(57)【要約】  本明細書において説明されるのは、脳の少なくとも１つの神経学的特徴に基づいて経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）パルスの有効性を明らかにする脳の標的エリアのための構造的有効性指標（ＳＥＩ）を求めることを含む方法である。ＳＥＩは異方性指標（ＡＩ）を含むことができる。ＡＩは標的エリアの局所的異方性に少なくとも基づいてＴＭＳパルスの有効性を明らかにすることができる。ＳＥＩは、結合性指標（ＣＩ）を含むことができる。ＣＩは、刺激される標的エリアとは異なる脳の場所におけるＴＭＳパルスの有効性を明らかにすることができる。さらに、ＣＩは、白質路結合に少なくとも部分的に基づくことができる。その場所の実際の神経学的構造、例えば、脳の少なくとも１つのエリアにおける異方性又は白質路に基づいて、その場所の最小有効刺激量を計画するために、脳のそのエリアのＳＥＩを用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナビゲーション下経頭蓋磁気刺激（ｎＴＭＳ）計画の方法であって、
脳の標的エリアのための構造的有効性指標（ＳＥＩ）を求めるステップであって、前記構造的有効性指標（ＳＥＩ）は、前記脳の少なくとも１つの神経学的特徴に基づいて、経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）パルスの有効性を明らかにする、ステップと、
前記脳のための基本電界振幅及び向きを求めるステップと、
前記標的エリアのための前記ＳＥＩと、前記脳のための前記基本電界振幅及び向きとに基づいて、前記脳の前記標的エリアのための意図した誘導電界ベクトルを計算するステップと、
を含む、ナビゲーション下経頭蓋磁気刺激計画の方法。
【請求項２】
前記ＳＥＩは、前記標的エリアの局所的異方性に少なくとも基づいて、ＴＭＳパルスの有効性を明らかにする異方性指標（ＡＩ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＳＥＩは、刺激される標的エリアとは異なる前記脳の場所におけるＴＭＳパルスの有効性を明らかにする結合性指標（ＣＩ）を含み、前記ＣＩは、白質路結合に少なくとも部分的に基づく、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記脳の前記標的エリアを含む、前記脳の治療領域を識別するステップであって、前記脳の前記治療領域及び前記標的エリアはいずれも少なくとも１つの機能を共有する、ステップと、
前記識別された治療領域内の前記脳の少なくとも１つの更なる標的エリアのための少なくとも１つの更なるＳＥＩを求めるステップと、
治療エリアごとに、前記求められたＳＥＩに基づいて前記脳の前記識別された治療領域内の前記脳の最適な標的エリアを特定するステップと、
を更に含み、
意図した誘導電界ベクトルを計算するステップは、前記脳の前記最適な標的エリアに対して行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記脳の前記標的エリアのための前記意図した誘導電界を誘導することができる、前記脳に対するＴＭＳコイルデバイスの少なくとも１つの位置及び向きを計算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】
パルスパラメーターが、ＴＭＳコイルデバイスに前記脳の前記標的エリアのための前記意図した誘導電界を誘導させることができるように、前記ＴＭＳコイルデバイスの少なくとも１つのコイル巻線のための前記パルスパラメーターを求めるステップを更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記標的エリアのための前記ＳＥＩの大きさに基づいて、パルス振幅パラメーターが求められる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＳＥＩはベクトルである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ＳＥＩはＡＩを含み、
脳の標的エリアのための前記ＡＩを求めることは、異なるパルス向きを有する、前記脳の前記標的エリアのための一連のｎＴＭＳパルスから実際のＡＩを計算することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＳＥＩはＡＩを含み、前記脳の標的エリアのための前記ＡＩを求めることは、前記脳の拡散テンソル画像（ＤＴＩ）及び／又は拡散尖度イメージング（ＤＫＩ）からＡＩを計算することを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＳＥＩはＡＩを含み、前記脳の標的エリアのための前記ＡＩを求めることは、前記標的エリア内のニューロン束の湾曲部の方向に基づく、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＳＥＩはＡＩを含み、前記脳の標的エリアのための前記ＡＩを求めることは、前記標的エリア内のニューロン束の既知数又は平均数に基づく、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＳＥＩはＣＩを含み、前記脳の標的エリアのための前記ＣＩを求めることは、トラクトグラフィーに基づく、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記脳の標的エリアのための前記ＳＥＩを求めるステップは、脳の第１のエリアのためのＳＥＩを求めることと、前記求められたＳＥＩを前記脳の第２の標的エリアのために使用すること、又は結合性若しくは異方性の方向のような、前記第１のエリアの対応する神経特性とは異なる、前記第２のエリアの既知の、若しくは想定される神経特性に基づいて、前記脳の前記第２の標的エリアに適合するように前記脳の前記第１の標的エリアのための前記ＳＥＩを変更することとを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＳＥＩはＡＩを含み、
前記脳の標的エリアのための前記ＡＩを求めることは、
前記脳の前記エリアの異方性を計算又は推定することと、
類似の異方性を有する前記脳の異なる標的エリアを識別することと、
前記脳の前記異なる標的エリアのためのＡＩを計算することと、
前記脳の前記異なる標的のための前記計算されたＡＩを前記脳の前記エリアのための前記ＡＩとして使用することと、
を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記脳のための基本電界振幅及び向きを求めるステップは、基本電界ベクトルを求めることを含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記脳のための基本電界振幅及び向きを求めるステップは、溝に対して垂直な向きを有する前記脳のための運動しきい値（ＭＴ）を求めることを含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記脳のための前記基本電界振幅及び向きは、前記脳の前記エリアとは異なる前記脳内の場所において求められる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記脳のための基本電界振幅及び向きを求めるステップは、前記エリアの異方性を考慮することなく、前記脳の前記標的エリアのための理論上の最適な誘導電界を求めることを含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記脳の前記標的エリアのための前記意図した誘導電界ベクトルを計算するステップは、前記求められたＳＥＩに基づいて前記基本電界の前記振幅を変更することを含む、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記脳の前記標的エリアのための前記意図した誘導電界ベクトルを計算するステップは、溝のような脳のトポロジカルな特徴に対して垂直以外の角度を選択することを含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
プロセッサに請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法を実行させるための１組のコンピューター実施可能命令を記憶している非一時的コンピューター可読媒体。
【請求項２３】
ナビゲーション下経頭蓋磁気刺激（ｎＴＭＳ）システムであって、
請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法に従ってｎＴＭＳのための計画を決定するように構成されるプロセッサを備える、ナビゲーション下経頭蓋磁気刺激システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）の分野に関する。本発明の幾つかの実施形態は、ナビゲーション下ＴＭＳ（ｎＴＭＳ）及びその計画に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＭＳ計画及び刺激中に、脳内のどの所与の場所においても最小有効刺激量を誘発することが望ましい。最小有効刺激量未満の刺激量を与えることによって、その刺激量は意図した効果をもたらさない可能性がある。最小有効刺激量よりはるかに大きい刺激量を与えることによって、複数の副作用が生じる。幾つかの例が、或るエリアの過剰刺激、意図したエリアより大きなエリアの刺激、刺激セッションの長さを制限する、エリア又は領域内の過剰刺激量の蓄積、脳の或るエリアの過熱及び発作の可能性である。
【０００３】
脳の或る特定のエリア、例えば、運動皮質内の最小有効刺激量を実験的に特定することができ、刺激の効果を測定又は観測することができる。その後、その最小有効刺激量を脳の他のエリアのための指針として用い、その刺激量を再現するか、又はその刺激量を所定の量だけ増加させる、例えば、他の領域の場合の最小有効刺激量の１２０％で別の領域を刺激するのが一般的である。通常は、一般的な経験則が適用され、適用される刺激量と、測定不可能な場所ごとの実際の最小有効刺激量との間には相関がない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
刺激量がどの程度有効であるかに関する重要な特徴のうちの１つが、刺激されることになるエリアの神経構造、及びそのエリアに対する誘導電界の相対的な向きである。現在、ＴＭＳシステム及びｎＴＭＳシステムは、この情報を考慮に入れないので、結果として、不十分で、効果のない刺激量が加えられることになる。それゆえ、最小有効刺激量及び／又は向きを求めるために、刺激場所における神経構造を考慮するシステム及び方法を有することが望ましい。さらに、容易に測定できない脳内又は脳上の場所における刺激量の実際の有効性を理解することも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の幾つかの実施形態の一態様は、ナビゲーション下経頭蓋磁気刺激（ｎＴＭＳ）計画及び／又はｎＴＭＳ刺激の方法を提供することである。
【０００６】
このような方法の例は、脳の標的エリアのための構造的有効性指標（ＳＥＩ）を求めるステップであって、構造的有効性指標（ＳＥＩ）は、脳の少なくとも１つの神経学的特徴に基づいて、経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）パルスの有効性を明らかにする、ステップと、脳のための基本電界振幅及び向きを求めるステップと、上記標的エリアのためのＳＥＩと、脳のための基本電界振幅及び向きとに基づいて、脳の標的エリアのための意図した誘導電界ベクトルを計算するステップとを含む。
【０００７】
幾つかの例によれば、ＳＥＩは異方性指標（ＡＩ）を含む。ＡＩは、標的エリアの局所的異方性に少なくとも基づいてＴＭＳパルスの有効性を明らかにすることができる。さらに、幾つかの例によれば、ＳＥＩは結合性指標（ＣＩ）を含む。ＣＩは、刺激される標的エリアとは異なる脳の場所におけるＴＭＳパルスの有効性を明らかにすることができる。さらに、ＣＩは、白質路結合に少なくとも部分的に基づくことができる。
【０００８】
ＳＥＩはＡＩ要素及びＣＩ要素を有することができる。さらに、ＳＥＩは、ＡＩ要素のみ、又はＣＩ要素のみであることもできる。さらに、ＳＥＩは、例えば、異方性比率指標（ＦＩＡ）のような、ＴＭＳの構造的有効性に関連する他の指標を含むことができるか、又はそのような他の指標からなることができる。ＳＥＩはベクトル、数値、角度の関数（ＳＥＩベクトルに対するコイル角又は誘導電界角等）、又は方向とすることができる。
【０００９】
幾つかの例によれば、方法が、脳の標的エリアのための意図した誘導電界を誘導することができる、脳に対するＴＭＳコイルデバイスの少なくとも１つの位置及び向きを計算するステップを含む。更なるステップは、パルスパラメーターが、ＴＭＳコイルデバイスに脳の標的エリアのための意図した誘導電界を誘導させることができるように、ＴＭＳコイルデバイスの少なくとも１つのコイル巻線のためのパルスパラメーターを求めることを含むことができる。
【００１０】
幾つかの実施形態及び例によれば、その場所の実際の神経学的構造、例えば、脳の少なくとも１つのエリアにおける異方性又は白質路に基づいて、その場所における有効刺激量及び／又は最小有効刺激量を計画するために、脳のそのエリアのＳＥＩを使用することが望ましい。
【００１１】
幾つかの実施形態及び例によれば、他と同様の神経学的構造を有する別の場所における有効刺激量及び／又は最小有効刺激量を計画するために、脳の少なくとも１つのエリアのＳＥＩを使用することが望ましい。
【００１２】
幾つかの実施形態及び例によれば、その場所の実際の神経学的構造と、刺激量の向きとに基づいて、その場所における１つ又は複数の或る特定の刺激量の有効性を判断するために、脳の少なくとも１つのエリアのＳＥＩを使用することが望ましい。
【００１３】
幾つかの実施形態及び例によれば、脳の幾つかのエリアのうちの１つ又は複数における実際の神経学的構造に基づいて、所望の効果を得るために刺激する最適なエリアを選択するために、脳の幾つかのエリアのＳＥＩを使用することが望ましい。
【００１４】
さらに、本発明の幾つかの実施形態の一態様は、プロセッサに本明細書において説明される方法を実行させるための１組のコンピューター実施可能命令を記憶している非一時的コンピューター可読媒体を提供することである。
【００１５】
さらに、本発明の幾つかの実施形態の一態様は、本明細書において説明される方法によるナビゲーション下経頭蓋磁気刺激（ｎＴＭＳ）のための計画を決定するか、又はｎＴＭＳを実行するように構成されるプロセッサを備える、ｎＴＭＳシステムを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的なｎＴＭＳ刺激に関連するＳＥＩのグラフィック表示を示す図である。
【図２】刺激するための標的エリア付近のエリアのより詳細な挿入物を含む、脳のニューロン構造の一例を示す図である。
【図３】標的エリアのためのＡＩを実験的に計算するための方法の一例を示す図である。
【図４】図３に示されるような方法において決定されるＡＩの結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
幾つかの実施形態によれば、本明細書においてナビゲーション下経頭蓋磁気刺激（ｎＴＭＳ）計画の方法が開示される。本明細書における方法を用いて、患者に対するＴＭＳのその後の適用のための計画を作成することができる。また、本明細書における方法は、次回の刺激及び／又は将来の刺激を計画するときに、患者に対するＴＭＳの適用中に用いることもできる。
【００１８】
幾つかの方法によれば、ｎＴＭＳのための計画立案は、脳の或るエリア又は体積のための構造的有効性指標（ＳＥＩ）を求めるステップを含む。ＳＥＩは、脳の少なくとも１つの神経学的特徴に基づいてＴＭＳパルスの有効性を明らかにすることができる。そのような神経学的特徴の例は、脳のあるエリアのニューロン等方性又は異方性、ニューロン束の向き、ニューロン束の数又は平均数、エリア間のつながり、或るエリアにおける白質路の数、密度及び／又は厚さ、又はそれらの組み合わせである。更なる例は、本説明を通して明らかになるであろう。
【００１９】
幾つかの例によれば、ＳＥＩは、異方性指標（ＡＩ）、結合性指標（ＣＩ）、その２つの組み合わせ、及び／又はＡＩ及びＣＩの一方又は両方の因子を考慮に入れる一般化された指標を含むことができる。ＳＥＩ、ＡＩ及び／又はＣＩはベクトルとすることができるか、又はベクトルによって表すことができる。それらの指標は単に数値指標とすることもできる。一般的に、ＡＩは、或るエリアの局所的異方性に少なくとも基づいてＴＭＳパルスの有効性を明らかにする。同様に、一般的に、ＣＩは、第１のエリアに適用されるときに、異なる第２のエリアにおけるＴＭＳパルスの有効性を明らかにする。第１のエリアは通常、皮質上、又は皮質付近にある。第２のエリアも皮質上、又は皮質付近にあることができるが、脳のより深いエリアとすることもできる。
【００２０】
方法が、脳のための基本電界振幅及び向きを求めるステップと、そのエリアのためのＳＥＩと、脳のための基本電界振幅及び向きとに基づいて、脳のそのエリアのための所望の、又は意図した誘導電界ベクトルを計算するステップとを更に含むことができる。
【００２１】
幾つかの例によれば、それらのステップの順序は変更することができる。例えば、幾つかの方法によれば、ＳＥＩは、脳の或る特定のエリア及び／又は領域に対して求めることができ、及び／又はマッピングすることができる。その後、基本電界振幅及び向きを求めることができる。例えば、基本電界振幅は、運動しきい値（ＭＴ）とすることができ、基本向きは、脳のトポロジカルな特徴に対して垂直とすることができる。同様に、基本電界振幅及び向きを求め、その後、脳の或る特定のエリア及び／又は領域のためのＳＥＩを求めることができる。
【００２２】
本明細書において論じられるときに、エリア又は標的エリアは、意図したＴＭＳパルスの焦点を指している。焦点は通常３次元であるので、本明細書におけるエリアという用語は体積と同義である。領域又は治療領域は、幾つかの取り得る標的エリアを含む、標的エリアより大きなエリアを指している。同様に、領域又は治療領域は、治療体積と同義である。それゆえ、領域及び治療領域は、標的エリアより大きい。
【００２３】
本明細書において開示される求めるステップは、例えば、実験（可能なとき）、計算、再計算、調整、最適化、別のデバイス／システムから関連データを取り込むこと、又はそれらの組み合わせによって実行することができる。
【００２４】
ＴＭＳパルスを計画し、被検者に適用する幾つかの方法は、被検者の脳の標的エリアが等方性である、すなわち、そのエリア内の脳物質がランダムに方向づけられると仮定する。ＴＭＳパルスを計画し、被検者に適用する他の方法は、被検者の脳の標的エリアが完全に異方性である、すなわち、そのエリア内の脳物質が完全に同じ方向に合わせられると仮定する。しかしながら、脳のどの所与のエリア内の脳物質の向きも通常均一ではなく、１つ又は複数の或る方向に偏っている。それゆえ、脳のどの所与のエリアも異方性であり、すなわち、脳物質は完全にランダムには方向づけられない。
【００２５】
例えば、ＴＭＳによって脳のあるエリア内に電界を誘導するとき、その電界の効果は、影響を及ぼされている脳物質の向きに対する電界の向きに大きく依存する。ＴＭＳ刺激は、電界に対して平行であるニューロン束及び湾曲部を有する束を活性化する。さらに、ＴＭＳから誘起された反応が、生理学的要因によって影響を及ぼされる可能性がある。これらの生理学的要因の影響は大きいので、下部のニューロン構造の影響を凌ぐ場合がある。
【００２６】
図１において見ることができるように、脳の標的エリア１０１が溝１０３、例えば、中央溝上に、又はその付近にあるのが一般的である。標的エリア１０１のニューロン束が完全に均一である、例えば、溝の周囲にあると仮定するとき、電界ベクトル１０５の理想的な向きは溝１０３に対して垂直であり、それゆえ、標的エリア１０１の異方性に対して平行である。
【００２７】
図２において見ることができるように、脳２０４の構造は、ｎＴＭＳシステムのコイルデバイス２０２からの刺激量を受ける標的エリア１０１付近で極めて複雑である可能性がある。灰白質２０７、白質２０６、及び線で示されるようなその境界が、ＴＭＳ有効性をもたらす。例えば、灰白質２０７の異方性を、例えば、標的エリア１０１における、又はその付近における灰白質２０７のＡＩ要素を用いるＳＥＩにおいて考慮することができる。同様に、ＡＩ要素は、標的エリア１０１における、又はその付近における白質２０７のためのＳＥＩの一部を形成することができる。さらに、標的エリア１０１における、又はその付近における白質路２０８は、ＳＥＩのＣＩ要素において考慮することができる。ＣＩ要素は、白質路２０８内の湾曲部が位置する位置のベクトル及び／又は指示とすることができる。
【００２８】
本明細書において説明されるように、脳のエリアの異方性は、そのエリア内の脳物質の実際の向き／偏りである。異方性は、幾つかの方法において、例えば、拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ：diffusion tensor imaging）、拡散尖度イメージング（ＤＫＩ：diffusion kurtosis imaging）、イメージング又はモデリングにおける白質路の観測、イメージング又はモデリングにおける灰白質向きの観測、イメージング又はモデリングにおける皮質の表面曲率の観測等を通して判断することができる。さらに、異方性は、あるエリア又は領域の異方性を分類するために、ＭＲＩ、ＤＴＩ、ＤＫＩ、超音波又は他の画像の画像認識ソフトウェアを用いて判断することができる。
【００２９】
本明細書において説明されるように、異方性指標（ＡＩ）は、脳のエリアの異方性から求められ、及び／又は脳のエリアの異方性を表す指標値、例えば、数値とすることができる。それにより、ＡＩは、ｎＴＭＳ計画のための計算において利用することができる。幾つかの例によれば、ＡＩは、ランダム分布又は等方性とのエリアの差を表す。一例として、０のＡＩは等方性であるエリアとすることができ、１のＡＩは特定の方向に１００％偏っているエリアとなる。しかしながら、実際には、０−１スケール間の０．７〜０．９のＡＩが一般的である。一方、本発明の範囲から逸脱することなく、他のスケールを用いることができることは理解されよう。
【００３０】
ＳＥＩ及び／又はＡＩもベクトルとすることができる。ＡＩベクトルは、或るエリアの異方性に基づく、そのエリアにおける刺激のための最適な向きを表すことができる。図１に示されるように、ＡＩ１０６はベクトルである。ＡＩベクトル１０６は、最適な刺激方向を有し、完全な異方性を呈する垂直なベクトル１０５から角度１０７（α）にある。ベクトルの大きさは、エリアの異方性に基づく、ＡＩベクトル方向における刺激の有効性を表すことができる。一例として、標的エリアにおけるニューロン束が全体として、均一ではないが、或る特定の方向にあり、この特有の不均一性に起因して、その或る特定の方向における刺激が９０％しか有効でない場合には、ＡＩベクトルは、その或る特定の方向にあり、０．９の大きさを有することができる。
【００３１】
さらに、ＳＥＩ及び／又はＡＩは、意図した刺激方向と異方性角との間の角度の関数とすることができる。上記の例によれば、ＡＩベクトルが或る特定の方向にあり、その大きさが０．９であるが、意図した刺激がその方向から５度だけオフセットされることになる場合には、刺激の有効性は７５％まで降下し、その或る特定の方向±５度のためのＡＩは０．７５になる。この例は、例えば、図４のグラフにおいて見ることができる。その場合に、図１の例では、ＳＥＩは最適なベクトル１０６の周囲の範囲として示され、その範囲は、誘導電界と最適な方向１０６との間の角度αによって決まる。
【００３２】
幾つかの実施形態によれば、治療領域１０２を識別することができる。治療領域１０２内には、複数の潜在的な治療エリア１０１が存在する可能性がある。治療領域１０２内の標的エリア１０１の異方性は変化する場合がある。ＴＭＳの結果は、標的エリア１０１の異方性、例えば、標的エリアのニューロン微細構造及び向きに基づいて影響を及ぼされるので、特定の標的エリア１０１の異方性が他の標的エリアにいかに関連するかを知ることが有益である。この情報に基づいて、治療領域１０２内の１つ又は複数の最適な標的エリア１０１を特定することができ、及び／又は特定の標的エリア１０１のための刺激パラメーターを最適化することができる。
【００３３】
ＴＭＳの治療効率又は特異性を最適化するために、所与の治療領域１０２内に最も小さな実効電界を誘導することが有益である。刺激量が高いほど、影響を及ぼされる脳のエリアが大きい。それゆえ、刺激量を最も小さい有効量にしておくことにより、脳の意図しないエリアの刺激を低減する。さらに、各刺激量が低いほど、脳の周辺領域に対する安全な刺激量にとどまりながら、適用することができる刺激量が高くなる。
【００３４】
通常、ＭＴはｎＴＭＳセッションの開始時に求められる。或る人が複数のＴＭＳセッションにわたって利用／再利用される既知のＭＴを有する場合がある間、ＭＴは、その都度求めることができる。多くの場合に、ＭＴは安静時ＭＴである。ＭＴは通常、刺激装置の最大出力電力に対して正規化された最小刺激強度か、又は被検者から運動反応を引き出すのに十分である電界の最小実効振幅である。他の一般性の低いしきい値も同様の原理を利用するが、測定／観測される反応は変化する。
【００３５】
ＭＴは通常、中央溝に対して垂直である誘導電界を用いて求められる。しかしながら、本発明の例によれば、ＳＥＩはＡＩを含むことができ、ＡＩはＭＴ部位に対して一度だけ求めることができる。ＭＴの振幅は或る患者の場合に経時的に変化する場合があるが、脳のそのエリアの異方性は大きくは変化しないはずである。それゆえ、ＭＴを求める刺激の最適な向き及び／又は有効性が患者に対して一度わかる場合には、その同じ向きを将来のＭＴ決定ステップにおいて再利用することができる。そのような実施態様は、患者のＭＴを求める速度及び信頼性を高めることができる。
【００３６】
運動皮質のような、刺激に対する反応を測定及び／又は観測することができる脳のエリアの場合、どのような所与の標的場所であっても、実際の最も有効な刺激振幅及び向きを実験的に計算することができる。しかしながら、それが可能である場合であっても、そうすることは必ずしも実用的ではない。それゆえ、個人のためのＭＴが計算されると、その値は通常、脳のための基本電界振幅として用いられる。さらに、上記のように、脳のための基本電界振幅は、標準的なＭＴ計算とすることができるか、又はその標的エリアのためのＳＥＩ、ＡＩ及び／又はＣＩを考慮に入れるＭＴとすることができる。脳の他の領域を標的とするとき、刺激振幅は、ＭＴ又は基本電界振幅の関数とみなすことができる。一例として、或る患者の場合のＭＴが既知である場合には、標的エリア１０１を刺激するとき、ＭＴの１０５％又は１２０％の振幅を用いることができる。基本振幅より振幅を増加させることによって、結果として生じる刺激が有効であることを確実にすることができる。
【００３７】
幾つかの要因が、所与の刺激がいかに有効であるかに影響を及ぼす。標的エリアの異方性によって特徴付けることができるニューロン微細構造は、所与のパルスの有効性に影響を及ぼすことになる。それゆえ、これらの要因を必ずしも考慮に入れることなく、ユーザーは、経験則として、脳の別のエリア又は領域を標的とするとき、ＭＴ振幅に或る量だけ、例えば、２０％だけ加えてきた。この結果として、場合によっては、２０％の増加が所望の効果を有するのに十分でないことがある。場合によっては、２０％の増加は必要な量より著しく大きく、操作者は患者の脳を不要な量の刺激にさらしていることがある。必要な強度より高い強度は所望よりも大きな脳のエリアを活性化し、一方、低すぎる強度は皮質のニューロン活性化を保証するのに十分に有効でない場合があるので、刺激強度を調整し、選択することが望ましい。
【００３８】
それゆえ、幾つかの例によれば、異方性及び／又はＡＩを含む場合があるＳＥＩを利用して、所与の標的エリアにおける必要な誘導電界を得るためのより良好な計算を提供することができる。例えば、ＭＴが計算されるとき、その標的エリアのためのＡＩも計算することができる。上記のように、ＭＴは通常、中央溝に対して垂直な誘導電界を用いて計算される。図３に示されるように、例えば、ＭＴが求められると、求められたＭＴを用いて、誘導電界を複数の角度にわたって回転させて、その標的エリアのためのＡＩを計算することができる。ＡＩは、トポロジカルな特徴、例えば、溝からの誘導電界角の関数として、運動誘発電位（ＭＥＰ）から計算することができる。
【００３９】
さらに、同じスポットに複数の角度でパルスを加えることによって、実際の最適な電界向きを特定することができる。例えば、図１において見られるように、中央溝１０３に対して垂直である基本向きを有する基本電界ベクトル１０５は、最適な向きではない。標的エリアの異方性に基づいて、最適な向き１０６は、基本向きから角度αだけオフセットされる。
【００４０】
所与の標的エリアにおいて、誘導電界の実効振幅は、ＡＩと、基本電界振幅（例えば、ＭＴ）と、α（例えば、基本電界角と最適な向き１０６との間の差）の余弦との積に相当することができる。
【００４１】
ＭＴが求められた標的エリアに対して、異方性を求めることができる。これは、ＭＴ及び／又はＡＩの計算の前又は後に行うことができる。その後、その標的エリアのための異方性を、例えば、治療エリア内の他の標的エリアの異方性と比較することができる。治療エリアが、容易に直接測定可能又は観測可能な特質を一切有しない脳の部分である例では、その標的エリアのためのＡＩと、基本電界振幅及び向きとに基づいて、所望の誘導電界ベクトルを計算することができる。
【００４２】
刺激に対する反応を測定することができる脳の部分、例えば、運動皮質内の部分の場合、どの所与の場所のＡＩも直接測定及び／又は計算することができる。この一例が図３及び図４とともに示される。例えば、図３の所与の標的エリア１０１において、同じ標的エリア１０１に複数の刺激パルスを適用することができるが、例えば、初期の向き０から±１３５度にわたる種々の向きで適用することができる。初期の向きは、中央溝のような既知の脳のトポロジカルな特徴（複数の場合もある）に対して垂直とすることができる。
【００４３】
図３に示されるような例示的なＡＩ決定からの結果を図４において見ることができる。各角度において、単一のＴＭＳパルスが適用され、結果として生じた運動誘発電位（ＭＥＰ）が測定され、プロットされた。その結果は、角度が最適な角度から変化するにつれて、パルスの有効性が急速に減少することを示す。その結果にガウス関数を当てはめることによって、標的エリア１０１の場合のＡＩを求めることができる。図４において更に見ることができるように、ＡＩの振幅は、最適値からの角度に依存することができる。
【００４４】
標的エリアのＳＥＩが容易に実験的に求めることができない場合、ＳＥＩは他の方法において計算することができる。例えば、脳の或るエリアのためのＳＥＩは、脳のＤＴＩ、ＤＫＩからＳＥＩを計算すること、及び／又は例えば、トラクトグラフィーから、脳のエリア内の白質路の結合性を考慮することを含むことができる。さらに、脳のあるエリアのためのＳＥＩを計算することは、そのエリア内のニューロン束の湾曲部の方向に、及び／又はそのエリア内のニューロン束の既知数若しくは平均数に基づくことができる。
【００４５】
脳の特定の標的エリアのためのＳＥＩを求める別の例は、脳の第１のエリア（例えば、ＭＴ決定のために用いられる標的エリア）のためのＳＥＩを求め、その後、脳の第２のエリア（例えば、治療領域内）のために、その求められたＳＥＩを用いることである。さらに、第１のエリアの対応する特性とは異なる、第２のエリアの既知の、及び／又は想定された特性に基づいて、脳の第１のエリアのためのＡＩを、脳の第２のエリアに適合するように変更することができる。
【００４６】
さらに、脳の或るエリアのためのＳＥＩを求めることは、脳のそのエリアの異方性を計算又は推定することと、類似の異方性を有する脳の異なる部分を識別することと、脳のその異なる部分のためのＳＥＩを計算することと、脳のその異なる部分のために計算されたＳＥＩを脳のそのエリアのためのＳＥＩとして用いることとを含むことができる。例えば、ＭＴが計算された標的エリアのためのＳＥＩ、ＡＩ及び／又は異方性が既知である場合に、かつ１つの治療領域がその中に、異なるＳＥＩを有する複数の適切な標的エリアを有する場合、ＭＴ標的エリアと比べて最も類似しているＳＥＩを有する適切な標的エリアを見つけることに基づいて、刺激されることになる特定の標的エリアを選択することができる。このようにして、測定されたＭＴ標的エリアからの刺激の予想される有効性が、新たなエリアにおいて再現されると予想することができる。
【００４７】
同様に、容易に測定可能又は観測可能な反応を有しない脳のエリアにおいて、特定の標的エリアが用いられることが望ましい場合には、類似の神経学的特徴、異方性、ＡＩ、ＣＩ又はそれらの組み合わせを有する脳の別のエリア、例えば運動皮質内の場所を見つけることができる。その類似のエリアでは、ＡＩ及び／又は角度αを求めることができ、その後、用いられることが望ましい特定の標的エリアに対して、その情報を用いることができる。
【００４８】
さらに、計画段階において、或る治療領域のために、その一部に対して、又は全治療領域に対してＳＥＩをマッピングすることができる。そのマッピングに基づいて、所望の効果を有するのに必要とされる誘導電界が最も小さい特定の標的エリアを識別することができる。このようにして、最大の効果、例えば、最大のニューロン刺激効果で、脳の誘導電界への全暴露量を最小化することができる。
【００４９】
上記で論じられたように、基本電界振幅及び向き、すなわち、基本電界ベクトルを求めることは、求められたＭＴとともに、あらかじめ選択された、及び／又はデフォルトの向き、例えば、脳のトポロジカルな特徴に対して垂直な向きを用いることとすることができる。さらに、脳のための基本電界振幅及び向きを求めることは、エリアの異方性を考慮しない、脳のそのエリアのための理論上の最適な誘導電界を求めることを含むことができる。
【００５０】
脳のエリアのために望ましいか、又は意図した誘導電界ベクトルを計算することは、求められたＳＥＩに基づいて基本電界の振幅を変更することを含むことができる。また、脳のエリアのために望ましい誘導電界ベクトルを計算することは、さらに、又は単独で、ＳＥＩ、異方性及び／又はＡＩに基づいて、溝のような脳のトポロジカルな特徴に対して垂直以外の角度を選択することを含むことができる。
【００５１】
さらに、方法が更なるステップを含むことができる。例えば、幾つかの例によれば、その方法は、脳の上記エリアを含む脳の領域を識別するステップであって、脳のその領域及びエリアはいずれも少なくとも１つの機能を共有する、ステップと、上記識別された領域内の脳の少なくとも１つの更なるエリアのための少なくとも１つの更なるＳＥＩを求めるステップと、領域ごとに、求められたＳＥＩに基づいて脳の上記識別された領域内の脳の最適なエリアを特定するステップとを含み、所望の誘導電界ベクトルを計算することは、脳のその最適なエリアに対して行われる。
【００５２】
幾つかの例によれば、方法が、脳のエリアのための上記所望の誘導電界を誘導することができる、脳に対するＴＭＳコイルデバイスの少なくとも１つの位置及び向きを計算するステップを含む。さらに、方法が、パルスパラメーターが、ＴＭＳコイルデバイスに脳のエリアのための所望の誘導電界を誘導させることができるように、ＴＭＳコイルデバイスの少なくとも１つのコイル巻線のためのパルスパラメーターを求めるステップを含むことができる。パルスパラメーターは、数ある中でも、パルス振幅、持続時間及び方向を含むことができる。
【００５３】
さらに、ＳＥＩ及び／又はＡＩを求める際に異方性比率（ＦＡ）を用いることができる。さらに、単独で、又は本明細書において説明される他の指標の代わりに、又はＳＥＩの一部として用いられる異方性比率指標（ＦＡＩ）が存在することができる。ＦＡ又はＦＡＩは、例えば、刺激下、又は意図した刺激下にある球（又は他の形状）の体積から求めることができ、標的エリアはＴＭＳコイルに対して垂直なＦＡ値の平面を考慮に入れる。ＦＡを用いて、白質内の拡散チャネルの異方性を測定及び／又は計算することができる。例えば、ＦＡＩが高いほど、例えば、０−１スケールにおいて１に近いほど、拡散の方向性が高い。ＦＡＩが０であるか、又は０に近い場合には、拡散の優先方向はほとんど、又は全くない。幾つかの例によれば、ＡＩは、例えば、電磁誘導による、ニューロン方向性及び機構の評価基準である。幾つかの例によれば、ＦＡＩは流体（例えば、水）拡散の評価基準である。ＦＡは通常、少なくとも１２の拡散方向で収集された画像に基づいて計算することができる。それゆえ、ＦＡマップを生成することができ、値及び／又はベクトルとしてＦＡＩを提示することができる。ＦＡ及びＦＡＩはトラクトグラフィーを用いて求めることもできる。
【００５４】
幾つかの実施形態によれば、本明細書において開示される方法のうちのいずれかを実行するための１組のコンピューター実施可能命令を記憶している一時的及び／又は非一時的コンピューター可読媒体が存在する。
【００５５】
さらに、幾つかの実施形態によれば、本明細書において開示される方法のうちのいずれかを実行するように構成されるプロセッサを含むシステムが開示される。そのシステムはＴＭＳコイルデバイスのようなｎＴＭＳ構成要素を更に含むことができる。
【００５６】
上記で論じられた方法及び実施形態によれば、或るエリアのトラクトグラフィーに基づいて、患者への電界刺激の刺激量を変更することができる。その場合に、ＳＥＩは、ＣＩ要素を含むことができるか、又はＳＥＩはＣＩのみとすることができる。このようにして、ＳＥＩ及び／又はＣＩは、エリアの結合性の関数であり、及び／又はエリアの結合性を表す。例えば、脳の別の領域に結合している白質路の数の２倍を有する治療領域内の標的エリアが、半分のみの白質路を有する標的エリアより２倍大きいＣＩ又はＣＩ要素を有することができる。ＣＩ又はＣＩ要素は、結合性に基づいて異なる標的エリア間で線形とすることができるか、又は別の関数及び／又は更なるパラメーターに基づくことができる。それゆえ、そのような例では、両方のエリアが刺激されることになる場合には、２倍の白質路を有するエリアのために必要な誘導電界振幅は、半分のみを有するエリアと同じ大きさにする必要はない。
【００５７】
白質路の数で論じたのと同様に、白質路の太さ、白質路の束の太さ、エリア内の白質路の平均数又はその組み合わせにも同じことを当てはめることができる。さらに、例えば、トラクトグラフィーを通して求めることができる、例えば、白質路に基づく、つながりの相対品質についての任意の他の表現を、本明細書において開示される方法とともに用いることができる。結合及び／又はＣＩは、２つのエリアを結合する灰白質路及び／又は白質路の数、すなわち、断面のサイズによって特徴付けることができる。ＣＩは、手、脚又は他の身体部分の運動野のような、既知の結合に対して求めることができる。また、ＣＩは、伝導路と脳の深い構造との結合性に対して求めることもできる。既知の結合性及び／又はＣＩとともに、基本刺激、例えば、ＭＴを、同様の、又は異なる既知の結合性及び／又はＣＩを有する別の場所において用いるときに刺激に成功するのに必要とされる相対的な刺激量を求めるために、伝導路の量及び／又は伝導路の断面積を用いることができる。さらに、ＣＩは、例えば、伝導路、すなわち、白質路又は灰白質路内の湾曲部の方向又は平均方向を表す方向を有するベクトルとすることができる。
【００５８】
そのような場合に見ることができるように、幾つかの例によれば、所与のエリアのためのＳＥＩ、ＡＩ、ＣＩ、ＦＡＩ又はそれらの組み合わせが高いほど、必要な刺激エネルギー又は刺激量が低い。しかしながら、当然、本明細書において説明される指標の別の式又は定義を単に用いることによって、低い指標値が、低い必要刺激量を表すこともできる。しかしながら、理解すべきことは、或るエリアの結合性が別のエリアに比べて良好であるほど、必要な刺激量が低いことである。同様に、誘導電界が最適な向きに合わせられる限り、異方性が高いエリアほど、必要とされる刺激量が低い。本明細書において、刺激量は、誘導電界の振幅と同義であると解釈することができる。
【００５９】
開示される本発明の実施形態は、本明細書において開示される特定の構造、プロセスステップ又は材料に限定されるのではなく、当業者によって認識されるようなその均等物に拡張されることは理解されたい。また、本明細書において利用される用語は、特定の実施形態を説明するためにのみ用いられており、制限することは意図していないことも理解されたい。
【００６０】
本明細書を通して「１つの実施形態」又は「一実施形態」を参照することは、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して種々の場所において「一実施形態では」又は「１つの実施形態では」という言い回しが現れても、必ずしもすべてが同じ実施形態を参照しているとは限らない。
【００６１】
本明細書において用いられるとき、複数の物品、構造的要素、組成的要素及び／又は材料は、便宜上、共通のリストにおいて提示される場合がある。しかしながら、これらのリストは、そのリストの各構成要素が個別の、かつ特有の構成要素として個々に識別されるかのように解釈されるべきである。したがって、そのようなリストの個々の構成要素は、それとは反対に示されない限り、単に共通のグループにおいて提示されることだけに基づいて同じリストの任意の他の構成要素と事実上同等であると解釈されるべきではない。さらに、本発明の種々の実施形態及び例は、本明細書において、その種々の構成要素に代わる代替形態とともに参照される場合がある。そのような実施形態、例及び代替形態は、互いに事実上同等と解釈されるべきではなく、本発明の別々の独立した表現とみなされるべきであることは理解されたい。
【００６２】
さらに、説明された特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わせることができる。以下の説明において、本発明の実施形態を完全に理解してもらうために、長さ、幅、形状等の例のような数多くの具体的な詳細が与えられる。しかしながら、それらの具体的な詳細のうちの１つ若しくは複数を用いることなく、又は他の方法、構成要素、材料等を用いて、本発明を実施できることは、当業者は認識されよう。他の事例では、本発明の態様を曖昧にするのを避けるために、既知の構造、材料又は動作は詳細には図示又は説明されない。
【００６３】
上記の例は１つ又は複数の特定の応用形態において本発明の原理を例示するが、発明能力を訓練することなく、また、本発明の原理及び概念から逸脱することなく、実施態様の形態、使用法及び細部に関して数多くの変更を加えることができることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、以下に記載される特許請求の範囲による場合を除いて、制限されることは意図していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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