CN103027673B - 刺激目标范围标定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种刺激目标范围标定方法，应用于微电极记录及电阻抗断层造影技术配合复合式探针，该复合式探针包含至少一微电极记录传感器和多个微电极，以在复合式探针以微电极记录信号为导引植入符合刺激目标的深度后，利用该多个微电极描绘出复合式探针周围的组织结构，而标定出刺激目标的范围及植入该复合式探针的精确位置。据此，本案具有检测快速、精确等优点，并解决现有深层脑部电刺激技术无法得知精确植入位置的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种刺激目标范围标定装置，尤指一种能适用于深层脑部电刺激(deepbrainstimulation，DBS)的刺激目标范围标定装置。
背景技术
病人服药后常会引起副作用，最常见的就是异动症(dyskinesia)，不但会令人无法正常生活，且会诱发帕金森氏病(Parkinson′sDisease)的各种症状。
除了药物引起的副作用外，药物在经长时间服用后也常会失去疗效而形成一种开和关的交替反应。当药物引起开的反应时病人的症状可得到良好的控制，但是当引起关的反应时，病人的症状就不能够获得控制，因此正常活动的能力即受到影响。
所以，当病人因上述两种原因(药物的副作用或产生的开、关交替反应)，而得不到正常的行动能力，或生活品质受到影响时，便需要考虑以手术进行治疗。而此类手术治疗可分为深层脑部电刺激(deepbrainstimulation，DBS)与具有较高危险性的烧灼破坏术(lesionprocedure)两大类，其中又以深层脑部电刺激较为普及。
在现有的深层脑部电刺激手术中，会应用微电极记录(microelectroderecording，MER)技术来协助判断用以通电来电刺激脑部的永久性导线的植入位置。具体来说，此种技术是先利用计算机断层扫描(ComputedTomography，CT)和核磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)技术寻搜刺激目标的概略位置，以制定出初次植入轨迹，用于植入具有微电极记录传感器的探针执行微电极记录，以确认探针是否已达至刺激目标中的预定位置。若是初次植入探针的位置不理想，需将探针抽出再以不同轨迹植入，直到探针能顺利植入预定目标。当探针植入的深度到达刺激目标后，即可移除探针并用永久性导线予以取代。然而，微电极记录技术仅可用以确定探针植入的深度是否已达至刺激目标，却无法确定探针于刺激目标中的精确位置，因此，永久性导线可能会被放在刺激目标中靠近边界的位置而无法正确植入刺激目标的中心。一旦永久性导线放置的位置不理想，通电之后脑部欲受电刺激的范围也会受限，进而无法达到手术原本预期的功效。
美国第6301492号专利案揭示一种适用于DBS手术的整合型探针，其通过将DBS导线整合至具有微电极记录传感器的探针中，以在探针植入刺激目标后，毋需移除而另以永久性导线取代，故可降低手术时的复杂度。然而，现有技术仍无法确知探针的植入位置是否精确，而仍需要以不同的植入轨迹植入探针数次，方能找到最佳植入位置，故仍无法快速、精确地植入探针于刺激目标中的所欲位置，增加病人的负担和手术失败的风险。
参照图1，其显示现有的电阻抗断层造影(electricalimpedancetomography，EIT)技术。如图所示，特定区域100的外围围绕一具有电极1～16的导线，而通过特定区域100表面上的电极1、3，电流源104可输入信号于该特定区域100，此时，导电目标102会因电场的关系产生电性特征，即每一个电极均有相对应的等势线108，并依序反应于特定区域100表面上的电极4～16。而电压量测器106是作为接收信号之用，用以计算出特定区域100内的阻抗大小值，以重建导电目标102在特定区域100中的影像，例如，电压量测器106先连接于电极4、8，电极4、8接收信号后，再位移至其它电极以接收其它电极上的信号。量测完成时，即可进行演算并据此重建影像，进而得知导电目标102横截面的阻抗大小。由此可知，现有的电阻抗断层造影技术大致是借电极围绕在目标物之外，经由既定电压量测程序，描绘出电极围绕区间内目标物所在位置。DBS手术则是将电极植入目标物之中，与上述技术不同，故若欲于DBS手术中描绘出探针周围组织结构，以得知探针于植入目标中的精确位置，现有的电阻抗断层造影技术即无法直接应用。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供能快速、有效地找到刺激目标范围及精确的植入位置的装置，以增加手术的准确性，克服因MER技术无法得知探针植入刺激目标内的精确位置而造成无法达到预期的治疗效果的缺失。
为达上述目的与其它目的，本发明提供一种刺激目标范围标定装置，其包括：计算机断层扫描装置与磁共振成像装置，分别对生物体体内的特定区域进行计算机断层扫描与核磁共振成像扫描，以获得适用于该特定区域的初始植入轨迹；第一复合式探针，依据该初始植入轨迹植入于该特定区域；信号产生与接收装置，借由该第一复合式探针取得微电极记录信号，以依据该微电极记录信号导引该第一复合式探针植入至对应该生物体体内的刺激目标的预定深度；以及电阻抗断层造影装置，借由该第一复合式探针对周围进行电刺激以产生第一电刺激信号，并对该第一电刺激信号进行影像转换处理以产生描绘出该第一复合式探针周围的组织结构的第一影像，进而依据该第一影像标定出该刺激目标的范围及该第一复合式探针于该刺激目标中的精确位置，借此得知第一复合式探针植入于刺激目标中的精确位置及刺激目标的范围，以供后续植入永久性导线之用。
另外，本发明还提供一种刺激目标范围标定装置，包括：计算机断层扫描装置与磁共振成像装置，分别对生物体体内的特定区域进行计算机断层扫描与核磁共振成像扫描，以获得适用于该特定区域的初始植入轨迹；多个复合式探针，依据该初始植入轨迹植入于该特定区域；信号产生与接收装置，借由该多个复合式探针获得微电极记录信号，以依据该微电极记录信号导引该多个复合式探针达至对应该生物体体内的刺激目标的预定深度以及；电阻抗断层造影装置，借由该多个复合式探针电刺激周围的组织结构以产生多个电刺激信号，以对该多个电刺激信号为影像转换处理而产生描绘出该多个复合式探针周围的组织结构的影像，进而依据该多个复合式探针周围的组织结构的影像标定出该刺激目标的范围及该多个复合式探针于该刺激目标中的精确位置。
相比于现有技术，本发明不但利用MER信号作为导引，且应用了影像转换处理技术来描绘出复合式探针周围的组织结构，所以能够快速、有效地确认出探针植入于刺激目标中的精确位置及刺激目标的范围，让永久性导线能准确地植入刺激目标的中心处，而提供预期的疗效。
附图说明
图1为现有的EIT技术的二维平面示意图；
图2为本案的刺激目标范围标定方法的步骤图；
图3A、图3B、图3C用于描绘本案以复合式探针植入于脑部的剖面示意图；
图4A、图4B用于为本案以复合式探针实施电刺激的剖面示意图；
图5A与图5B用于为本案以复合式探针进行EIT分析而描绘出刺激目标形状的仿真示意图；以及
图6A与图6B用于为本案将复合式探针往后移动特定的距离进行电刺激的示意图。
主要组件符号说明
1～16、308、308’、500、601～608电极
100、400、600特定区域
102、402、502、504导电目标
104、404电流源
106、406电压量测器
300丘脑
302STN
304黑质网状体
306第一复合式探针
306’第二复合式探针
310脑部
312信号产生器
314信号接收器
S21～S24步骤
W间距。
具体实施方式
以下借由特定的具体实施例说明本发明的技术内容，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明也可借由其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在未背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
本发明应用于深层脑部电刺激的刺激目标范围标定方法，其实施步骤如图2所示。
如图所示，在步骤S21中，对生物体体内的特定区域进行计算机断层扫描与核磁共振成像扫描，以取得适用于该特定区域的初始植入轨迹，接着进至步骤S22。
于本发明的一实施例中，步骤S21可借由立体定位框架、计算机断层扫描装置、及核磁共振成像装置等医疗设备实施，而特定区域可为脑部。举例来说，立体定位框架用以定位头部，以供计算机断层扫描装置及核磁共振成像装置对脑部进行断层扫描与磁共振，以分别获得计算机断层扫描影像及核磁共振成像，再由计算机断层扫描影像及核磁共振成像分析出初始植入轨迹。
在步骤S22中，依据步骤S21中取得的初始植入轨迹，于特定区域植入可和信号产生与接收装置连结的第一复合式探针，以由信号产生与接收装置借该第一复合式探针获得微电极记录信号，以令该微电极记录信号导引该第一复合式探针植入至对应该生物体体内的刺激目标的预定深度，接着进至步骤S23。
于本发明的一实施例中，第一复合式探针包括至少一用以提供微电极记录信号的微电极记录信号传感器，以及多个用以产生第一电刺激信号的电极，且该多个电极构成电极数组，其具体的结构可参照前揭美国第6301492号专利。信号产生与接收装置可为分离的信号产生器与信号接收器。
在步骤S23中，令相关的电阻抗断层造影装置借由该第一复合式探针对植入位置周围进行电刺激以产生第一电刺激信号，并对该第一电刺激信号进行影像转换处理以产生描绘出该第一复合式探针周围的组织结构的第一影像，接着进至步骤S24。
在步骤S24中，依据该第一影像标定出该探针植入于刺激目标中的精确位置，以供后续植入永久性导线的用，当然也可同时标定出于生物体体内的植入轨迹。
此外，若第一复合式探针的植入位置不理想，或为进一步确定刺激目标的范围，在步骤S23后，还可选择性地执行步骤S23-1(未图标)及步骤S23-2(未图标)。
在步骤S23-1中，令第二复合式探针根据该第一复合式探针周围的组织结构的第一影像以另一轨迹植入该刺激目标，以步骤S22的方式植入至刺激目标的预定深度，接着，进至步骤S23-2。于本发明的一实施例中，该第二复合式探针的结构可与第一复合式探针相同。
在步骤S23-2中，借由第二复合式探针对其周围的组织结构进行电刺激以产生第二电刺激信号，以对第二电刺激信号进行影像转换处理而描绘出第二复合式探针周围的组织结构的第二影像。接而，在步骤S24中，则依据第一影像及第二影像标定出刺激目标的范围，以供后续植入永久性导线之用。
当然，产生第二影像时不仅可以单独使用第二复合式探针对其周围的组织结构进行电刺激，也可同时使用第一及第二复合式探针以进行电刺激，同时借由刺激电极数量的增加，还可提高第二影像的分辨率(resolution)，以更清楚地描绘出让刺激目标的范围。
需说明的是，实际实施前述对第一或第二电刺激信号的影像转换处理的步骤时，可先依据该第一或第二电刺激信号对该特定区域进行电流与阻抗特性分析；再将该电流与阻抗特性分析的结果与一仿真模型参数匹配以产生描绘出该第一或第二复合式探针周围的组织结构的第一或第二影像。
为更清楚地了解前述步骤S21～S24详细的实施细节，请再参阅下列说明及图式。
需先说明的是，图3A用于绘示第一复合式探针植入脑部的示意图，图3B为图3A的局部放大示意图，而图3C用于绘示第一及第二复合式探针植入脑部的示意图。
如图3A所示，第一复合式探针306是依据步骤S21获得的初始植入轨迹植入脑部310，以依第一复合式探针306中的MER传感器(未图标)以产生的微电极记录信号，导引第一复合式探针306植入至脑部310中的刺激目标内的预定深度，而第一复合式探针306连接于信号产生器312(作为电流源)与信号接收器314(用以量测电压)。
此外，如图3B所示，脑部310中具有丘脑(thalamus)300，丘脑300具有STN302及位于STN302下方的黑质网状体304(substantianigrareticulata，SNr)。假设STN302即本案的刺激目标，当第一复合式探针306植入至符合丘脑(thalamus)300的STN302的深度后，电阻抗断层造影装置(未图标)遂通过第一复合式探针306上的多个电极308执行EIT分析，也就是借由第一复合式探针306对植入位置周围的组织结构进行电刺激以产生第一电刺激信号，以对第一电刺激信号进行影像转换处理而描绘出第一复合式探针306周围的脑组织结构的第一影像，从而依据第一影像自动标定出第一复合式探针在刺激目标中的精确位置与植入轨迹。
又如图3C所示，为更加精确地标定出该刺激目标的范围，还可选择性地执行步骤S23-1和S23-2，即选择依据步骤S23描绘出的组织结构的第一影像，将第二复合式探针306’植入脑部310，并依据步骤S22的方法达至预定深度。
而当第二复合式探针306’植入脑部310后，电阻抗断层造影装置即可再利用第二复合式探针306’上的多个电极308’电刺激其周围的组织结构进而开始影像转换处理，也就是利用多个电极308’对植入位置周围的组织结构进行电刺激，以产生第二电刺激信号，并对该第二电刺激信号进行影像转换处理，以描绘出该第二复合式探针306’周围的脑组织结构的第二影像，从而利用第一及第二影像进一步标定出刺激目标的范围。而除了单独用第二复合式探针的多个电极产生第二影像之外，也可同时使用第一及第二复合式探针上的所有电极进行电刺激，而借由刺激电极个数的增加，可更清楚地描绘出刺激目标的范围。
再参照图4A、图4B，以进一步了解前述第一及第二复合式探针对刺激目标周围的组织结构进行电刺激的细部流程。
如图4A所示，电极1～10构成数组形式并设置于复合式探针(可视为第一或第二复合式探针)上，而复合式探针植入于特定区域400(可视为丘脑300)内，电流源404(可视为信号产生器312)通过电极数组上的电极1、2输入信号于特定区域400内，电压量测器406(可视为信号接收器314)分别对电极3～10进行量测。
由于导电目标402(可视为刺激目标，STN302)会因电场产生电性特征，也就是多个电极间具有相对应的等势线408，并依序反应于电极数组上的电极3～10。而电压量测器406(可视为信号接收器314)遂可进一步利用电极3～10接收信号以得到量测值。此时，可计算出特定区域400内导电目标402的阻抗大小，并供后续进行影像转换处理以重建出导电目标402在特定区域400中的影像、位置或形状。具体来说，此种量测方式可得知导电目标402横截面的阻抗大小。
又如图4B所示，电流源404也可通过数组上的电极5、6输入信号于特定区域400内，同样地，导电目标402会产生电性特征，并依序以等势线408的方式反应于数组上的电极1～4、7～10上。而电压量测器406(可视为信号接收器314)同样可自电极1～4、7～10接收信号。接着，即可进一步得知导电目标402横截面的阻抗大小，遂进行影像转换处理以完成组织结构的影像描绘。
更具体地来说，如一复合式探针具有N个电极，实施本发明时，可选择性地将所产生的信号与接收的信号借由下列相关的计算公式来进行矩阵分析与计算，以获得位于电极周围的导电率(conductivity)与介电常数(permittivity)的分布情形，而根据导电率与介电常数的分布情形，相关的电阻抗断层造影装置(未图标)遂可进一步描绘出电极周围的脑组织结构。
举例来说，实际进行计算时，任一实际的影像重建方法可选择利用离散数据，于边界上测量包括向量的离散值。对N个电极而言，需N(N-1)/2次的独立边界测量(如果不使用输入电极，会小于此测量次数)。而重建后的影像将包括一组离散像素，且两组测量可容易地通过矩阵变换来表示为转移阻抗z的向量和导电率值c的影像向量之间的关系如公式(1)：z＝T(c)c。更具体地来说，转移阻抗介于一对电极之间(或电极和一般参考点之间)，为电极间的测量电压除以施加电流。一般而言，矩阵T将取决于导电率的分布情形和外加电流或电压模式。而利用改进的牛顿-拉夫森方法(Newton-Raphsonmethod)可计算该导电率的分布情形。在第k个阶段，也就是在迭代过程中的导电率，是有关于边界电压值，能借由公式(2)：v＝F(c)得出。而从下列公式(3)：ck+1＝ck+Δc，复能够计算第(k+1)个导电率的估计值，其中，Δc＝{[F’(ck)]tF’(ck)}-1F’(ck)[F(ck)-v0]，而v0为测量电压值和F′(CK)的雅可比矩阵(Jacobianmatrix)[F’]ij＝dfi/dj。上述算法提供良好的导电率的起始估计值，能保证其具有足够收敛。另外，上述算法能作为实际的应用，利用高效的有限元素用以计算正向变换和对雅可比矩阵直接微分，其中涉及的主要问题为{[F’(ck)]tF’(ck)}的逆矩阵和必要的正规化技术，在此不予赘述。
再进一步参照图5A及图5B所示的仿真示意图，是为多个电极及描绘出电极周围的脑组织结构的实施细节，以说明刺激目标为一个以上的实施概况。
如图5A所示，假设复合式探针(可视为第一复合式探针)上具有16个电极500并已植入于特定区域中，且电极500的导电率σ为1.0S/m，而导电目标502(即为前述的刺激目标)的导电率σ为0.7S/m。实施电刺激后，可计算出各个电极500上的电压与电流。之后，可执行EIT分析以获得如同前述的公式(1)的阻抗数组，并据此建立导电率分布情形。接着，即可进行仿真运算以描绘出复合式探针周围的组织结构的第一影像，也就是描绘出导电目标502的形状或位置，从而得知复合式探针位于刺激目标中的精确位置。
又如图5B所示，若两个复合式探针(可视为第一及第二复合式探针)分别具有16个电极500，并以平行方式植入于特定区域中，且电极500的导电率σ为1.0S/m，而导电目标502(即为第一个刺激目标)的导电率σ为0.7S/m，导电目标504(即为第二个刺激目标)的导电率σ为1.3S/m。实施电刺激后，即可计算出各个电极500上的电压与电流。后据此执行矩阵分析与计算，也就是以如公式(1)的阻抗数组进一步建立导电率分布情形。因此，可精确地描绘出导电目标502、504的形状或位置，即第二影像，从而确定刺激目标的范围及两个复合式探针分别位于刺激目标中的精确位置。
需补充说明的是，实际实施本案的技术于DBS手术中时，在第一或第二复合式探针达到刺激目标并描绘出刺激目标范围后，即可取出复合式探针，将永久性导线植入刺激目标靠近中心的位置，以完整地发挥DBS手术原本预期的疗效。而由于本案的技术能让DBS手术更快速、精确地找到刺激目标正确的位置，所以，也能加速手术的进行，从而节省病人的体力与保障病人的安全。
另外，为了因应不同的精度需求，也可同时或接续植入结构可与第一、第二复合式探针结构相同的第三复合式探针(未图标)。换言之，可令第三复合式探针根据该第一、第二复合式探针周围的组织结构的第一、第二影像以另一轨迹植入，并通过相同于第一复合式探针获得微电极记录信号，进而以微电极记录信号为导引达至对应刺激目标中的预定深度的方式，达至对应刺激目标的深度。接着，再借由第三复合式探针(或同时使用三支复合式探针)对植入位置周围的组织结构进行电刺激以产生第三电刺激信号，且对第三电刺激信号进行影像转换处理以产生描绘出第三复合式探针周围的组织结构的第三影像。此时，遂同时依据第一、第二及第三影像精确地标定出刺激目标的范围。
同样地，对第一、第二或第三电刺激信号进行影像转换处理的步骤即包括依据第一、第二或第三电刺激信号对特定区域进行电流与阻抗特性分析，以及将电流与阻抗特性分析的结果与一仿真模型参数进行匹配以产生描绘出第一、第二或第三复合式探针周围的组织结构的第一、第二或第三影像。然而，第三复合式探针详细的实施细节相似于前述第一、第二复合式探针的实施细节，故不再于此赘述。
值得一提的是，现有所谓电阻抗断层造影(electricalimpedancetomography，EIT)技术与本案的影像转换处理技术虽具有些许的类似处，但本案的影像转换处理技术是基于探针针对生物体体内组织实施电刺激，并对探针上的电极进行量测，故相比于现有将电极环绕于目标物之外，描绘电极围绕区间内目标物所在位置的EIT技术而言，具有实质的技术差异。另，本发明的刺激目标范围标定装置并不限于实施于脑部，也可应用在脊髓电刺激术(spinalcordstimulation)、迷走神经刺激术(vagusnervestimulation)等相关领域，换言之，所述的特定区域并不以脑部为限。
另外，本案所述的刺激目标范围标定装置，也可弹性地同时植入多个复合式探针，以同时进行电阻抗断层造影(electricalimpedancetomography，EIT)分析。举例来说，使用者在依据计算机断层扫描与核磁共振成像扫描获得特定区域的初始植入轨迹后，可同时植入例如为两根、三根、四根、或五根的多根复合式探针，从而借由多个复合式探针获得微电极记录信号，进而以微电极记录信号导引多个复合式探针达至对应刺激目标的预定深度；接着，再借由植入的多个复合式探针电刺激周围的组织结构以产生多个电刺激信号，并对多个电刺激信号进行影像转换处理以产生描绘出多个复合式探针周围的组织结构的影像；最后，再依据多个复合式探针周围的组织结构的影像标定出刺激目标的范围及多个复合式探针于刺激目标中的精确位置。其实施细节相似于前述非同时植入复合式探针的实施例，故不再赘述及图标。
此外，前述植入复合式探针进行初次的电刺激的步骤后，还可对复合式探针进行些微的移动以再次进行电刺激，从而提高后续影像转换处理的资料量。
举例来说，假设复合式探针如图6A所示般植入特定区域600初次进行电刺激，待完成初次的电刺激后，可将复合式探针往后移动特定的距离，而移动的距离小于电极601～608的间距W，以达至如图6B所示的位置，从而再次进行电刺激。因此，借由初次进行电刺激所获得的电刺激信号及再次进行电刺激所获得的电刺激信号，即进一步增加影像转换处理的资料来源，使产生描绘出的影像能具有更高的精度与准确度。
实际实施时，复合式探针也可移动多次以多次进行电刺激，像是一次移动十分的一个间距W，总共移动九次，进行九次电刺激，获得九倍的电刺激信号。另一方面，移动复合式探针以多次进行电刺激的方式，也等同于增加了复合式探针的电极数量。
综上所述，本发明提出一种能适用于DBS手术的刺激目标范围标定装置，其只需利用一个或两个复合式探针即可快速、精确地标定出刺激目标的范围，从而供永久性导线进行植入。因此，不但解决了现有技术仅能得知植入于刺激目标的深度而无法得知于刺激目标内的精确位置的问题，也解决了现有技术需要多次植针方能完成的问题，更进一步加速了手术的时程，提高了手术的疗效。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (14)
1.一种刺激目标范围标定装置，包括：
计算机断层扫描装置与磁共振成像装置，分别对生物体体内的特定区域进行计算机断层扫描与核磁共振成像扫描，以取得适用于该特定区域的初始植入轨迹；
第一复合式探针，依据该初始植入轨迹植入于该特定区域；
第二复合式探针，依据该第一复合式探针周围的组织结构的第一影像以另一轨迹植入该特定区域；
信号产生与接收装置，连结该第一复合式探针与该第二复合式探针，且该信号产生与接收装置借由该第一复合式探针与该第二复合式探针获得微电极记录信号，以依据该微电极记录信号导引该第一复合式探针与该第二复合式探针植入至对应该生物体体内的刺激目标中的预定深度；以及
电阻抗断层造影装置，通过该第一复合式探针与该第二复合式探针中的每一个上的多个电极执行电阻抗断层造影分析，以借由该第一复合式探针与该第二复合式探针电刺激其周围的组织结构以产生第一电刺激信号与第二电刺激信号，且该电阻抗断层造影装置对该第一电刺激信号与该第二电刺激信号进行影像转换处理而产生描绘出该第一复合式探针与该第二复合式探针周围的组织结构的第一影像与第二影像，进而依据该第一影像与该第二影像标定出该刺激目标的范围及该第一复合式探针与该第二复合式探针植入于该刺激目标中的精确位置。
2.根据权利要求1所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，该第一复合式探针包括至少一用以提供微电极记录信号的微电极记录信号传感器，以及该多个用以产生该第一电刺激信号的电极。
3.根据权利要求2所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，该多个电极构成电极数组。
4.根据权利要求1所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，该第二影像可由该第一及第二复合式探针共同产生电刺激信号，再经影像转换处理而产生。
5.根据权利要求1所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，该第二复合式探针的结构与该第一复合式探针相同。
6.根据权利要求1所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，对该第一或第二电刺激信号进行影像转换处理的方式复包括：
依据该第一或第二电刺激信号对该特定区域进行电流与阻抗特性分析；以及
将该电流与阻抗特性分析的结果与一仿真模型参数进行匹配以产生描绘出该第一或第二复合式探针周围的组织结构的第一或第二影像。
7.根据权利要求1所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，还包括第三复合式探针，根据该第一、第二复合式探针周围的组织结构的第一、第二影像以另一轨迹植入该特定区域，该信号产生与接收装置借由该第三复合式探针获得微电极记录信号，以依据该微电极记录信号导引该第三复合式探针植入至对应该生物体体内的刺激目标中的预定深度，该电阻抗断层造影装置借由该第三复合式探针对电刺激其周围的组织结构以产生第三电刺激信号，且对该第三电刺激信号进行影像转换处理以产生描绘出该第三复合式探针周围的组织结构的第三影像，进而依据该第一、第二及第三影像标定出该生物体体内的刺激目标范围及各复合式探针位于该刺激目标内的精确位置。
8.根据权利要求7所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，该第三影像可由该第一、第二及第三复合式探针共同产生电刺激信号，再经影像转换处理而产生。
9.根据权利要求7所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，该第三复合式探针的结构与该第一、第二复合式探针相同。
10.根据权利要求7所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，对该第一、第二或第三电刺激信号进行影像转换处理的方式复包括：
依据该第一、第二或第三电刺激信号对该特定区域进行电流与阻抗特性分析；以及
将该电流与阻抗特性分析的结果与一仿真模型参数进行匹配以产生描绘出该第一、第二或第三复合式探针周围的组织结构的第一、第二或第三影像。
11.根据权利要求1所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，在该第一电刺激信号产生后，令该第一复合式探针沿该初始植入轨迹向前或向后移动特定的距离，以再次电刺激其周围的组织结构以产生相应的第一电刺激信号，并一并对初次产生的该第一电刺激信号及再次产生的第一电刺激信号进行影像转换处理，以产生描绘出该第一复合式探针周围的组织结构的第一影像。
12.根据权利要求11所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，该特定的距离小于该第一复合式探针的电极之间距。
13.根据权利要求1所述的刺激目标范围标定装置，其特征在于，该特定区域为脑部。
14.一种刺激目标范围标定装置，包括：
计算机断层扫描装置与磁共振成像装置，分别对生物体体内的特定区域进行计算机断层扫描与核磁共振成像扫描，以获得适用于该特定区域的初始植入轨迹；
多个复合式探针，依据该初始植入轨迹植入于该特定区域；
信号产生与接收装置，连结该多个复合式探针，且该信号产生与接收装置借由该多个复合式探针取得微电极记录信号，进而以该微电极记录信号导引该多个复合式探针植入至对应该生物体体内的刺激目标中的预定深度；以及
电阻抗断层造影装置，通过该多个复合式探针中的每一个上的多个电极执行电阻抗断层造影分析，以借由该多个复合式探针电刺激其周围的组织结构以产生多个电刺激信号，且该电阻抗断层造影装置对该多个电刺激信号进行影像转换处理以产生描绘出该多个复合式探针周围的组织结构的影像，进而依据该多个复合式探针周围的组织结构的影像标定出该刺激目标的范围及该多个复合式探针于该刺激目标中的精确位置。
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| US11331495B2 (en) * | 2018-06-27 | 2022-05-17 | Boston Scientific Neuromodulation Corporation | Stimulation field modelling in an implantable stimulator device |
| US11238591B1 (en) | 2020-07-15 | 2022-02-01 | Taipei Medical University (Tmu) | Medical image processing system and method thereof |
| US11794002B2 (en) | 2020-12-15 | 2023-10-24 | Industrial Technology Research Institute | Neuromodulation probe |
| CN112546444B (zh) * | 2020-12-22 | 2023-12-05 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 具有深度读数功能的电刺激电流双针测量探头及使用方法 |
| CN114712712A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-07-08 | 苏州景昱医疗器械有限公司 | 刺激电极导线的成像识别方法及相关装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6016449A (en) * | 1997-10-27 | 2000-01-18 | Neuropace, Inc. | System for treatment of neurological disorders |
| US7181288B1 (en) * | 2002-06-24 | 2007-02-20 | The Cleveland Clinic Foundation | Neuromodulation device and method of using the same |
| CN101039619A (zh) * | 2004-08-09 | 2007-09-19 | 约翰斯·霍普金斯大学 | 可植入mri兼容刺激导线和天线以及相关系统和方法 |
| CN101557856A (zh) * | 2006-12-13 | 2009-10-14 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | Dbs导针的第一次正确放置 |
| CN101622029A (zh) * | 2007-03-02 | 2010-01-06 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于深度大脑刺激的电极系统 |
| CN101687097A (zh) * | 2007-07-10 | 2010-03-31 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 神经刺激系统 |
| CN101918855A (zh) * | 2007-09-24 | 2010-12-15 | 外科视象设备公司 | 使用外科手术工具的预定义数据和mri图像数据的实时可视化的mri外科手术系统 |
| CN102215905A (zh) * | 2008-11-14 | 2011-10-12 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 可植入医疗系统 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9116215D0 (en) * | 1991-07-26 | 1991-09-11 | Nat Res Dev | Electrical impedance tomography |
| CA2217603C (en) * | 1997-10-02 | 2003-12-23 | Alvin Wexler | Reconstruction system and methods for impedance imaging |
| US6301492B1 (en) * | 2000-01-20 | 2001-10-09 | Electrocore Technologies, Llc | Device for performing microelectrode recordings through the central channel of a deep-brain stimulation electrode |
| CN101600471B (zh) * | 2004-10-05 | 2012-11-07 | 阿迪安公司 | 肾神经调节的方法和装置 |
| US8452415B2 (en) * | 2006-02-24 | 2013-05-28 | Medtronic, Inc. | Electrical and activation field models for programming a stimulation lead with complex electrode array geometry |
| US8612024B2 (en) * | 2006-02-24 | 2013-12-17 | Medtronic, Inc. | User interface with 3D environment for configuring stimulation therapy |
| US8538537B2 (en) * | 2007-12-07 | 2013-09-17 | Advanced Neuromodulations Systems, Inc. | Systems and methods for providing targeted neural stimulation therapy to address neurological disorders, including neuropyschiatric and neuropyschological disorders |
| US8551096B2 (en) * | 2009-05-13 | 2013-10-08 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Directional delivery of energy and bioactives |
| JP5927176B2 (ja) * | 2010-04-01 | 2016-06-01 | エコーレ ポリテクニーク フェデラーレ デ ローザンヌ （イーピーエフエル） | 神経組織と相互作用するためのデバイス、ならびにそれを作製および使用する方法 |
-
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-
2012
- 2012-09-27 US US13/628,701 patent/US9173588B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6016449A (en) * | 1997-10-27 | 2000-01-18 | Neuropace, Inc. | System for treatment of neurological disorders |
| US7181288B1 (en) * | 2002-06-24 | 2007-02-20 | The Cleveland Clinic Foundation | Neuromodulation device and method of using the same |
| CN101039619A (zh) * | 2004-08-09 | 2007-09-19 | 约翰斯·霍普金斯大学 | 可植入mri兼容刺激导线和天线以及相关系统和方法 |
| CN101557856A (zh) * | 2006-12-13 | 2009-10-14 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | Dbs导针的第一次正确放置 |
| CN101622029A (zh) * | 2007-03-02 | 2010-01-06 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于深度大脑刺激的电极系统 |
| CN101687097A (zh) * | 2007-07-10 | 2010-03-31 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 神经刺激系统 |
| CN101918855A (zh) * | 2007-09-24 | 2010-12-15 | 外科视象设备公司 | 使用外科手术工具的预定义数据和mri图像数据的实时可视化的mri外科手术系统 |
| CN102215905A (zh) * | 2008-11-14 | 2011-10-12 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 可植入医疗系统 |
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