JP2010503439A

JP2010503439A - ナビゲーション脳刺激時に提示された対象を表示するために用いられる座標系の相互表示における誤差を補正するための方法及び機器

Info

Publication number: JP2010503439A
Application number: JP2009527817A
Authority: JP
Inventors: ルオホーネン，ヤルモ; シピラ，ペルットゥ; フルメ，レイン; イルモニエミ，リスト; カーフ，ヤリ
Original assignee: ネクスティムリミテッド
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2010-02-04
Also published as: US20080064950A1; WO2008031847A1; DK2061556T3; CA2660498C; US7925066B2; CA2660498A1; CN101516444A; CN101516444B; ES2550455T3; EP2061556A1; EP2061556B1

Abstract

画像データ中にある対象の頭部を表示するのに用いられる座標系と、頭部の頭皮面と経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）誘導コイル装置のような追跡装置とに付いたトラッカの位置を表示するのに用いられる座標軸との相互表示における誤差は、追跡装置及び対象の頭部の表示が対象の頭部に関連付けて追跡装置の移動を追跡するナビゲーション脳刺激（ＮＢＳ）システムのディスプレイ上に正確に示される。相互表示における誤差の補正は追跡されたＴＭＳコイル装置及び頭部上のトラッカから更なる追跡情報を収集することなく行われ、ＴＭＳコイル装置を用いてＮＢＳを妨害するのを防いでいる。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００６年９月１３日に出願され、本出願の法定代理人に付与され、ここに引用として取り込まれた、米国仮特許出願番号６０／８２５，４６２の利益を主張する。

本発明は一般的には経頭蓋磁気刺激に関し、特に経頭蓋磁気刺激誘導コイルの正確な表示をナビゲーション脳刺激時に対象の頭部に関連づけて表示することに関する。

経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）は、時変磁場を生成して、脳内の電場を誘起するのみ誘導コイルを用いる。十分に強い電場に曝された脳部位にある神経細胞は、活性化あるいは刺激される。ナビゲーション脳刺激（ＮＢＳ）においては、ＴＭＳ誘導コイル装置によって脳内に誘起された電場は、対象の脳の解剖学的表示のグラフィカルディスプレイ上にオーバレイとして示されている。ディスプレイを見ることによって、脳で誘発される電場を可視化でき、従って、実時間で、ＴＭＳコイル装置を脳に関連づけて相互配置し、脳の標的部位を刺激できる。

以下のデータ取得及び処理ステップは一般的には、ＮＢＳの一部として行われている。

１．対象の頭皮あるいは頭部表面の分割データ表示は、対象の頭部の解剖学的構成のデータ表示から生成されている。一般的には、従来のＭＲＩ技術を用いてこれまでに得られ、画像が少なくとも脳と、頭蓋骨の上方部分と、付属組織及び軟骨組織対象の頭部を含む、２次元（２Ｄ）磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）の画像を表示するデータは、公知のソフトウェアアルゴリズムを用いて処理され、頭部の容量３次元（３Ｄ）表示を生成している。容量の３Ｄ表示は次いで、既知のソフトウェアアルゴリズムを更に用いて、更に処理されて、対象の頭部表面の分割データ表示を生成している。

２．追跡要素が実装されて、対象の頭部に対するＴＭＳコイル装置の位置及び方向が追跡できると規定している。当該技術分野における従来法と同様、容易に同定可能な反射マーカ（トラッカ）が対象の頭部の上の、更にはＴＭＳコイル装置の上の選択された点上に配置され、３Ｄにおける座標の自動記録を可能にしている。頭部の上の少なくとも３のこのような点及びＴＭＳコイル装置の上の少なくとも３のこのような点の座標が記録された場合、総ての６のこれらの対象の自由度に対する座標値が決定される。例えば、ＴＭＳコイル装置上のトラッカは、２００７年４月３０日に出願され、本出願の代理人に付与され、ここに引用として取り込まれる、「ＴＲＡＮＳＣＲＡＮＩＡＬＭＡＧＮＥＴＩＣＳＴＩＭＵＬＡＴＩＯＮＩＮＤＵＣＴＩＯＮＣＯＩＬＤＥＶＩＣＥＷＩＴＨＡＴＴＡＣＨＭＥＮＴＰＯＲＴＩＯＮＦＯＲＲＥＣＥＩＶＩＮＧＴＲＡＣＫＩＮＧＤＥＶＩＣＥ」に対する米国特許出願番号１１／８４７，５１１号に記載されるように、ＴＭＳコイル装置に付いた追跡装置の一部となる。トラッカの座標は、当該技術分野における従来法のように、特殊用途のカメラを用いて記録される。

３．相互表示手順が行われ、追跡較正中のＴＭＳコイル装置及び対象の頭部の上にあるトラッカの位置を表示するデータを、対象の頭部の３Ｄ表示が生成される画像データと相関付けている。一般的には、追跡較正において、各々の耳部及び鼻部上の点のような反射トラッカが配置される、頭部の上のいくつかの標識点が、頭部の２ＤのＭＲＩ画像、あるいは、可能な場合は、容積３Ｄ画像の上に正確に示される。同一の点が、反射トレーサを含む、ディジタルペントラッカの使用によって対象の頭部の上に更に正確に示される。各々の点がペントラッカによって正確に示される場合、ＴＭＳコイル装置及び対象の頭部上のトラッカの位置を示す追跡データが次いで収集される。このような一点ごとの対応あるいは一点ごとの合致を行った後で、較正中に、ＭＲＩ画像データで頭部を表示するように用いられた座標系を、トラッカの相対位置を表示するように用いられる座標系と連携させる変換が算出される。変換の質は例えば、少なくとも最小二乗法の意味で、ＮＢＳの精度を順々に改善する更なる一点ごとの合致を行うことによって拡張されうる。

ＮＢＳディスプレイ上に、以下のもの：頭皮のグラフィック表示に関連付けた、ＴＭＳコイル装置のグラフィック表示、特に好ましくはコイル巻線が含まれているＴＭＳコイルのケーシングのみと、選択された深部での脳部位のグラフィック表示と、脳部位の表示上のオーバレイとしてＴＭＳコイル装置によって脳部位に誘起される電場と、が一般的に示される。ディスプレイはこのように、頭部及び脳に関連づけた、ケーシングひいてはＴＭＳコイル装置のコイル巻線と、ユーザが対象の頭部に関連付けてＴＭＳコイル装置をナビゲートする場合に、脳に誘起される電場との位置及び方向の可視的表示をユーザに提供する。相互表示（上の３．）で選出される変換の質は、ディスプレイ上に示される表示の精度、ひいてはナビゲーション精度に影響を与える。当該技術分野で公知のように、コイル巻線によって誘起される電場は、ＴＭＳコイル装置のケーシング内部の銅巻線の形状及び位置のモデルに基づいて、ここに引用によって取り込まれている「Ｒａｖａｚｚａｎｉ，Ｐ．，ｅｔａｌ，“Ｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｅｒｖｏｕｓｓｙｓｔｅｍ：ｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｎｕｎｂｏｕｎｄｅｄ，ｓｅｍｉ−ｉｎｆｉｎｉｔｅ，ｓｐｈｅｒｉｃａｌ，ａｎｄｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｍｅｄｉａ”，ＡｎｎａｌｓｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２４：６０６−６１６，１９９６」に述べられているような、頭部形状あるいは頭部伝導性分布モデル、例えば球状モデルを用いて、算出される。電場は電場強度を呈示するために色を用いて脳部位の表示上に一般的に示され、ＴＭＳコイル装置をナビゲートして脳部位上の標的部位を刺激する際にユーザを支援する。大部分において、脳部位の表示の精度は、ディスプレイ上に示された脳部位で誘起された電場の表示の精度を決定し、ひいてはユーザがＴＭＳコイル装置をナビゲートして脳の標的部位を刺激できる精度に大きく影響する。

しかしながら、先行技術の相互表示技術は誤差を起こしやすく、ＮＢＳディスプレイ上のＴＭＳコイル装置及び生じた電場の位置を提示に誤差を生じさせ、ひいてはＮＢＳ中に誤差を生じさせる。相互表示時の誤差の最も重要な発生源は次の通りである。

１．物理的な頭部形状とＭＲＩ画像の不正確な合致。ＭＲＩ画像データの収集が一般的に検出された頭部形状に影響を与える幾何学的な歪みを含んでいる。例えば幾何学的歪みは完全な球体をディスプレイ上で楕円形として出現させる。更に、ＭＲＩ画像データのデータ分割は、頭皮面近傍の点を表示するグレーレベルボクセル値におけるＭＲＩ画像データの誤差のために、頭皮を正確には同定できない。現在取得可能なＭＲＩ画像データは１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍボクセルを用いて、頭部容積の３Ｄ表示生成を規定するのに十分な解像度を一般的には有するのみであるため、取得可能なボクセルサイズは頭部のみを示すＭＲＩ画像データの精度を制限する。更に、ＭＲＩデータは幾何学的な歪みの発生源となる他の誤差を含んでいる。

２．頭部にあるトラッカがＮＢＳ手順中に頭部に対して移動する。頭部にあるトラッカが頭部に対して移動する場合、相互表示は無効にされ、繰り返されなければならない。頭部にあるトラッカの移動は、患者がＴＭＳコイル装置を用いてＮＢＳ手順を受ける場合には検出できない。通常のＮＢＳの患者の手順について、トラッカを患者の頭部に固定することは不可能あるいは実用的でなく、トラッカを頭部にねじ込むことが要求される。

３．一点ごとの合致が不可能である。ＭＲＩ画像データは解像度を制限する場合、例えば、例えばボクセルが１×１×１ｍｍ^３となる頭部の容積表示を規定する場合に、頭部にあり、かつ、更にＭＲＩ画像データから生成された容積測定の頭部表示にある同一の点を正確に示すことは不可能ではないにしてもかなり困難である。追跡較正中の標識点の選択時の誤差は、ＮＢＳ中のナビゲーション誤差を導く。

対象の頭部とのＭＲＩ画像データの不正確な合致、及び、頭部に関連付けた、ＴＭＳコイル装置の不正確なナビゲーションはＮＢＳディスプレイ上で容易に現れる。例えばＮＢＳ中に、ＴＭＳコイル装置のユーザがＴＭＳコイル装置を標準配置して、ケーシングが刺激中に頭皮に接触するようにする。ユーザがＴＭＳコイル装置を頭皮上に配置する場合、頭皮に接触するＴＭＳコイル装置のケーシング外表面があれば、ＴＭＳコイル装置が頭皮に接触するようにすべきであり、ＴＭＳコイル装置及び頭部にあるトラッカの位置を表示するのに用いられる座標系は、頭部を表示するＭＲＩ画像データ用の座標系と共に正確に相互表示される。しかしながら、相互表示時の上述の誤差によって、一般的にはＴＭＳコイル装置が、頭皮上あるいは頭部内側のいずれかで、ＮＢＳディスプレイ上に表示されるが、後者は不可能である。

他の変換が行われ、ひいては、更新された相互表示に基づいて頭部に関連づけたＴＭＳコイル装置を示すことを規定するように、ＮＢＳ手順を停止し、トラッカからの追跡情報の収集を他の追跡較正の一部分として反復することは所望されない。

従って、ＭＲＩ画像データにおいて頭部を表示するのに用いられる座標系と、頭部及びＴＭＳコイル装置にあるトラッカ位置を表示するのに用いられる座標系との相互表示における誤差を、追跡較正に続いて更なる追跡データを収集することなく補正するためのニーズが存在している。

本発明によると、ＮＢＳシステムのコントローラが相互表示を実行し、画像データ中の対象の頭部を表示するのに用いられる座標系と、対象の頭部表面及びＴＭＳコイル装置のような追跡装置に付けられたトラッカの位置を表示するのに用いられる座標系との相関を補正し、追跡装置と対象の頭皮との間の実際の距離を表示する情報を用いた、相互表示内の誤差を補正している。

一実施例においては、ＮＢＳシステムディスプレイを用いる際に、ユーザが（ｉ）追跡されたＴＭＳコイル装置を動作させて、脳の標的部位を刺激する（オンラインモード）、又は、（ｉｉ）ＴＭＳコイル装置を頭部に関連づけて脳を刺激することなく移動させる（オフラインモード）間に、距離情報がコントローラに提供される。コントローラは、距離情報に基づいて、オンラインモード又はオフラインモード時の相互表示データ内の誤差を補正する。

別の実施例においては、ＴＭＳコイル装置やポインタペンのような追跡装置のユーザは、ＮＢＳシステムのディスプレイ上の頭皮と関連付けた、追跡装置の位置の観察に基づいて、頭皮上の追跡装置の実際の位置と関連付けてコントローラに距離情報を提供している。

更に別の実施例においては、追跡装置が、ＴＭＳコイル装置と頭皮との間の距離を決定し、その距離をＮＢＳシステムのコントローラに提供する、ケーシング上の近接センサを含むＴＭＳコイル装置である。

更なる実施例においては、追跡装置が頭部内部に部分的にでさえ存在しないという事実に基づき、相互表示データ内の誤差を補正し、距離情報は実際の距離測定を含まない。

別の実施例においては、コントローラは追跡装置のユーザを指示して、頭皮と関連づけて追跡装置を維持し、零となる追跡装置と頭皮との間の距離に基づいて相互表示を補正している。

本発明の別の目的及び利点は、この好ましい実施例の以下の詳細な説明から明白であり、この記載は、同様の番号が同様の要素を示している添付の図と併用して配慮されるべきである。

図１は、本発明によって相互表示データ内の誤差を補正するための、例示的なナビゲーション脳刺激システムの機能的ブロック図である。図２は、相互表示データ内の誤差に基づいて、対象の頭皮上に不正確に配置されたＴＭＳコイル装置を示す、例示的なＮＢＳディスプレイの断面図である。図３は、本発明によって相互表示データ内の誤差の補正後の、ＮＢＳディスプレイ上の図２の対象の断面図である。

ＮＢＳにおいては、ディスプレイが一般的に、対象の頭皮と関連付けてＴＭＳコイル装置の位置を示す一方、ユーザはＴＭＳコイル装置を移動させて、脳の標的部位を刺激している。例えば、ここに引用として取り込まれている米国特許第６，２８７，６８１号を参照。このようなディスプレイを生成するために、ＭＲＩ画像データのような、画像データ中の対象の頭部を表示するのに用いられる座標系が、ＴＭＳコイル装置及び頭部にあるトラッカの位置を表示するのに用いられる座標系と、異なる座標系を当該技術分野で公知かつ通常である、１つに相互表示された座標系に変換するためのアルゴリズムを用いて相関付けられている。

図１は、ユーザはＴＭＳコイル装置を移動させて、対象の脳の標的部位を刺激し、追跡装置にあるトラッカからの更なる追跡情報の収集を要求して、更なる追跡較正が実行できるようにすることなく、例えば、ＮＢＳシステム１０のＴＭＳコイル装置２０のような、その移動がＮＢＳシステム１０によって追跡される装置と頭皮との間の距離を表示する情報を用いて、本発明により相互表示データの誤差を補正する間に、例えば、ＴＭＳコイル装置、頭部、及び頭部の頭皮のような、ＮＢＳディスプレイ上に示された物体の表示を生成するのに用いられる座標系を補正する例示的なＮＢＳシステム１０を示している。図１によると、システム１０は入力装置１４と、ディスプレイ１６と、追跡カメラシステム１８と接続されたＮＢＳコントローラ１２を含んでいる。更に、ＴＭＳコイル装置２０は光学式近接センサ２２を含んでいる。更に、システム１０はＴＭＳコイル装置２０と対象の頭部３０の所定の位置に配置されたトラッカ２４を含んでいる。

入力装置１４はデータがコントローラ１２に提供できる、キーボード、マウスあるいは音声認識装置のような従来のデータ入力装置である。

ディスプレイ１６はコントローラ１２から提供される提示データからグラフィカルな提示を受け取り、次いで生成する、ＣＲＴモニタ、ＬＣＤあるいはプラズマ画面のような従来のグラフィカルディスプレイ装置である。

追跡カメラシステム１８はＩＲエネルギ信号を送信し、反射トラッカ２４による送信ＩＲ信号の反射を検出する赤外線送受信装置を含む従来の追跡システムであり、反射トラッカ２４は頭部３０及びＴＭＳコイル装置２０、更には従来の従来のディジタルペントラッカ（図示せず）上に配置される。頭部３０上で選択された点が、追跡較正中にディジタルペンを用いて正確に示された際のＩＲ送受信機で検出された反射を表示するデータ、及び、ＴＭＳコイル装置２０のケーシング２１の形状や頭皮３２の形状を表示するデータに基づいて、システム１８のプロセッサは、当該技術分野の従来技術を用いて、頭部３０にあるトラッカ２４と関連付けてＴＭＳコイル装置２０にあるトラッカ２４の位置を決定し、所定の座標系を用いて所定位置を表示する情報を保存する。代替的に、コントローラ１２は反射データを処理してトラッカ２４の位置を決定し、所定の座標系を用いて、追跡較正中にＴＭＳコイル装置２０及び頭部３０にあるトラッカ２４の位置を表示している。更に、追跡システム１８はＮＢＳ動作中に、所定の座標系を用いてＴＭＳコイル装置２０及び頭部３０の位置を示す追跡データを連続生成し、コントローラ１２に提供している。

ＴＭＳコイル装置２０はコイル巻線（図示せず）を含むケーシング２１を具える従来の誘導コイル巻線装置である。ケーシング２１は頭皮３２上にあるいは隣接して配置された底部外表面２６を有している。

コントローラ１２はメモリ（図示せず）に接続される従来のプロセッサであり、従来の無線データ通信装置１３と従来の音声発生装置１５を含んでいる。プロセッサはメモリ内にエンコードされたソフトウェアアルゴリズムを実行して、無線装置１３、可聴音発生装置１５，ディスプレイ１６、追跡カメラシステム１８及び入力装置１４とのデータ交換を制御している。更にコントローラ１２は従来の処理を実行して、ディスプレイ１６での提示用の、頭部３０、頭部３０の頭皮表面３２、及びＴＭＳコイル装置２０のグラフィック表示を生成し、頭部３０及び頭皮３２に関連付けてＴＭＳコイル装置２０の位置を同定し、ディスプレイ１６上で互いを関連付けて、頭部３０及びＴＭＳコイル装置２０の表示の提示を規定している。更に、コントローラ１２は追跡システム１８によって提供される追跡データを用いた追跡較正と、相互表示とを選択的に行って、ＭＲＩ画像データ中の頭部と、追跡データに基づく頭部に関連付けたＴＭＳ装置２０の位置とを表示するように用いられる座標系を相関づけている。例えば、相互表示技術の記載については、ここに引用により取り込まれる「ＥｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｙａｎｄＣｌｉｎｉｃａｌＮｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙＳｕｐｐｌｅｍｅｎｔｖｏｌ．５１（１９９９）ａｎｄＲａｖａｚｚａｎｉＰ．ｅｔａｌ．，“Ｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｅｒｖｏｕｓｓｙｓｔｅｍ：ｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｎｕｎｂｏｕｎｄｅｄ，ｓｅｍｉ−ｉｎｆｉｎｉｔｅ，ｓｐｈｅｒｉｃａｌ，ａｎｄｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｍｅｄｉａ”，ＡｎｎａｌｓｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２４：６０６−６１６（１９９６）」参照。

本発明によると、頭部の容積画像が生成できるＭＲＩ画像データ中の頭部を表示するのに用いられる座標系と共に、追跡較正中に正確に示されたトラッカ２４の位置を表示するのに用いられる座標系の相互表示中あるいはそれに続いて、コントローラ１２が、ＴＭＳコイル装置２０のケーシング２２の外表面２６と、頭皮表面３２との間の距離を表示する情報を用いて、相互表示データ中の誤差を補正している。距離情報は入力装置１４を介してユーザによって、あるいは近接センサ２２によって自動的に、コントローラ１２に提供される。

一実施例においては、ＮＢＳシステム１２を用いて、ＴＭＳコイル装置２０でＮＢＳを実行するユーザは、頭部３０に対してＴＭＳコイル装置２０を移動させ、図２に示されようにして、ディスプレイ１６を見て、ディスプレイ１６上に示されたＴＭＳコイル装置２０の位置がユーザが直接的に観察するのと同一であるかどうかを決定する。ユーザがＴＭＳコイル装置２０を移動させて、外表面２６を頭皮３２に接触させる場合、ＴＭＳコイル装置２０の頭皮３２に対する実際の正確な位置を正確に知り、前者と後者との間の距離は零になる。このように、ＴＭＳコイル装置２０が頭皮３２の上方に、又は、ＴＭＳコイル装置２０がユーザによって頭皮３２に接触するように実際に配置された際に頭の内部に、ディスプレイ１６上で示される場合、相互表示データは誤差を含んでいる。誤差を補正するために、入力装置１４でユーザは、ＴＭＳコイル装置２０と頭皮３２との間の距離を表示するコントローラ１２に情報を提供している。外表面２６上の一点が物理的に頭皮３２に接触するように配置されたＴＭＳコイル装置２０がユーザによって維持される場合に、実際の距離が零となる。

一実施例においては、ユーザが頭皮３２に接触するＴＭＳコイル装置２０の外表面２６上にある一点を維持する場合、かつ、ＮＢＳディスプレイ１６が頭皮３２の上方あるいは下方にＴＭＳコイル装置２０を示している場合に、装置１４で誤差通知として「１」を入力する。コントローラ１２が「１」というデータ信号を受信する場合、コントローラが処理を実行して、ＴＭＳ装置２０が頭部３０と関連付けて現在配置される一点に対する相互表示データを補正している。このような点に対する相互表示データの補正に続き、ディスプレイ１６は図３に示されるように、頭皮３２に現在直接的に配置されているＴＭＳ装置２０を示している。

例示的な実施例においては、ユーザが誤差通知をコントローラ１２へ送信する場合、コントローラ１２が、トラッカシステム１８から提供され、ユーザによる誤差通知送信と同時あるいは実質的に同時に取得される追跡データに基づいて、頭皮３２と関連付けてＴＭＳコイル装置２０の位置を決定している。コントローラ１２は次いで処理を実行して、頭皮３２の上の正確な相互表示データにおける一点と、誤差通知送信と同時に取得される追跡データによって表示されるＴＭＳコイル装置２０の位置とを合致させ、このような合致に基づく一点に対する表示データを更新し、次いでディスプレイ１６を更新して、更新された相互表示データに基づき直接的に頭皮３２上にＴＭＳコイル装置２０の表示を示している。

ユーザがＴＭＳを実行し続けるために、更なる補正された相互表示データ点が算出されて、相互表示の全体的な精度、ひいてはディスプレイ１６上に頭部３０と関連付けて表示される精度を増加させる。頭皮３２及び脳に関連付けた、ＴＭＳコイル装置２０の補正された相互表示データ及び位置座標及び方向情報が、ＮＢＳシステム１０を用いて実行される将来のＴＭＳ手順のために利用できるように、相互表示データはコントローラ１２のメモリ内に患者ファイル中に好ましくは保存される。

別の実施例においては、距離情報及び距離情報が生成される場合のＴＭＳコイル装置２０の位置は、コントローラ１２のメモリ内に保存され、ユーザがＴＭＳコイル装置２０を操作せずに、脳を刺激する場合（オフラインモード）に、相互表示データを補正するのにアクセス可能である。

都合の良いことに、ユーザがＴＭＳコイル装置２０を用いてＮＢＳを行いつづける間（オンラインモード）、ＮＢＳシステム１０が相互表示データ中の誤差を補正している。ユーザはＮＢＳシステム１０の使用を開始して、ＴＭＳコイル装置２０を用いてＴＭＳを行うか、更なる別の追跡較正を行う前に、相互表示における誤差を補正する必要がなく、相互表示における誤差がオンラインモード中に検出される場合に、更なる追跡データの収集と、ＮＢＳシステム１０を用いて実行される進行中のＴＭＳ手順を停止することを要求する。コントローラ１２が誤差を通知する、言い換えると、距離情報がコントローラ１２に提供される場合、ＮＢＳシステム１０はＴＭＳコイル装置２０が現在配置されている一点での相互表示データ中の誤差を補正し、その後補正された相互表示データを用いてディスプレイ１６上のＴＭＳコイル装置２０を正確に提示する。

代替的な方法においては、トラッカを含むディジタイザペンがＴＭＳコイル装置２０に対して上述と同様に、頭皮３２上に一点から一点へと移動する。コントローラ１２はカメラシステム１８によって提供されるペンの位置を表示する情報を用いて、ペンが頭皮３２の上方あるいは下方に、ディスプレイ１６上に示される場合に、一点での相互表示データ中の誤差を補正している。ＴＭＳコイル装置２０について上述と同様の追跡較正が、ペンについて初期実行されうることは理解すべきである。

別の実施例においては、ＮＢＳシステム１０がオフラインモードである場合、コントローラ１２が相互表示中の誤差を補正している。ＴＭＳコイル装置２０の外表面２６、あるいはディジタイザペンの末端は、頭皮と物理的に接触するように配置される。コントローラ１２は次いで、同時にシステム１８で収集される、ＴＭＳコイル装置２０あるいはペンの位置を表示する追跡データを処理して、相互表示データを補正している。コントローラ１２は上述のように、例えば装置１４でユーザ１２によって提供されるような距離情報を用いて相互表示データを調節して、ＴＭＳコイル装置２０の外表面２６の任意の点、あるいはペンの末端が頭皮３２と接触するまで、ディスプレイ１６上に示されるようなＴＭＳコイル装置２０あるいはペンを、頭部３０又は脳のほぼ中央の方向に、あるいは、ＴＭＳコイル装置１６の外表面２６の最近傍の頭皮３２の一点方向に移動させる。ＴＭＳコイル装置２０あるいはペンが頭皮３２の内部にあるようにディスプレイ１６で示される場合、ディスプレイ３６に示されるようなＴＭＳコイル装置２０の外表面２６上の総ての点あるいはペンの末端が頭部３０の外部となるまで、ＴＭＳコイル装置２０あるいはペンは逆方向に移動する。更なる実施例においては、コントローラ１２が補正された相互表示データに基づいて、脳に誘起される電場を算出し、誘起された電場を表示する記憶データ内に保存し、後の分析を可能にしている。

更なる実施例においては、ＴＭＳコイル装置及び頭部の位置を表示するのに用いられる座標系と、ＭＲＩ画像データ中の頭部を表示するのに用いられる座標系との間で行われる相互表示手順は、ＭＲＩ画像データから生成された頭皮上の表示での同一点に対応する、対象の頭皮３２上の複数の更なる点に配置されたディジタイザペンのトラッカから収集された位置情報の使用を含んでいる。コントローラ１２が頭部のＭＲＩ画像データを表示する座標系を変換及び回転することによって、更なる位置情報を有する相互表示を実行して、ＭＲＩ画像データから決定されるような、頭皮面３２に対する更なる点の距離が、最小二乗法で最小化される。例えば、ここに引用によって取り込まれた、正確な相互表示について述べた「Ｋ．Ｓ．Ａｒｕｎｅｔａｌ．，“Ｌｅａｓｔ−ｓｑｕａｒｅｓｆｉｔｔｉｎｇｏｆｔｗｏ３−ｄｐｏｉｎｔｓｅｔｓ，”ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰａｔｔｅｒｎＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＭａｃｈｉｎｅＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，９（５）：６９８−７００（１９８７）」参照。

別の実施例においては、更に図１によると、ＴＭＳコイル装置２０の近接センサ２２はＴＭＳコイル装置２０のケーシング２１の底面２６が頭皮３２と接触しているか否かを検出している。例えば、近接センサ２２はセンサ２２から頭皮３２まで、あるいは頭部３０に付けられた反射マーカ２４までの距離を測定する距離検出器となる。無線データ通信性能を有するセンサ２２が、距離測定値を表示する情報をコントローラ１２の無線装置１３に無線通信している。センサ２２によって提供される距離情報が、距離は零の値以外であるという場合、コントローラ１２が距離情報を用いて、頭皮３２に関連付けてＴＭＳコイル装置２０の現在位置に対する相互表示データを補正する。

一実施例においては、ユーザはＮＢＳ中に頭皮３２の上方、例えば頭皮上方約５ｍｍでＴＭＳコイル装置２０を維持している。センサ２２が距離情報をコントローラ１２に提供し、従って、コントローラ１２は相互表示データを補正する場合、この距離を計上する。例えば、相互表示が互いに最も近接した外表面２６及び頭皮面３２上の各点間を延在するラインに沿った方向に、頭皮面３２から５ｍｍの距離でＴＭＳコイル装置２０の外表面２６をマッピングしていると認知するまで、コントローラ１２はＭＲＩ画像データ及び物理的な頭部の座標から取得される頭部表示を回転及び変換する処理を実行する。

別の実施例においては、コントローラ１２はディスプレイ１６上のＴＭＳコイル装置２０及び頭皮３２を表示するのに用いられる提示データをモニタし、可聴音発生装置１５で警報信号を生成して、ＴＭＳコイル装置２０が頭部３０内側に配置されるようにディスプレイ１６に示される場合にユーザに警報する。

都合の良いことに、本発明による、ＴＭＳコイル装置、頭皮面あるいはその他の対象と連携した相互表示データの補正は、頭部の形状的及び絶対的な寸法についての高精度の情報がＮＢＳのために利用可能であることを有利に規定している。例えば、頭部の形状的及び絶対的な寸法についての正確な情報を用いて、スケーリングの不正確さ及びＭＲＩ及びｆＭＲＩ画像データから得られる頭部の３Ｄの解剖学的あるいは機能的な画像の他の空間歪みを補正できる。例えば、頭部の２次元（２Ｄ）ＭＲＩ画像データから生成される頭部の３Ｄ表示の不正確さは伸縮又は圧縮によって、あるいは各々がここに引用によって取り込まれる米国特許出願番号２００６／０５２６８７及び米国特許第６，５９４，５１６号に記載のような他の変換によって補正できる。ＮＢＳを用いてＭＲＩ画像データから生成される頭部表示の歪み補正は、例えば手術室、外科手術の計画等に応用できる。

本発明の好ましい実施例が記載され例示されてきたが、本発明の原理から離れることなく様々な変形が為されうることは当該技術分野の当業者にとって明白である。

Claims

頭部の頭皮面の表示と関連付けて追跡装置の表示を配置する際に、誤差を補正するための方法であって、前記追跡装置及び前記頭皮面の表示が、経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）誘導コイル装置を用いたナビゲーション脳刺激（ＮＢＳ）を行うことと関連付けて生成され、前記方法が、
前記追跡装置と前記頭皮面との間の実際の距離を表示する情報を提供するステップと；
前記距離情報を用いて相互表示データを補正するステップと；
を具え、前記相互表示データが、画像データ中の対象の頭部を表示するのに用いられる座標系と、前記対象の頭皮面及び前記追跡装置に付けられた反射トラッカの位置を表示するのに用いられる座標系との相関から生成されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、画像データが磁気共鳴画像データであることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記距離情報が自動的に決定されることを特徴とする方法。
請求項３に記載の方法において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、当該ＴＭＳコイル装置上の近接センサが前記距離情報を生成することを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、前記近接センサが前記ＴＭＳコイル装置上の一点と、前記頭皮面の一点との間の距離を測定することを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記距離情報がユーザによって提供されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法が、前記補正された相互表示データを用いて、前記追跡装置の表示を前記頭皮面の表示に関連付けてディスプレイ上に表示するステップを更に具えることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、ユーザが前記ＴＭＳコイル装置を動作させて、前記対象の脳の標的部位を刺激する間に、前記距離情報が生成されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、ユーザが前記ＴＭＳコイル装置を、前記頭部に関連付けて脳を刺激することなく移動させる間に、前記距離情報が生成されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、ユーザが前記ＴＭＳコイル装置を動作させて、前記対象の脳の標的部位を刺激する間に、前記相互表示データの補正ステップが行われることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、ユーザが前記ＴＭＳコイル装置を、前記頭部に関連付けて脳を刺激することなく移動させる間に、前記相互表示データの補正ステップが行われることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法が、
前記追跡装置のユーザが、前記追跡装置の表示位置を前記頭皮面の表示と関連付けてＮＢＳディスプレイ上で観察するステップと；
前記観察された位置が、前記頭皮面の表示と関連付けた前記追跡装置の実際の位置と異なる場合に、前記ユーザが前記距離情報を提供するステップと；
を更に具えることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記追跡装置の実際の位置が、前記頭皮面と接触していることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、ディジタイザペンが前記頭皮面に沿って所定の点に配置される場合、前記相互表示データが前記ペンに付けられた反射トラッカの位置を表示する追跡情報から生成されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記相互表示データが複数の座標系相関から生成され、前記距離情報を用いた相互表示データの補正ステップが、前記座標系相関のうちの少なくとも１つを補正することを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、前記方法は、
前記ＴＭＳコイル装置の表示が前記頭部内での前記ＴＭＳコイル装置の表示の一点を配置する場合に、前記頭部の頭皮面の表示と関連付けて音響警報を生成するステップを更に具えることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法が、前記補正された相互表示データに基づき、前記頭部を表示する画像データを補正するステップを更に具えることを特徴とする方法。
請求項１７に記載の方法が、前記画像データから生成された前記頭部の表示を、前記補正された相互表示データによって補正されるように表示するステップを更に具えることを特徴とする方法。
頭部の頭皮面の表示と関連付けて追跡装置の表示を配置する際に、誤差を補正するための機器であって、前記追跡装置及び前記頭皮面の表示は、経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）誘導コイル装置を用いたナビゲーション脳刺激（ＮＢＳ）を行うことと関連付けて生成され、前記機器がＮＢＳ処理を行うためのプロセッサを具え、前記ＮＢＳ処理が、
前記追跡装置と前記頭皮面との間の実際の距離を表示する情報を前記プロセッサで受け取るステップと；
前記距離情報を用いて相互表示データを補正するステップと；
を具え、前記相互表示データが、画像データ中の対象の頭部を表示するのに用いられる座標系と、前記対象の頭皮面及び前記追跡装置に付けられた反射トラッカの位置を表示するのに用いられる座標系との相関から生成されることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器において、画像データが磁気共鳴画像データであることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器が、前記プロセッサに接続された、前記距離情報をプロセッサに提供するための、入力装置及び近接センサのうちの少なくとも１つを具えることを特徴とする機器。
請求項２１に記載の機器において、前記近接センサが前記距離情報を自動的に決定することを特徴とする機器。
請求項２１に記載の機器において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、前記近接センサが前記ＴＭＳコイル装置上にあり、当該ＴＭＳコイル装置上の一点と、前記頭皮面の一点との間の距離を測定することを特徴とする機器。
請求項２１に記載の機器において、前記入力機器が、前記距離情報を前記プロセッサに提供するようにユーザによる操作が可能であることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器が、プロセッサに接続されるディスプレイを更に具え、当該ディスプレイが前記追跡装置の表示を、前記補正された相互表示データに基づき、前記頭皮面の表示に関連付けて表示するためにあることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、ユーザが前記ＴＭＳコイル装置を動作させて、前記対象の脳の標的部位を刺激する間に、前記距離情報が前記プロセッサで受け取られることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、ユーザが前記ＴＭＳコイル装置を、前記頭部に関連付けて脳を刺激することなく移動させる間に、前記距離情報が前記プロセッサで受け取られることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、ユーザが前記ＴＭＳコイル装置を動作させて、前記対象の脳の標的部位を刺激する間に、前記相互表示データの補正ステップが行われることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、ユーザが前記ＴＭＳコイル装置を、前記頭部に関連付けて脳を刺激することなく移動させる間に、前記相互表示データの補正ステップが行われることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器が、前記プロセッサに接続される入力デバイスとディスプレイを更に具え、前記プロセッサが前記入力装置のデータ入力に基づいて、前記入力装置からの前記距離情報を受け取り、前記頭皮面の表示に関連付けた前記追跡装置の表示位置は、前記ＮＢＳディスプレイ上に示され、前記頭皮面に関連づけた前記追跡装置の表示位置が、前記頭皮面に関連づけた前記追跡装置の実際の位置と異なることをユーザが前記ディスプレイ上で観察する場合に、前記入力装置での前記ユーザによる前記データ入力が行われることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器において、前記追跡装置の実際の位置が、前記頭皮面と接触していることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器が、反射トラッカを含むディジタイザペンを更に具え、当該ペンが前記頭皮面に沿って所定の点に配置される場合、前記相互表示データが前記ペンの反射トラッカの位置を表示する追跡情報から生成されることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器において、前記相互表示データが複数の座標系相関から生成され、前記距離情報を用いた相互表示データの補正ステップが、前記座標系相関のうちの少なくとも１つを補正することを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器において、前記追跡装置がＴＭＳコイル装置であり、前記機器が前記プロセッサに接続された可聴音発生装置を更に具え、前記ＴＭＳコイル装置の表示の一点が前記頭部内に配置される場合に、前記可聴音発生装置が音響警報を前記頭部の頭皮面の表示と関連付けて生成するステップを更に具えることを特徴とする機器。
請求項１９に記載の機器が、前記プロセッサに接続された、前記追跡装置及び前記頭部の表示を提示するためのディスプレイを更に具え、前記プロセッサが前記補正された相互表示データに基づき、前記頭部を表示する前記画像データを補正し、前記頭部の補正された画像データ表示の提示をディスプレイ上に生じさせることを特徴とする機器。