入った。最適な軌跡を使用者によって選択することができ、それに応じてマクロ電極を埋め込むことができる。
【００６８】
本明細書には、本発明の技術の詳細な実施形態が開示されている。しかしながら、開示されている実施形態は単なる例示であり、実施形態はさまざまな形態で具体化できることを理解されたい。したがって、本明細書に開示されている構造上および機能上の特定の細部は、本開示を制限するものとして解釈されるのではなく、単に特許請求の範囲のための基本形態として、および実質的に任意の適切な細部を備えた構造において本開示の技術をさまざまに採用するように当業者に示すための代表的な基本形態として、解釈されるものとする。
【００６９】
本明細書において、語「第１の」、「第２の」などは、いかなる順序、数量、重要度も意味せず、１つの要素を別の要素から区別するために使用されている。本明細書における語「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、数量の制限を意味せず、本明細書において特に明記されていない限り、または文脈において明らかに矛盾しない限りは、単数形および複数形の両方をカバーするように解釈されるものとする。本明細書において使用されている句「（１つまたは複数の）」は、この句が修飾する用語の単数および複数の両方を含むように意図されており、したがってその用語の１つまたは複数を含む（例：（１つまたは複数の）プローブは、１つまたは複数のプローブを含む）。本明細書全体を通じて、「一実施形態」、「別の実施形態」、「実施形態」などの表現は、その実施形態に関連して説明されている特定の要素（例：特徴、構造、および／または特性）が、本明細書に記載されている少なくとも１つの実施形態に含まれており、他の実施形態には存在していても存在していなくてもよいことを意味する。さらに、記載されている要素は、さまざまな実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができることを理解されたい。
【００７０】
さらに、本開示の目的において、「上部」、「底部」、「上側」、「下側」、「側面」、「前面」、「前面の」、「前方に」、「後部」、「後方に」、「背面」、「後端の」、「の上方」、「の下方」、「左」、「右」、「水平な」、「垂直な」、「上向き」、「下向き」、「外側の」、「内側の」、「外部の」、「内部の」、「中間の」など、方向または位置を示す語は、本開示のさまざまな実施形態を説明するうえで便宜上使用されているにすぎない。
【００７１】
本明細書では、１つまたは複数の構成要素を、「〜ように構成されている」、「〜によって構成されている」、「〜ように構成可能である」、「〜ように動作可能である／動作する」、「適合化された／適合可能な」、「〜することができる」、「〜に準拠した」などと表現していることがある。これらの語（例：「〜ように構成されている」）は、文脈において矛盾しない限り、一般的には、アクティブ状態の構成要素および／または非アクティブ状態の構成要素および／または待機状態の構成要素を包含することができる。
【００７２】
上の本明細書においては、脳プローブを関心領域に誘導する誘導システムおよびそれを容易にする方法を、特定の好ましい実施形態に関連して説明し、説明を目的として多数の細部を記載しているが、本開示からさらなる実施形態を創案し得ることと、本明細書に記載されており特許請求の範囲においてより完全に記述されている細部の一部を、本発明の基本的な原理から逸脱することなく相当に修正できることが、当業者には明らかであろう。
【００７３】
本出願は、米国仮特許出願第６２／１５９，３３６号（出願日：２０１５年５月１０日）の優先権を主張し、この文書はその全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【図１】
2018519009.tif 000003
【図２Ａ】
2018519009.tif 000004
【図２Ｂ】
2018519009.tif 000005
【図２Ｃ】
2018519009.tif 000006
【図３】
2018519009.tif 000007
【国際調査報告】
2018519009.tif 000008