DE102013205592B4

DE102013205592B4 - Verfahren zum Identifizieren eines Stimulationszielbereichs

Info

Publication number: DE102013205592B4
Application number: DE102013205592.7A
Authority: DE
Inventors: Charles Tak Ming CHOI; Shu-Hai Sun; Yi-Hsuan Lee
Original assignee: National Chiao Tung University NCTU
Current assignee: National Yang Ming Chiao Tung University NYCU
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: DE102013205592A1

Abstract

Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs, das die Schritte umfasst:(1) Ausführen einer Computertomographie-Abtastung (CT-Abtastung) und einer Magnetresonanzabbildung (MRI) in einem spezifischen Gebiet (400) im Innern eines Objekts (310), um eine erste Implantationstrajektorie für das spezifische Gebiet zu erhalten;(2) Implantieren einer ersten zusammengesetzten Sonde (306) in das spezifische Gebiet (400) basierend auf der ersten Implantationstrajektorie, um Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale mittels der ersten zusammengesetzten Sonde (306) zu erhalten, wodurch ermöglicht wird, dass die erste zusammengesetzte Sonde basierend auf den Mikroelektroden-Aufzeichnungssignalen in eine vordefinierte Tiefe innerhalb eines Zielbereichs des Objekts geführt wird;(3) Ermöglichen, dass die erste zusammengesetzte Sonde einen (306) elektrischen Strom in Strukturen einleitet, welche die erste zusammengesetzte Sonde umgeben, und Verwenden der Elektroden (308) in der ersten zusammengesetzten Sonde (306), um ein elektrisches Potential zu messen, sowie Verarbeiten der gemessenen Daten, um ein erstes Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die erste zusammengesetzte Sonde (306) umgeben; und(4) Identifizieren der Grenze des Zielbereichs und genaues Festlegen einer Lage der ersten zusammengesetzten Sonde (306), die innerhalb oder außerhalb des Zielbereichs implantiert ist, gemäß dem ersten Bild,wobei bei dem Schritt (3), nachdem der erste elektrische Strom eingeleitet ist und das erste elektrische Potential gemessen ist, ferner ermöglicht wird, dass die erste zusammengesetzte Sonde (306) in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung entlang der ersten Implantationstrajektorie um eine vorbestimmte Distanz verschoben wird und dadurch ein zweiter elektrischer Strom in die Strukturen, welche die erste zusammengesetzte Sonde (306) umgeben, eingeleitet und ein zweites elektrisches Potential für diese Strukturen gemessen wird, und dass sowohl das erste gemessene elektrische Potential als auch das zweite gemessene elektrische Potential in das erste Bild umgewandelt werden, das die Strukturen darstellt, welche die erste zusammengesetzte Sonde (306) umgeben.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren von Stimulationszielbereichen und insbesondere ein Verfahren zum Identifizieren von Zielbereichen, die für medizinische Behandlungen oder für eine Ölbohrung geeignet sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Moderne Ölgeologen prüfen üblicherweise Oberflächengestein und ein Oberflächengebiet mit der zusätzlichen Hilfe von Satellitenbildern, es wird jedoch auch eine Vielzahl von anderen Verfahren verwendet, um Öl zu finden. Empfindliche Gravitationsmessgeräte können verwendet werden, um winzige Änderungen im Gravitationsfeld der Erde zu messen, die strömendes Öl anzeigen könnten. Darüber hinaus können auch empfindliche Magnetometer verwendet werden, um winzige Änderungen im Magnetfeld der Erde zu messen, die durch strömendes Öl hervorgerufen werden.
Zusätzlich und am häufigsten verwenden moderne Ölgeologen Oberflächen-SONAR oder Seismologie, sie erzeugen Schockwellen, die durch verborgene Gesteinsschichten hindurchtreten, und sie interpretieren die Wellen, die zurück zur Oberfläche reflektiert werden.
Die Schockwellen bewegen sich unter der Erdoberfläche und werden durch verschiedene Gesteinsschichten zurückreflektiert. Die Reflexionen bewegen sich in Abhängigkeit von dem Typ oder der Dichte der Gesteinsschichten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Empfindliche Mikrofone oder Schwingungsdetektoren detektieren die Reflexionen der Schockwellen. Die Messdaten werden anschließend bezüglich Anzeichen von Ölvorkommen interpretiert.
Sobald die Ölgeologen einen vielversprechenden Ort für Öl finden, wird der Ort markiert, indem GPS-Koordinaten verwendet werden.
Die gegenwärtigen Ölsuchtechniken sind jedoch üblicherweise auf dem länglichen Messprozess angewiesen. Auch wenn der längliche Messprozess ausgeführt wird, kann die Genauigkeit des Orts für das Öl nicht weiter verbessert werden.
Außer dem Problem der Ölsuche treten ferner häufig Nebenwirkungen auf, nachdem Patienten mit Parkinson-Erkrankung Arzneien eingenommen haben, und eine der häufigsten Nebenwirkungen ist Dyskinesie, die nicht nur ein normales Leben behindert, sondern auch eine Vielzahl von Symptomen der Parkinson-Erkrankung hervorrufen kann.
Zusätzlich zu den durch das Arzneimittel hervorgerufenen Nebenwirkungen kann das Arzneimittel, nachdem es für eine lange Zeitdauer eingenommen wurde, häufig seine Wirksamkeit verlieren und oft eine „Ein-Aus“-Wechselreaktion hervorrufen. Wenn das Arzneimittel die „Ein“-Reaktion hervorruft, ist das Symptom des Patienten unter Kontrolle, wenn jedoch die „Aus“-Reaktion hervorgerufen wird, können die Symptome des Patienten nicht kontrolliert werden, und folglich wird die Fähigkeit beeinträchtigt, ein normales Leben zu führen.
Wenn der Patient mit Parkinson-Erkrankung normale Aktivitäten nicht ausführen kann oder die Lebensqualität aufgrund der vorstehenden zwei Gründe beeinträchtigt ist (aufgrund der Nebenwirkungen der Arzneimittel und aufgrund der „Ein-Aus“-Wechselreaktion) würden folglich Behandlungen in Betracht gezogen werden müssen. Solche Behandlungen können in zwei Haupttypen eingeteilt werden: die Tiefenhirnstimulation (DBS) und die Läsionierungsprozedur, die ein höheres Risiko mit sich bringt, von welchen die Tiefenhirnstimulation populärer ist.
Bei der gegenwärtigen Tiefenhirnstimulation wird eine Mikroelektrodenaufzeichnung (MER) verwendet, um dabei zu helfen, die am besten geeignete Implantatsposition für einen permanenten Draht zu ermitteln, der verwendet wird, im den Zielbereich innerhalb des Gehirns durch Elektrizität zu stimulieren. Speziell verwendet diese Technik zuerst eine Computertomographie-Abtastung (CT-Abtastung) und eine Magnetresonanzabbildung (MRI), um nach einer groben Position des Zielbereichs zu suchen, um eine erste Implantationstrajektorie zum Implantieren einer Sonde mit einem Mikroelektroden-Aufzeichnungssensor zu erhalten. Dieser Sensor führt eine Mikroelektrodenaufzeichnung aus, um zu bestätigen, ob die Sonde die vordefinierte Position des Stimulationszielbereichs erreicht hat. Wenn die erste Implantation der Sondenposition nicht zufriedenstellend ist, wird die Sonde anschließend herausgenommen und entlang einer anderen Trajektorie implantiert, bis die Sonde an der vordefinierten Zielbereichsposition erfolgreich implantiert ist. Wenn die Tiefe der implantierten Sonde den Stimulationszielbereich erreicht hat, kann die Sonde anschließend entfernt und durch einen permanenten Draht ersetzt werden. Die Mikroelektroden-Aufzeichnungstechnik kann jedoch nur verwendet werden, um zu ermitteln, ob die Tiefe der implantierten Sonde den Stimulationszielbereich erreicht hat, sie kann jedoch nicht verwendet werden, um den exakten Ort der Sonde innerhalb des Stimulationszielbereichs zu ermitteln. Daher ist es möglich, dass der permanente Draht an der nicht optimalen Position innerhalb des Stimulationszielbereichs angeordnet ist, anstatt dass er an dem „optimalen Ort“ innerhalb des Stimulationszielbereichs korrekt implantiert ist. Wenn die Anordnungsposition für den permanenten Draht nicht ideal ist, ist der Anteil des Zielbereichs im Gehirn eingeschränkt, der durch die elektrische Leitung stimuliert wird, und daher kann die gewünschte Wirkung der medizinischen Behandlung nicht erreicht werden.
Die US 6 301 492 A offenbart eine integrierte Sonde, die einen DBS-Draht in eine Sonde mit einem Mikroelektroden-Aufzeichnungssensor integriert, so dass die Sonde nach der Implantation der Sonde in den Stimulationszielbereich nicht entfernt und durch einen permanenten Draht ersetzt wird, wodurch die Komplexität der Behandlung verringert werden kann. Diese bekannte Technik kann jedoch nicht ermitteln, ob die Implantatposition der Sonde genau ist oder nicht, daher können verschiedene Trajektorien zum Implantieren der Sonde weiterhin erforderlich sein, um die beste Implantatsposition festzulegen, wodurch eine schnelle und genaue Implantation der Sonde in die gewünschte Lage im Stimulationszielbereich nicht möglich ist.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine bestehende Technik der elektrischen Impedanztomographie (EIT) gezeigt. Wie es dargestellt ist, ist ein Draht mit Elektroden 1 - 16 um einen Umfang eines speziellen Gebiets 100 herum angeordnet. Durch Elektroden 1 und 3 an der Oberfläche dieses spezifischen Gebiets 100 kann eine Stromquelle 104 Signale in das spezifische Gebiet 100 eingeben. Gleichzeitig beeinflusst das Vorhandensein eines leitenden Zielbereichs 102 das Profil des elektrischen Feldes von 100, das heißt, dass die Äquipotentiallinie 108 durch das Vorhandensein von 104 verändert wird, was sich in dem Potential widerspiegelt, das durch die Elektroden 4 - 16 an der Oberfläche des spezifischen Gebiets 100 gemessen wird. Eine Spannungsmesseinrichtung 106 wird zum Empfangen von Signalen verwendet, um die Impedanzen in dem spezifischen Gebiet 100 zu berechnen und das Bild des leitenden Zielbereichs 102 in dem spezifischen Gebiet 100 zu rekonstruieren. Beispielsweise wird die Spannungsmesseinrichtung 106 zuerst mit den Elektroden 6 und 8 verbunden, und nachdem sie Signale von den Elektroden 6 und 8 empfangen hat, wendet sie sich anschließend der Messung von Spannungssignalen von anderen Paaren von Elektroden zu. Kurz gesagt umgibt die Technik der elektrischen Impedanztomographie den Zielbereich mit Elektroden, und sie führt anschließend festgelegte Spannungsmessprozeduren aus, um die Lage des Zielbereichs innerhalb des Gebiets darzustellen, das von den Elektroden umgeben ist. Was die DBS betrifft, so ist diese von der vorstehenden Technik dadurch verschieden, dass die Elektrode in das Objekt in Richtung des Zielbereichs implantiert wird. Wenn man Strukturen darzustellen wünscht, welche die Sonde bei der DBS umgeben, um dadurch die genaue Lage der Sonde zu kennen, die in dem Zielbereich implantiert ist, ist die Technik der elektrischen Impedanztomographie nicht direkt anwendbar.
Aus der WO 2011/121089 A1 ist ein Verfahren und ein System zum Identifizieren eines Zielbereichs bekannt, bei dem eine Computertomographie-Abtastung und eine Magnetresonanzabbildung in einem spezifischen Gebiet im Inneren eines Objekts ausgeführt wird, um eine erste Implantationstrajektorie für das spezifische Gebiet zu erhalten. Eine erste zusammengesetzte Sonde wird in das spezifische Gebiet basierend auf der ersten Implantationstrajektorie implantiert, um Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale mittels der ersten zusammengesetzten Sonde zu erhalten. In einer vordefinierten Tiefe des Zielbereichs leitet die zusammengesetzte Sonde einen elektrischen Strom ein und die Elektroden der Sonde werden verwendet, um ein elektrisches Potential zu messen und um ein erstes Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, die sich zwischen den Elektroden befinden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der vorstehenden Nachteile ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum effizienten und schnellen Identifizieren der Grenze des Zielbereichs und präziser Positionen der implantierten Sonden zu schaffen, wodurch die Genauigkeit jeder Sondeneinfügung verbessert wird und der Nachteil überwunden wird, dass die präzisen Lagen der Sonden in dem Zielbereich unter Verwendung der MER-Technik nicht bekannt sind.
Gemäß der vorstehenden Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen.
Offenbart ist auch ein System zum Identifizieren eines Zielbereichs. Das System umfasst: eine Computertomographie-Abtastung (CT-Abtastung) und eine Magnetresonanzabbildung (MRI), die in einem spezifischen Gebiet im Innern des Objekts ausgeführt werden, um eine erste Implantationstrajektorie für das spezifische Gebiet zu erhalten; eine erste zusammengesetzte Sonde, die basierend auf der ersten Implantationstrajektorie in das spezifische Gebiet implantiert wird, um Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale mittels der ersten zusammengesetzten Sonde zu erhalten, wobei ermöglicht wird, dass die erste zusammengesetzte Sonde basierend auf den Mikroelektroden-Aufzeichnungssignalen in eine vordefinierte Tiefe innerhalb eines Zielbereichs des Objekts geführt wird; und ein elektrischer Strom, der durch die erste zusammengesetzte Sonde in Strukturen eingeleitet wird, welche die erste zusammengesetzte Sonde umgeben, wobei ein elektrisches Potential unter Verwendung der Elektroden in der ersten zusammengesetzten Sonde gemessen wird und die gemessenen Daten verarbeitet werden, um ein erstes Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die erste zusammengesetzte Sonde umgeben, wobei gemäß dem ersten Bild die Grenze des Zielbereichs und eine Lage der ersten zusammengesetzten Sonde identifiziert werden, die innerhalb oder außerhalb des Zielbereichs implantiert ist.
Im Vergleich zum Stand der Technik verwendet die vorliegende Erfindung nicht nur die MER-Signale zur Führung, sondern sie wendet die Bildumwandlungstechnik an, um die Strukturen darzustellen, welche die zusammengesetzte Sonden umgeben; daher können die Grenze und die präzisen Lagen der zusammengesetzten Sonden in dem Zielbereich schnell und effizient identifiziert werden, wodurch ermöglicht wird, dass der permanente Draht genau in eine optimale Lage in dem Zielbereich implantiert wird und die erwartete Wirksamkeit erreicht.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung kann durch Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden, wobei:

1 eine 2D-Ebene ist, welche die existierende EIT-Technik darstellt;
2A ein Flussdiagramm ist, welches das Verfahren zum Identifizieren eines Stimulationszielbereichs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2B ein Flussdiagramm ist, welches das Verfahren zum Identifizieren eines Ölbohrungszielbereichs gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3A, 3B und 3C Querschnittsdiagramme sind, die eine zusammengesetzte Sonde bzw. zusammengesetzte Sonden, die in dem Zielbereich im Gehirn implantiert sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
4A und 4B Querschnittsdiagrame sind, die eine elektrische Stimulation, die durch die zusammengesetzte Sonde implementiert wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
5A und 5B schematische Diagramme sind, die Formen der Stimulationszielbereiche, die anhand einer EIT-Analyse rekonstruiert sind, die unter Verwendung der Messwerte von der zusammengesetzten Sonde ausgeführt wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und
6A und 6B schematische Diagramme sind, die eine Rückwärts- oder Vorwärtsverschiebungsbewegung der zusammengesetzten Sonde um eine bestimmte Distanz zum Einleiten eines elektrischen Stroms und zum Messen eines elektrischen Potentials sowie zu dessen Verarbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden speziellen Ausführungsformen beschrieben. Fachleute können leicht weitere Vorteile und Funktionen der vorliegenden Erfindung nach dem Lesen der Offenbarung dieser Beschreibung verstehen. Die vorliegende Erfindung kann ebenso mit anderen Ausführungsformen implementiert werden. Verschiedene Details, die in dieser Beschreibung erläutert sind, können basierend auf unterschiedlichen Gesichtspunkten und Anwendungen modifiziert werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Schritte eines Verfahrens zum Identifizieren des Stimulationszielbereichs, der bei einer Tiefenhirnstimulation (DBS) anwendbar ist, sind in 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Wie es gezeigt ist, werden bei Schritt S21a eine Computertomographie-Abtastung (CT-Abtastung) und eine Magnetresonanzabbildung (MRI) in einem spezifischen Gebiet in dem Objekt ausgeführt, um eine erste Implantationstrajektorie zu erhalten, die für dieses spezifische Gebiet geeignet ist, anschließend wird Schritt S22a ausgeführt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Schritt S21a ausgeführt werden, indem medizinische Ausrüstungen verwendet werden, wie beispielsweise ein stereotaktischer Rahmen, eine CT-Abtastungseinrichtung und eine Magnetresonanz-Abbildungseinrichtung. Das spezifische Gebiet ist ein Gehirn. Beispielsweise wird der stereotaktische Rahmen verwendet, um den Kopf zu identifizieren, und die CT-Einrichtung sowie die Magnetresonanz-Abbildungseinrichtung werden verwendet, um eine CT-Abtastung und eine Magnetresonanz in dem Gehirn auszuführen, um ein CT-Abtastungsbild und ein Magnetresonanzbild zu erhalten, und anschließend wird die erste Implantationstrajektorie basierend darauf erhalten, dass das Computertomographie-Abtastbild und das Magnetresonanzbild analysiert werden.
Bei Schritt 22a wird eine erste zusammengesetzte Sonde, die mit einer Signalerzeugungs- und Signalempfangseinrichtung verbunden sein kann, basierend auf der ersten Implantationstrajektorie, die in Schritt S21a erhalten wird, in das spezifische Gebiet implantiert, so dass Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale (MER-Signale) durch die Signalerzeugungs- und Signalempfangseinrichtung mittels der ersten zusammengesetzten Sonde erhalten werden können, so dass die erste zusammengesetzte Sonde basierend auf den Mikroelektroden-Aufzeichnungssignalen in eine vordefinierte Tiefe eines Stimulationszielbereichs in dem Objekt geführt wird. Anschließend wird Schritt S23a ausgeführt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erste zusammengesetzte Sonde zumindest einen Mikroelektroden-Aufzeichnungssignalsensor zum Messen der Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale und mehrere Elektroden zum Einleiten eines ersten elektrischen Stroms und zum Messen eines Signals des elektrischen Potentials. Die mehreren Elektroden sind in einer Elektrodengruppe angeordnet, von welcher eine spezifische Struktur in dem zuvor erwähnten US-Patent Nr. 6,301,492 offenbart ist. Die Signalerzeugungs- und Signalempfangseinrichtung kann aus einer separaten Signalerzeugungseinrichtung und einer separaten Signalempfangseinrichtung bestehen.
Bei Schritt S23a wird ein elektrischer Strom in das Gebiet eingeleitet, das die zusammengesetzte Sonde umgibt, und ein elektrisches Potential wird durch die zusammengesetzte Sonde mittels eines geeigneten Algorithmus oder einer geeigneten Einrichtung zur elektrischen Impedanztomographie (EIT) gemessen, indem die erste zusammengesetzte Sonde verwendet wird, um ein erstes Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die erste zusammengesetzte Sonde umgeben. Anschließend wird Schritt S24a ausgeführt.
Bei Schritt S24a wird basierend auf dem ersten Bild die präzise Lage der Sonde relativ zu dem Stimulationszielbereich ermittelt, welche für eine nachfolgende Implantation eines permanenten Drahts verwendet wird. Selbstverständlich wird die Implantationstrajektorie für die nachfolgende Implantation des permanenten Drahts in dem Objekt ebenso zu derselben Zeit ermittelt.
Wenn die Implantationsposition der ersten zusammengesetzten Sonde nicht zufriedenstellend ist oder ferner die Grenze des Stimulationszielbereichs ermittelt werden soll, können darüber hinaus nach Schritt S23a ein Schritt S23a-1 (nicht gezeigt) und ein Schritt S23a-2 (nicht gezeigt) optional ausgeführt werden.
Bei Schritt S23a-1 wird eine zweite zusammengesetzte Sonde über eine weitere Trajektorie basierend auf dem ersten Bild der Strukturen implantiert, welche die erste zusammengesetzte Sonde umgeben, und sie wird bis zu einer vordefinierten Tiefe des Stimulationszielbereichs auf dieselbe Weise implantiert, wie sie bei Schritt S22a ausgeführt wird. Anschließend wird Schritt S23a-2 ausgeführt. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Struktur der zweiten zusammengesetzten Sonde die gleiche wie diejenige der ersten zusammengesetzten Sonde sein. Die erste zusammengesetzte Sonde kann in dem Objekt gehalten oder aus dem Objekt entnommen werden.
Bei Schritt S23-2 wird ein elektrischer Strom in die Strukturen eingeleitet, welche die zweite zusammengesetzte Sonde umgeben, und es wird ein elektrisches Potential gemessen, und anschließend werden die gemessenen Daten verwendet, um ein zweites Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die zweite zusammengesetzte Sonde umgeben. Anschließend kann bei Schritt S24a die Grenze des Stimulationszielbereichs basierend auf dem ersten und dem zweiten Bild für eine nachfolgende Implantation eines permanenten Drahts ermittelt werden.
Natürlich braucht die Erzeugung des zweiten Bildes nicht nur auf dem elektrischen Signal zu basieren, das durch die zweite zusammengesetzte Sonde allein in die umgebenden Strukturen eingeleitet und gemessen wird, sondern auch basierend sowohl auf der ersten (wenn die erste zusammengesetzte Sonde in dem Objekt gehalten wird) und der zweiten zusammengesetzten Sonde. Indem die Anzahl der stimulierenden Elektroden erhöht wird, wird die Auflösung des zweiten Bildes erhöht, und die Grenze des Stimulationszielbereichs kann klarer definiert werden.
Es sollte angemerkt werden, dass bei der tatsächlichen Ausführung des Schritts, bei dem der eingeleitete erste und der eingeleitete zweite elektrische Strom und das gemessene elektrische Potential in Bilder umgewandelt werden, zuerst eine Charakteristikenanalyse des Stroms, der Spannung und der Impedanz des spezifischen Gebiets basierend auf dem ersten und dem zweiten eingeleiteten elektrischen Strom und dem gemessenen elektrischen Potential ausgeführt werden kann; anschließend wird das Ergebnis der Charakteristikenanalyse des Stroms, der Spannung und der Impedanz verwendet, um das erste oder das zweite Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die erste und/oder die zweite zusammengesetzte Sonde umgeben.
Um die Details bei der Ausführung der vorstehenden Schritte S21a bis S24a vollständiger zu verstehen, sind die nachfolgenden Beschreibungen in Verbindung mit den Zeichnungen vorgesehen.
Es sollte angemerkt werden, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 3A ein schematisches Diagramm ist, das eine erste zusammengesetzte Sonde zeigt, die in ein Gehirn implantiert ist; 3B ist ein schematisches Diagramm, das ein vergrößertes Teilgebiet von 3A zeigt; und 3C ist ein schematisches Diagramm, das eine erste und eine zweite zusammengesetzte Sonde zeigt, die in einem Zielbereich im Gehirn implantiert sind.
Wie es in 3A gezeigt ist, wird eine erste zusammengesetzte Sonde 306 gemäß der ersten Implantationstrajektorie, die in Schritt S21a erhalten wird, in ein Gehirn 310 implantiert, und es werden anschließend Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale basierend auf einem MER-Sensor (nicht gezeigt) in der ersten zusammengesetzten Sonde 306 erzeugt, mit denen die erste zusammengesetzte Sonde 306 geführt wird, die in eine vordefinierte Tiefe in dem Stimulationszielbereich in dem Gehirn 310 implantiert werden soll, und die erste zusammengesetzte Sonde 306 ist mit einem Signalgenerator 312 (als eine Stromquelle) und mit einem Signalempfänger 314 (für Spannungsmesswerte) verbunden.
Wie es in 3B gezeigt ist, weist das Gehirn 310 darüber hinaus den Thalamus 300 auf. Der Thalamus 300 weist den subthalamischen Nukleus (STN) 302 und die Substantia nigra reticulata (SNr) 304 unter dem STN 302 auf. Unter der Annahme, dass der STN 302 der Stimulationszielbereich der vorliegenden Anmeldung ist, führt eine Einrichtung zur elektrischen Impedanztomographie (EIT-Einrichtung, nicht gezeigt), nachdem die erste zusammengesetzte Sonde 306 in eine bestimmte Tiefe implantiert ist, die für den STN 302 des Gehirns 310 geeignet ist, die EIT-Analyse an mehreren Elektroden 308 in der ersten zusammengesetzten Sonde 306 aus; das heißt, dass durch die erste zusammengesetzte Sonde 306 in den Strukturen, welche die zusammengesetzte Sonde umgeben, ein elektrischer Strom eingeleitet und ein elektrisches Potential gemessen wird, das das erste gemessene elektrische Signal anschließend in das erste Bild umgewandelt wird, dass die Strukturen darstellt, welche die erste zusammengesetzte Sonde 306 umgeben, und dass anschließend die präzise Lage und die Implantationstrajektorie der ersten zusammengesetzten Sonde in dem Stimulationszielbereich basierend auf dem ersten Bild ermittelt werden können.
Um die Grenze des Stimulationszielbereichs präziser zu definieren, können darüber hinaus, wie es in 3C gezeigt ist, der Schritt S23-1a und der Schritt S23-2a ferner optional ausgeführt werden, bei denen eine zweite zusammengesetzte Sonde 306' basierend auf dem ersten Bild der Strukturen, die in Schritt 23 dargestellt werden, bis zu einer vordefinierten Tiefe des Stimulationszielbereichs auf dieselbe Weise wie diejenige, die bei Schritt S22a ausgeführt wird, in das Gehirn 310 implantiert wird.
Nachdem die zweite zusammengesetzte Sonde 306' in das Gehirn 310 implantiert ist, kann die EIT-Einrichtung unter Verwendung mehrerer Elektroden 308' an der zweiten zusammengesetzten Sonde 306' ein zweites elektrisches Stromsignal in die Strukturen einleiten, welche diese umgeben, und ein elektrisches Potential durch die zusammengesetzte Sonde messen sowie anschließend ein Bild basierend auf den gemessenen Daten erzeugen, das heißt, dass ein zweiter elektrischer Strom durch die mehreren Elektroden 308' in die Strukturen eingeleitet werden kann, welche die Elektrode 308' umgeben, und dass ein elektrisches Potential gemessen und verarbeitet wird, um das zweite Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die zweite zusammengesetzte Sonde 306' umgeben, wodurch die Grenze des Stimulationszielbereichs basierend sowohl auf dem ersten als auf dem zweiten Bild ermittelt wird. Die Erzeugung des zweiten Bildes braucht nicht nur auf dem elektrischen Strom und dem Potential zu basieren, die durch die zweite zusammengesetzte Sonde allein eingeleitet bzw. gemessen werden, sondern auf dem elektrischen Strom und dem Potential, die zu der gleichen Zeit durch alle Elektroden sowohl an der ersten als auch an der zweiten zusammengesetzten Sonde gemessen werden. Durch eine Erhöhung der Anzahl der stimulierenden Elektroden kann die Grenze des Stimulationszielbereichs klarer definiert werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Schritte eines Verfahrens zum Identifizieren eines Ölbohrungszielbereichs in 2B gezeigt. Wie es bei Schritt S21b gezeigt ist, wird eine Oberflächen-SONAR- oder eine Boden-RADAR-Abbildung in einem spezifischen Gebiet unterirdisch ausgeführt, um eine erste Bohrungstrajektorie zu erhalten, die für das spezifische Gebiet geeignet ist. Bei Schritt S22b wird eine erste zusammengesetzte Sonde/ein erster zusammengesetzter Bohrer basierend auf der ersten Bohrungstrajektorie, die bei Schritt S21b erhalten wird, in Gesteinsschichten der Erde eingefügt, um mittels der ersten zusammengesetzten Sonde/des ersten zusammengesetzten Bohrers SONAR-Signale von einem SONAR und/oder RADAR-Signale von einem RADAR zu erhalten, die an der zusammengesetzten Sonde/dem zusammengesetzten Bohrer angebracht sind. Anschließend wird Schritt 23b ausgeführt.
Zusätzlich ist die erste zusammengesetzte Sonde/der erste zusammengesetzte Bohrer mit einem Signalgenerator (als eine Stromquelle) und einem Signalempfänger (für Spannungsmesswerte) verbunden.
Darüber hinaus ist der Bohrungszielbereich der vorliegenden Offenbarung ein Ort für Öl. Nachdem die erste zusammengesetzte Sonde/der erste zusammengesetzte Bohrer in eine bestimmte Tiefe eingefügt ist, die für den Ort des Öls der Gesteinsschichten der Erde geeignet ist, führt eine EIT-Einrichtung die EIT-Analyse an mehreren Elektroden an der ersten zusammengesetzten Sonde/dem zusammengesetzten Bohrer aus; das heißt, dass bei Schritt S23b ein elektrischer Strom in einen Bereich eingeleitet wird, der den Ort der ersten zusammengesetzte Sonde/des ersten zusammengesetzten Bohrers umgibt, und dass ein elektrisches Potential durch die erste zusammengesetzte Sonde/den ersten zusammengesetzten Bohrer in den Gesteinsschichten gemessen wird, welche die zusammengesetzte Sonde/den zusammengesetzten Bohrer umgeben. Das erste gemessene elektrische Signal wird anschließend in das erste Bild umgewandelt, das die Gesteinsschichten abbildet, welche die erste zusammengesetzte Sonde/den ersten zusammengesetzten Bohrer umgeben, und daher können bei Schritt S24b die präzise Lage und die präzise Bohrungstrajektorie der ersten zusammengesetzten Sonde/des ersten zusammengesetzten Bohrers für den Bohrungszielbereich basierend auf dem ersten Bild ermittelt werden.
Um die Grenze des Bohrungszielbereichs präziser zu definieren, können darüber hinaus der Schritt S23-1b und der Schritt S23-2b ferner optional ausgeführt werden, bei denen eine zweite zusammengesetzte Sonde/ein zweiter zusammengesetzter Bohrer basierend auf dem ersten Bild der Gesteinsstrukturen, die durch Schritt S23b dargestellt werden, bis zu einer vordefinierten Tiefe des Zielbereichs auf dieselbe Weise wie diejenige, die bei Schritt S22b ausgeführt wird, in die Gesteinsschichten gebohrt wird.
Nachdem die zweite zusammengesetzte Sonde in die Gesteinsschichten der Erde eingefügt ist, kann die EIT-Einrichtung unter Verwendung mehrerer Elektroden an der zweiten zusammengesetzte Sonde ein zweites elektrisches Stromsignal in die Gesteinstrukturen einleiten, welche diese umgeben, und ein elektrisches Potential durch die zusammengesetzte Sonde messen sowie anschließend ein Bild basierend auf den gemessenen Daten erzeugen; das heißt, dass ein zweiter elektrischer Strom durch die mehreren Elektroden in die Gesteinsstrukturen eingeleitet werden kann, welche die Elektrode umgeben, und dass ein elektrisches Potential gemessen und verarbeitet wird, um das zweite Bild zu erzeugen, das die Gesteinsstrukturen darstellt, welche die zweite zusammengesetzte Sonde umgeben, wodurch die Grenze des Stimulationszielbereichs basierend sowohl auf dem ersten als auch auf dem zweiten Bild ermittelt wird. Die Erzeugung des zweiten Bildes braucht nicht nur auf dem elektrischen Strom und dem Potential zu basieren, die durch die zweite zusammengesetzte Sonde allein eingeleitet bzw. gemessen werden, sondern auf dem elektrischen Strom und dem Potential, die gleichzeitig durch alle Elektroden sowohl an der ersten als auch an der zweiten zusammengesetzten Sonde gemessen werden. Mit zunehmender Anzahl von stimulierenden Elektroden kann die Grenze des Stimulationszielbereichs klarer definiert werden.
Nun auf 4A und 4B Bezug nehmend, werden die Details des elektrischen Stroms, der in die Strukturen eingeleitet wird, welche den Stimulationszielbereich umgeben, und des elektrischen Potentials beschrieben, das durch die erste und die zweite zusammengesetzte Sonde gemessen wird.
Wie es in 4A gezeigt ist, sind Elektroden 1 bis 10 in einer Gruppe angeordnet und an einer zusammengesetzten Sonde angebracht (diese kann entweder als die erste oder als die zweite zusammengesetzte Sonde angesehen werden), und die zusammengesetzte Sonde wird in ein spezifisches Gebiet 400 implantiert (das als der Thalamus 300 angesehen werden kann), eine Stromquelle 404 (die als der Signalgenerator 312 angesehen werden kann) gibt Signale mittels der Elektrode 1 und 2 an der Elektrodengruppe in das spezifische Gebiet 400 ein, und eine Spannungsmesseinrichtung 406 (die als der Signalempfänger 314 angesehen werden kann) misst jeweils die Elektroden 3 bis 10.
Da ein Zielbereich 402 (der als der DBS-Zielbereich, der STN 302, angesehen werden kann) im Vergleich zu dem Hintergrund 400 eine andere elektrische Eigenschaft zeigt, tritt eine Änderung in den Äquipotentiallinien 408 aufgrund des Vorhandenseins des Zielbereichs 402 zwischen den mehreren Elektroden auf, und diese Änderung spiegelt sich jeweils in dem gemessenen elektrischen Potential an den Elektroden 3 bis 10 der Elektrodengruppe wider. Die Spannungsmesseinrichtung 406 (die als der Signalempfänger 314 angesehen werden kann) kann Messwerte erhalten, indem Signale von den Elektroden 3 bis 10 empfangen werden. Gleichzeitig kann die Impedanz des Zielbereichs 402 in dem spezifischen Gebiet 400 für einen anschließenden Bildumwandlungsprozess berechnet werden, um das Bild, die Position oder die Form des Zielbereichs 402 in dem spezifischen Gebiet 400 zu rekonstruieren. Speziell liefert diese Art von Messung die Impedanz des Querschnitts des Zielbereichs 402 und des Hintergrundgebiets 400.
Wie es in 4B gezeigt ist, kann die Stromquelle 404 darüber hinaus auch Signale mittels der Elektroden 5 und 6 der Elektrodengruppe in das spezifische Gebiet 400 eingeben. Auf ähnliche Weise beeinflusst der Zielbereich 402, der im Vergleich zu dem Hintergrund 400 eine andere elektrische Eigenschaft zeigt, die Potentialverteilung, die sich an den Elektroden 1 bis 4 und 7 bis 10 in der Elektrodengruppe als Äquipotentiallinien 408 widerspiegelt. Die Spannungsmesseinrichtung 406 (die als der Signalempfänger 314 angesehen werden kann) kann auch Messwerte erhalten, indem Signale von den Elektroden 1 bis 4 und 7 bis 10 empfangen werden. Anschließend ist die Impedanz des Querschnitts des Zielbereichs 402 und des Gebiets 400 bekannt, und der Bildumwandlungsprozess kann ausgeführt werden, um eine Abbildung der Strukturen zu erhalten.
Unter der Voraussetzung, dass eine zusammengesetzte Sonde N Elektroden aufweist und dass die vorliegende Erfindung implementiert ist, können spezieller eine Matrixanalyse und -berechnung selektiv mit den erzeugten Signalen und den empfangenen Signalen unter Verwendung der nachfolgenden Formel ausgeführt werden, um die Verteilungen der Leitfähigkeit und der Dielektrizitätskonstante in den Strukturen zu erhalten, welche die Elektroden umgeben. Basierend auf den Verteilungen der Leitfähigkeit und der Dielektrizitätskonstante kann anschließend eine geeignete Einrichtung zur elektrischen Impedanztomographie (nicht gezeigt) die Strukturen um die Elektroden herum darstellen.
Beispielsweise kann bei tatsächlichen Berechnungen ein beliebiges aktuelles Bildrekonstruktionsverfahren selektiv diskrete Daten verwenden, indem diskrete Werte an den Elektroden gemessen werden. Für N Elektroden sind N(N-1)/2 unabhängige Randmesswerte erforderlich (wenn einige Eingabeelektroden nicht verwendet werden, ist die Anzahl der Messwerte kleiner als dies). Das rekonstruierte Bild umfasst einen Satz von diskreten Pixeln, und zwei Sätze von Messwerten können durch eine Matrixtransformation die Beziehung zwischen dem Vektor der Übertragungsimpedanz z und dem Bildvektor der Leitfähigkeit c leicht darstellen, wie es durch die Formel (1) angegeben ist: z=T(c)c. Spezieller ist die Übertragungsimpedanz die gemessene Spannung dividiert durch den angelegten elektrischen Strom zwischen einem Paar von Elektroden (oder zwischen einer Elektrode und einem normierten Referenzpunkt). Im Allgemeinen hängt eine Matrix T von der Verteilung der Leitfähigkeit und dem angelegten elektrischen Strom oder der angelegten elektrischen Spannung ab. Die Verteilung der Leitfähigkeit kann unter Verwendung des verbesserten Newton-Raphson-Verfahrens berechnet werden. In der k-ten Stufe, das heißt im Iterationsprozess, kann die Leitfähigkeit bezogen auf die Randspannung durch die Formel (2) erhalten werden: v=F(c). Anschließend kann basierend auf der Formel (3): c^k+1=c^k+Δc eine Schätzung der (k+1)-ten Leitfähigkeit berechnet werden, wobei Δc={[F'(c^k)]^tF'(c^k)}^-1F'(c^k)[F(c^k)-v₀], v₀ die die gemessene Spannung und F'(C^K) die Jacobi-Matrix [F']_ij=df_i/d_j ist. Der vorstehende Algorithmus liefert eine gute Anfangsschätzung der Leitfähigkeit und stellt eine ausreichende Konvergenz sicher. Zusätzlich kann der vorstehende Algorithmus tatsächlich unter Verwendung hocheffizienter finiter Elemente angewendet werden, um eine Vorwärtstransformation und eine direkte Differentiation der Jacobi-Matrix zu berechnen, die hauptsächlich die inverse Matrix von {[F'(c^k)]^tF'(c^k)} und die notwendige Normierungstechnik umfasst, was hierin nicht weiter beschrieben wird.
Nun auf 5A und 5B Bezug nehmend, zeigen Diagramme mehrere Elektroden und Implementierungsdetails von Strukturen, welche die Elektroden umgeben, um den Fall zu erläutern, bei dem mehr als ein Zielbereich vorhanden ist: einer könnte der Stimulationszielbereich sein, während der andere eine Navigationsmarkierung zum Identifizieren des Stimulationszielbereichs ist.
Wie es in 5A gezeigt ist, soll angenommen werden, dass eine zusammengesetzte Sonde (die als die erste zusammengesetzte Sonde angesehen werden kann) 16 Elektroden 500 an dieser aufweist und in spezifisches Gebiet implantiert ist. Die Leitfähigkeit σ des Gebiets, das die Elektroden 500 umgibt, beträgt 1,0 S/m, und die Leitfähigkeit σ eines leitenden Zielbereichs 502 (des zuvor erwähnten Stimulationszielbereichs) beträgt 0,7 S/m. Nachdem die Spannung und der Strom an jeder Elektrode 500 erfasst sind, wird eine EIT-Analyse ausgeführt, um den Impedanzvektor zu erhalten, wie es in der vorstehenden Formel (1) beschrieben ist, und es werden die Verteilungen der Leitfähigkeit hergestellt und verwendet, um ein erstes Bild der Struktur um die zusammengesetzte Sonde herum zu zeigen, das heißt, die Form oder die Lage des leitenden Zielbereichs 502, wodurch die präzise Lage der zusammengesetzten Sonde innerhalb des Stimulationszielbereichs erhalten wird.
Wie es in 5B gezeigt ist, soll angenommen werden, dass zwei zusammengesetzte Sonden (die als erste zusammengesetzte Sonde und die zweite zusammengesetzte Sonde angesehen werden können) jeweils 16 Elektroden 500 aufweisen und parallel in ein spezifisches Gebiet implantiert sind. Die Leitfähigkeit σ des Gebiets, das die Elektroden 500 umgibt, beträgt 1,0 S/m, die Leitfähigkeit σ des leitenden Zielbereichs 502 (des ersten Stimulationszielbereichs) beträgt 0,7 S/m, und die Leitfähigkeit σ eines leitenden Zielbereichs 504 (des zweiten Stimulationszielbereichs oder der Navigationsmarkierung) beträgt 1,3 S/m. Nachdem die Spannung und der Strom an jeder Elektrode 500 erfasst sind, werden eine Matrixanalyse und -berechnung ausgeführt, das heißt dass der Impedanzvektor, wie es durch die vorstehende Formel (1) beschrieben ist, verwendet wird, um die Verteilungen der Leitfähigkeit weiter aufzubauen. Folglich können die Formen und die Lagen der leitenden Zielbereiche 502 und 504 (das zweite Bild) präzise dargestellt werden, so dass die Grenze der Stimulationszielbereiche oder der Navigationsmarkierungen und die präzisen Lagen der zwei zusammengesetzten Sonden innerhalb oder außerhalb der jeweiligen Stimulationszielbereiche oder der jeweiligen Navigationsmarkierungen ermittelt werden.
Es sollte angemerkt werden, dass dann, wenn die Techniken der vorliegenden Erfindung tatsächlich in einer DBS implementiert sind, die erste oder die zweite zusammengesetzte Sonde den Stimulationszielbereich erreicht hat und die Grenze des Zielbereichs dargestellt ist, die zusammengesetzte Sonde entnommen werden kann, und ein permanenter Draht wird an der optimalen Position oder in deren Nähe innerhalb des Stimulationszielbereichs implementiert, wodurch die Wirksamkeit der Behandlung maximiert werden kann. Darüber hinaus ermöglichen die hierin offenbarten Techniken, dass DBS-Chirurgen oder Ölgeologen die Zielposition innerhalb des Objekts genau und schnell ermitteln, die Wirksamkeit der medizinischen Behandlung verbessern oder den Prozess der Ölquellenidentifikation beschleunigen.
Um unterschiedliche Präzisionsanforderungen zu berücksichtigen, kann zusätzlich eine dritte zusammengesetzte Sonde (nicht gezeigt), die der ersten und der zweiten zusammengesetzten Sonde strukturell ähnlich ist, gleichzeitig oder sequentiell implantiert werden. Mit anderen Worten kann die dritte zusammengesetzte Sonde entlang einer weiteren Trajektorie implantiert werden, die basierend auf dem ersten und dem zweiten Bild der Strukturen erhalten wird, welche die erste und die zweite zusammengesetzte Sonde umgeben. Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale werden anschließend gemäß einem ähnlichen Verfahren wie demjenigen für die erste zusammengesetzte Sonde erhalten, und diese Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale werden verwendet, um die dritte Sonde bis zu einer vordefinierten Tiefe eines entsprechenden Stimulationszielbereichs zu führen. Danach wird mittels der dritten zusammengesetzten Sonde (oder unter Verwendung der drei zusammengesetzten Sonden insgesamt) ein dritter elektrischer Strom eingeleitet und ein elektrisches Potential an den Strukturen gemessen, welche die Implantationsposition umgeben, wobei anschließend ein Bildumwandlungsprozess durchlaufen wird, um ein drittes Bild der Strukturen zu erzeugen, welche die dritte zusammengesetzte Sonde umgeben. Gleichzeitig wird die Grenze des Zielbereichs basierend auf dem ersten, dem zweiten und dem dritten Bild präzise dargestellt.
Auf ähnliche Weise kann für den Schritt der Umwandlung des ersten, des zweiten und des dritten gemessenen elektrischen Signals in Bilder eine Charakteristikenanalyse des Stroms, der Spannung und der Impedanz des spezifischen Gebiets zuerst basierend auf dem ersten, dem zweiten und dem dritten gemessenen elektrischen Signal ausgeführt werden; anschließend wird das Ergebnis der Charakteristikenanalyse des Stroms, der Spannung und der Impedanz verwendet, um das erste, das zweite und das dritte Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die erste, die zweite oder die dritte zusammengesetzte Sonde umgeben. Die Details der dritten zusammengesetzte Sonde sind jedoch denjenigen der ersten und der zweiten zusammengesetzten Sonde ähnlich, die vorstehend beschrieben sind, und daher werden diese nicht weiter beschrieben.
Es sollte angemerkt werden, dass die existierende Technik der elektrischen Impedanztomographie (EIT) Ähnlichkeiten mit dem Bildumwandlungsprozess der vorliegenden Erfindung aufweist, der Bildumwandlungsprozess der vorliegenden Erfindung basiert jedoch auf dem Einleiten eines elektrischen Stroms in die Strukturen des Objekts durch die Sonden und auf Messwerten des elektrischen Potentials durch die Elektroden an der Sonde, und folglich unterscheidet er sich von der existierenden EIT-Technik, die umfasst, dass der Zielbereich in einem Gebiet mit Elektroden umgeben wird und die Lage des Zielbereichs innerhalb des Gebiets, das durch die Elektroden umgeben ist, dargestellt wird. Zusätzlich ist das Verfahren um Identifizieren des Stimulationszielbereichs nicht auf die Gehirnstimulation, wie beispielsweise die Tiefenhirnstimulation, und auf Hörschneckenimplantate begrenzt, und auch nicht auf andere Gebiete, wie beispielsweise auf eine Ölbohrung. Mit anderen Worten ist das zuvor erwähnte spezifische Gebiet nicht auf eine Gehirnregion oder ein Ölquellengebiet beschränkt.
Zusätzlich können bei dem Verfahren zum Identifizieren des Stimulationszielbereichs der vorliegenden Erfindung mehrere zusammengesetzte Sonden gleichzeitig implementiert werden, und es wird eine Analyse der elektrischen Impedanztomographie (EIT) ausgeführt. Beispielsweise können, nachdem eine erste Implantationstrajektorie basierend auf einer Computertomographie-Abtastung (CT-Abtastung) und einer Magnetresonanzabbildung (MRI) erhalten wurde, bis zu zwei, drei, vier oder fünf zusammengesetzte Sonden gleichzeitig implantiert werden, um Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale von den mehreren zusammengesetzten Sonden zu erhalten, und diese Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale werden verwendet, um die mehreren zusammengesetzten Sonden bis zu vordefinierten Tiefen von entsprechenden Stimulationszielbereichen zu führen. Danach können mittels der implantierten zusammengesetzten Sonden ein elektrischer Strom in die umgebenden Strukturen eingeleitet und ein elektrisches Potential an diesen gemessen werden, welche anschließend durch einen Bildumwandlungsprozess in Bilder der Strukturen umgewandelt werden, welche die mehreren zusammengesetzten Sonden umgeben. Schließlich werden die Grenzen der Stimulationszielbereiche basierend auf den mehreren Bildern, welche die Strukturen darstellen, welche die mehreren zusammengesetzten Sonden umgeben, präzise dargestellt, und die präzisen Lagen der mehreren zusammengesetzten Sonden in den Stimulationszielbereichen werden ebenso ermittelt. Die Details davon sind der vorstehenden Ausführungsform ähnlich, bei welcher zusammengesetzte Sonden nicht gleichzeitig implantiert werden, daher werden diese Details nicht weiter beschrieben.
Nachdem durch eine implantierte zusammengesetzte Sonde ein erster elektrischer Strom eingeleitet wurde und eine Messung des elektrischen Potentials ausgeführt wurde, kann die zusammengesetzte Sonde darüber hinaus minutiös verschoben werden, und die elektrische Stimulation wird erneut ausgeführt, wodurch die Menge an Daten für die anschließende Bildumwandlung erhöht wird.
Es soll beispielsweise angenommen werden, dass eine zusammengesetzte Sonde, wie sie in 6A gezeigt, ist in ein spezifisches Gebiet 600 implantiert wird und eine erste Einleitung eines elektrischen Stroms sowie eine erste Potentialmessung ausgeführt werden. Anschließend wird die zusammengesetzte Sonde in Rückwärtsrichtung (oder in Vorwärtsrichtung) um eine spezifische Distanz, die kleiner als das Intervall W zwischen der Elektrode 607 und der Elektrode 608 ist, bis zu einer Position verschoben, wie sie in 6B gezeigt ist. Anschließend werden die Einleitung des elektrischen Stroms und die Potentialmessung erneut ausgeführt. Durch das Ausführen der ersten elektrischen Messung und der zweiten elektrischen Messung wird daher die Datenquelle für die Bildumwandlung vergrößert, und die Auflösung sowie die Genauigkeit des gezeigten Bildes werden verbessert.
Bei tatsächlichen Implementierungen kann die zusammengesetzte Sonde mehrere Male verschoben werden, und die elektrischen Messungen werden mehrere Male wiederholt. Beispielsweise wird die zusammengesetzte Sonde neunmal verschoben, jedes Mal um ein Zehntel des Intervalls W, und es werden neun Sätze von elektrischen Messungen ausgeführt, wodurch die elektrischen Signalmesswerte neunmal erhalten werden. Andererseits ist das Ergebnis des Verschiebens der zusammengesetzten Sonde und des Ausführens mehrmaliger elektrischer Messungen demjenigen Ergebnis effektiv gleich, das erhalten wird, indem die Anzahl der Elektroden in den zusammengesetzten Sonden um die gleiche Anzahl erhöht wird.
Ferner ist auch ein System zum Identifizieren eines Zielbereichs offenbart, das umfasst: eine Computertomographie-Abtastung (CT-Abtastung) und eine Magnetresonanzabbildung (MRI), die in einem spezifischen Gebiet im Innern eines Objekts ausgeführt werden, um eine erste Implantationstrajektorie für das spezifische Gebiet zu erhalten; eine erste zusammengesetzte Sonde, die basierend auf der ersten Implantationstrajektorie in das spezifische Gebiet implantiert wird, um Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale mittels der ersten zusammengesetzten Sonde zu erhalten, wobei ermöglicht wird, dass die erste zusammengesetzte Sonde basierend auf den Mikroelektroden-Aufzeichnungssignalen in eine vordefinierte Tiefe in dem Zielbereich des Objekts geführt wird; und einen elektrischen Strom, der durch die erste zusammengesetzte Sonde in Strukturen eingeleitet wird, welche die erste zusammengesetzte Sonde umgeben, wobei das elektrische Potential unter Verwendung der Elektroden in der ersten zusammengesetzten Sonde gemessen wird und die gemessenen Daten verarbeitet werden, um ein erstes Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die erste zusammengesetzte Sonde umgeben, wobei gemäß dem ersten Bild die Grenze des Zielbereichs identifiziert wird und eine Lage der ersten zusammengesetzten Sonde, die innerhalb oder außerhalb des Zielbereichs implantiert ist, genau festgelegt wird.
Bei einer Ausführungsform des Systems umfasst die erste zusammengesetzte Sonde zumindest einen Mikroelektroden-Aufzeichnungssignalsensor, um die Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale zu liefern, und mehrere Elektroden, um das elektrische Stromsignal einzuleiten und um das Signal des elektrischen Potentials zu messen. Die mehreren Elektroden bilden eine Elektrodengruppe.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das System zum Identifizieren eines Zielbereichs ferner eine zweite zusammengesetzte Sonde, die in das spezifische Gebiet entlang einer zweiten Implantationstrajektorie gemäß dem ersten Bild der Strukturen, welche die erste zusammengesetzte Sonde umgeben, implantiert wird, wobei die zweite zusammengesetzte Sonde einen elektrischen Strom in die Strukturen einleitet, welche die zweite zusammengesetzte Sonde umgeben, und wobei Signale des elektrischen Potentials gemessen werden und die gemessenen Signale in ein zweites Bild umgewandelt werden, das die Strukturen darstellt, welche die zweite zusammengesetzte Sonde umgeben. Folglich wird die Grenze des Zielbereichs gemäß dem ersten und dem zweiten Bild identifiziert, und die Lagen der ersten und der zweiten zusammengesetzten Sonde, die innerhalb oder außerhalb des Zielbereichs implantiert sind, werden gemäß dem ersten und dem zweiten Bild genau festgelegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das System zum Identifizieren eines Zielbereichs ferner eine dritte zusammengesetzte Sonde, die gemäß dem ersten und dem zweiten Bild der Strukturen, welche die erst und die zweite zusammengesetzte Sonde umgeben, entlang einer dritten Implantationstrajektorie in das spezifische Gebiet implantiert wird, wobei die dritte zusammengesetzte Sonde einen elektrischen Strom in die Strukturen einleitet, welche die dritte zusammengesetzte Sonde umgeben, und wobei Signale des elektrischen Potentials gemessen werden und die gemessenen Signale in ein drittes Bild umgewandelt werden, das die Strukturen darstellt, welche die dritte zusammengesetzte Sonde umgeben. Folglich wird die Grenze des Zielbereichs gemäß dem ersten, dem zweiten und dem dritten Bild identifiziert, und die Lagen der ersten, der zweiten und der dritten zusammengesetzten Sonde, die innerhalb oder außerhalb des Zielbereichs implantiert sind, werden gemäß dem ersten, dem zweiten und dem dritten Bild festgelegt.
Zusätzlich ist das vorstehend erwähnte spezifische Gebiet nicht auf eine Gehirnregion oder ein Ölquellengebiet beschränkt.
Zusammenfassend schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Lokalisierung von Zielbereichen vor, das bei der DBS oder bei einer Ölbohrung anwendbar ist und das nur wenige (oder wahrscheinlich nur eine oder zwei) zusammengesetzte Sonden erfordert, um die Grenze des Zielbereichs genau und schnell zu ermitteln, was bei der Implantation des permanenten Drahts für die DBS nützlich ist. Daher wird das Problem gelöst, dass gemäß dem Stand der Technik nur die Tiefe des Zielbereichs bekannt ist (durch Verwendung der MER für die DBS), aber nicht die präzise Lage der Sonde innerhalb des Zielbereichs, und ebenso wird das Problem von mehreren Implantationen in den existierenden Techniken beseitigt, wodurch die Zeit beschleunigt wird, die für medizinische Behandlungen und für eine Ölbohrung erforderlich ist, und wodurch die Wirksamkeit des Vorgangs verbessert wird. Darüber ist auch ein System für die Lokalisierung von Zielbereichen offenbart, das bei der DBS oder bei einer Ölbohrung anwendbar ist.
Die vorstehenden Ausführungsformen werden lediglich verwendet, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, und sie sollten nicht derart ausgelegt werden, dass sie die vorliegende Erfindung auf irgendeine Weise beschränken. Die vorstehenden Ausführungsformen können durch Fachleute modifiziert werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er durch die nachfolgenden beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs, das die Schritte umfasst: (1) Ausführen einer Computertomographie-Abtastung (CT-Abtastung) und einer Magnetresonanzabbildung (MRI) in einem spezifischen Gebiet (400) im Innern eines Objekts (310), um eine erste Implantationstrajektorie für das spezifische Gebiet zu erhalten; (2) Implantieren einer ersten zusammengesetzten Sonde (306) in das spezifische Gebiet (400) basierend auf der ersten Implantationstrajektorie, um Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale mittels der ersten zusammengesetzten Sonde (306) zu erhalten, wodurch ermöglicht wird, dass die erste zusammengesetzte Sonde basierend auf den Mikroelektroden-Aufzeichnungssignalen in eine vordefinierte Tiefe innerhalb eines Zielbereichs des Objekts geführt wird; (3) Ermöglichen, dass die erste zusammengesetzte Sonde einen (306) elektrischen Strom in Strukturen einleitet, welche die erste zusammengesetzte Sonde umgeben, und Verwenden der Elektroden (308) in der ersten zusammengesetzten Sonde (306), um ein elektrisches Potential zu messen, sowie Verarbeiten der gemessenen Daten, um ein erstes Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die erste zusammengesetzte Sonde (306) umgeben; und (4) Identifizieren der Grenze des Zielbereichs und genaues Festlegen einer Lage der ersten zusammengesetzten Sonde (306), die innerhalb oder außerhalb des Zielbereichs implantiert ist, gemäß dem ersten Bild, wobei bei dem Schritt (3), nachdem der erste elektrische Strom eingeleitet ist und das erste elektrische Potential gemessen ist, ferner ermöglicht wird, dass die erste zusammengesetzte Sonde (306) in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung entlang der ersten Implantationstrajektorie um eine vorbestimmte Distanz verschoben wird und dadurch ein zweiter elektrischer Strom in die Strukturen, welche die erste zusammengesetzte Sonde (306) umgeben, eingeleitet und ein zweites elektrisches Potential für diese Strukturen gemessen wird, und dass sowohl das erste gemessene elektrische Potential als auch das zweite gemessene elektrische Potential in das erste Bild umgewandelt werden, das die Strukturen darstellt, welche die erste zusammengesetzte Sonde (306) umgeben.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 1, wobei die erste zusammengesetzte Sonde (306) zumindest einen Mikroelektroden-Aufzeichnungssignalsensor, um die Mikroelektroden-Aufzeichnungsdaten zu liefern, und die mehreren Elektroden (308) umfasst, um elektrischen Strom einzuleiten und um das elektrische Potential zu messen.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 1, wobei die mehreren Elektroden (308) eine Elektrodengruppe bilden.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 1, wobei der Schritt (3) ferner umfasst: Ermöglichen, dass eine zweite zusammengesetzte Sonde (306') gemäß dem ersten Bild der Strukturen, welche die erste zusammengesetzte Sonde (306) umgeben, entlang einer zweiten Implantationstrajektorie in das spezifische Gebiet und dadurch bis zu einer vordefinierten Tiefe in dem Zielbereich innerhalb des Objekts durch den Schritt (2) implantiert wird; und Ermöglichen, dass die zweite zusammengesetzte Sonde (306') einen elektrischen Strom in die Strukturen einleitet, welche die zweite zusammengesetzte Sonde (306') umgeben, und Messen eines zweiten elektrischen Potentials sowie Umwandeln des zweiten gemessenen Potentials in ein zweites Bild, das die Strukturen darstellt, welche die zweite zusammengesetzte Sonde (306') umgeben; und wobei der Schritt (4) ferner das Identifizieren der Grenze des Zielbereichs und das genaue Festlegen der Lagen der ersten und der zweiten zusammengesetzten Sonde (306, 306'), die innerhalb oder außerhalb des Zielbereichs implantiert sind, gemäß dem ersten und dem zweiten Bild umfasst.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 4, wobei das zweite Bild durch eine Verarbeitung der elektrischen Potentiale erzeugt wird, die von der ersten und der zweiten zusammengesetzten Sonde gemessen werden.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 4, wobei die zweite zusammengesetzte Sonde (306') bezüglich der Struktur mit der ersten zusammengesetzten Sonde (306) gleich ist.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 4, wobei das Ausführen der Umwandlung des ersten und des zweiten elektrischen Potentials ferner umfasst: Ausführen einer Charakteristikenanalyse des elektrischen Stroms, der elektrischen Spannung und der elektrischen Impedanz in dem spezifischen Gebiet (400) basierend auf dem ersten oder dem zweiten elektrischen Strom, der eingeleitet und gemessen wird; und Verwenden des Ergebnisses der Charakteristikenanalyse des elektrischen Stroms, der elektrischen Spannung und der elektrischen Impedanz, um das erste oder das zweite Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die erste oder die zweite zusammengesetzte Sonde umgeben.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 4, wobei der Schritt (3) ferner umfasst: Ermöglichen, dass eine dritte zusammengesetzte Sonde gemäß dem ersten und dem zweiten Bild der Strukturen, welche die erste und die zweite zusammengesetzte Sonde (306, 306') umgeben, entlang einer dritten Implantationstrajektorie in das spezifische Gebiet und dadurch bis zu einer vordefinierten Tiefe in dem Zielbereich innerhalb des Objekts durch den Schritt (2) implantiert wird; und Ermöglichen, dass die dritte zusammengesetzte Sonde einen elektrischen Strom in die Strukturen einleitet, welche die dritte zusammengesetzte Sonde umgeben, und Messen des elektrischen Potentials unter Verwendung derselben Sonde sowie Verarbeiten der gemessenen Daten, um ein drittes Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die dritte zusammengesetzte Sonde umgeben; und wobei der Schritt (4) ferner das Identifizieren der Grenze des Zielbereichs (400) und das genaue Festlegen der Lagen der ersten, der zweiten sowie der dritten zusammengesetzten Sonde (306, 306'), die innerhalb oder außerhalb des Zielbereichs implantiert sind, gemäß dem ersten, dem zweiten und dem dritten Bild umfasst.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 8, wobei das dritte Bild erzeugt wird, indem elektrische Potentiale verarbeitet werden, die durch die erste, die zweite und die dritte zusammengesetzte Sonde (306, 306') gemessen werden.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 8, wobei die Struktur der dritten zusammengesetzten Sonde dieselbe wie diejenige der ersten und der zweiten zusammengesetzten Sonde (306, 306') ist.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 8, wobei das Umwandeln des ersten, des zweiten oder des dritten gemessenen Potentials umfasst: Ausführen einer Charakteristikenanalyse des elektrischen Stroms, der elektrischen Spannung und der elektrischen Impedanz in dem spezifischen Gebiet basierend auf dem ersten, dem zweiten oder dem dritten elektrischen Potential, das eingeleitet und gemessen wird; und Verwenden der Ergebnisse der Charakteristikenanalyse des elektrischen Stroms, der elektrischen Spannung und der elektrischen Impedanz, um das erste, das zweite oder das dritte Bild zu erzeugen, das die Strukturen darstellt, welche die erste, die zweite oder die dritte zusammengesetzte Sonde (306, 306') umgeben.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 11, wobei die vorbestimmte Distanz kleiner als das Intervall zwischen den Elektroden (308) der ersten zusammengesetzten Sonde (306) ist.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs nach Anspruch 1, wobei das spezifische Gebiet ein Gehirngebiet oder ein Ölquellengebiet ist.
Verfahren zum Identifizieren eines Zielbereichs, das die Schritte umfasst: (1) Ausführen einer Computertomographie-Abtastung (CT-Abtastung) und einer Magnetresonanzabbildung (MRI) in einem spezifischen Gebiet (400) im Innern eines Objekts (310), um eine erste Implantationstrajektorie für dieses spezifische Gebiet (400) zu erhalten; (2) Anordnen mehrerer Elektroden an jedem Körper mehrerer zusammengesetzter Sonden (306, 306') und Implantieren der mehreren zusammengesetzten Sonden in das spezifische Gebiet (400) basierend auf der ersten Implantationstrajektorie, um Mikroelektroden-Aufzeichnungssignale mittels der mehreren zusammengesetzten Sonden zu erhalten, wodurch ermöglicht wird, dass die mehreren zusammengesetzten Sonden (306, 306') basierend auf den Mikroelektroden-Aufzeichnungssignalen in vordefinierte Tiefen innerhalb des Zielbereichs des Objekts geführt werden; (3) Ermöglichen, dass die an dem Körper der mehreren zusammengesetzten Sonden (306, 306') angeordneten Elektroden einen elektrischen Strom in Strukturen einleiten, welche die zusammengesetzten Sonden umgeben, und Messen mehrerer elektrischen Potentiale, und Umwandeln der mehreren gemessenen elektrischen Potentiale in mehrere Bilder, welche die Strukturen darstellen, welche die an dem Körper jeder der zusammengesetzten Sonden (306, 306') angeordneten Elektroden umgeben; und (4) Identifizieren der Grenze des Zielbereichs und genaues Festlegen von Lagen der zusammengesetzten Sonden, die innerhalb oder außerhalb des Zielbereichs (400) implantiert sind, gemäß den mehreren Bildern, wobei bei dem Schritt (3), nachdem ein erster elektrischer Strom eingeleitet ist und ein erstes elektrisches Potential gemessen ist, ferner ermöglicht wird, dass die erste zusammengesetzte Sonde (306) in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung entlang der ersten Implantationstrajektorie um eine vorbestimmte Distanz verschoben wird und dadurch ein zweiter elektrischer Strom in die Strukturen, welche die erste zusammengesetzte Sonde (306) umgeben, eingeleitet und ein zweites elektrisches Potential für diese Strukturen gemessen wird, und dass sowohl das erste gemessene elektrische Potential als auch das zweite gemessene elektrische Potential in das erste Bild umgewandelt werden, das die Strukturen darstellt, welche die erste zusammengesetzte Sonde (306) umgeben.