JP6756703B2 - 脳刺激をシミュレーションする方法、対応するデバイス及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
少なくとも2つの利用可能な値の中から、所定のスコアに割り当てられる値を選択するステップと、
解剖臨床アトラス(anatomo-clinical atlases)のセットに属する解剖臨床アトラス内において、前記所定のスコアに割り当てられる前記値に近い値を提供することが可能な空間ゾーンを識別するステップと
の少なくとも1回の反復を含むことを特徴とし、
前記少なくとも1回の反復は、空間ゾーンのセットを提供するものであり、
前記方法は、
前記空間ゾーンのセットに応じて、少なくとも1つの選択された値を表す所与の結果を生成することが可能な少なくとも1つの対象空間ゾーンを計算するステップを含むことを更に特徴とする方法に関する。
少なくとも2つの利用可能な値の中から、所定のスコアに割り当てられる値を選択する手段と、
解剖臨床アトラスのセットに属する解剖臨床アトラス内において、前記所定のスコアに割り当てられる前記値に近い値を提供することが可能な空間ゾーンを識別する手段と、
空間ゾーンのセットを提供する手段と、
前記空間ゾーンのセットに応じて、少なくとも1つの選択された値を表す所与の結果を生成することが可能な少なくとも1つの対象空間ゾーンを計算する手段と
を備えてなる。
説明する技法の一般的原理は2つの部分を有する。第1に、本技法によって、(例えば、開業医であるが、患者自身の場合もある)ユーザが、所望の結果の値のセット(すなわち、電極の移植の成果として得られる結果に関連付けられた値のセット)を選択することが可能になる。これらの結果は、データ構造体に挿入される。これらの結果は、例えば、振戦(tremor)の軽減、発話が容易になる等に関するものである。結果を選べること自体が、根本的なパラダイムシフトである。第2に、本技法は、期待される結果を、外科的解決策を提案及び計算するための基礎として利用する。したがって、説明する技法を用いると、刺激を計画する方法が変更される。説明する技法が、計算された移植と異なる移植を引き続き自由に行うことができる開業医の行動の自由を一切変更するものでないことを明記しておくことは重要である。開業医は、説明する技法の実施によって得られる移植と同一である移植を主体的に自由に決定することもできる。説明する技法は、シミュレーションの技法であるので、刺激の実施に必須であるということは一切ない。一方、本技法によって、この刺激を異なったように想定することが可能になる。
少なくとも2つの利用可能な値の中から、所定のスコアSXに割り当てられる値VSXを選択するステップ100であって、この選択は、スコア又はスコアのセット(期待される結果に対応する)について、この結果の重要度(例えば、従来の運動神経機能の改善)を選択することを可能にするセレクタによって行われ、この値VSXは、いわば、後続の交差プロセスにおけるスコアSXの重みである、選択するステップ100と、
上記少なくとも1つの選択された値VSXに応じて、所与の結果を生み出す可能性のある所与の脳容積内において少なくとも1つの対象空間ゾーンZSCを計算するステップ200と
の少なくとも1回の反復を含む。
この実施形態では、本技法は、ニューロン刺激又は神経刺激(NS)における対象の選択の意思決定を援助するシステムの一実施態様の形態を取る。これは、脳内の深部のニューロン刺激に関して説明されるが、予期された結果に応じてアトラスのデータベースを用いて刺激の計算及びストラテジを実行することができる場合には、そのような意思決定に関する援助システムは、内部脳刺激又は外部脳刺激のいずれの技法についても実施することができる(そのようなアトラスのある実施形態が以下に提示される)。ユーザは、外科医、神経科医又は患者自身のいずれかである。この決定は、既往臨床データ、すなわち解剖臨床アトラスの解析から計算された予測データを用いるプロセスを通じて行われる。
上記に示したように、提案した技法は、特定のアトラスの作成に基づいている。そのようなアトラスは、脳深部刺激を受けた非常に多くの患者に対して行われたMRI及び/又はスキャンに基づいて構築された空間の点のマッピングである。これらの患者について、刺激された脳の1以上の点が抽出される。これらの点と、種々の運動面、感覚面及び他の面に対する手術の成功及び/又は失敗の程度を表す臨床スコアとの間にリンクが確立される。このため、既往データを考慮するための手術を、プロセスを最適化する経路に統合することが可能である。逆に、上記で説明した技法と同様に、開始点から計画を推論するために、病態の進行の程度を開始点として選ぶことは価値がある。換言すれば、開業医によって作成されたスケジュールに応じて結果の推定値を有するのではなく、本技法は、まず最初に、期待される結果を選択し、そして、その結果から計画を推論する。
予備的な臨床データの適切な生成の前に、アトラス内の点又はアトラス内のボクセルのゾーンに関連付けることができる臨床データを収集及び標準化する段階を実行することが必要である。パーキンソン病に関する、本発明のこの実施形態では、UPDRS(パーキンソン病統一スケール(Unified Parkinson's Disease Rating Scale)パートII、パートIII及びパートIV)、Schwab & England及びHoehn & Yahrが、スコアとして用いられる。非運動症状の測定値(すなわち、神経心理学的スコア)も用いられる(MDRS検査、MATTISスコア、発話流暢性検査、カテゴリ及び音素流暢性検査、STROOP検査、トレールメイキング検査(TMT)、UPDRS I)。加えて、脳深部シミュレーションの別の望ましくない副次的影響である患者の一部分に対して体重増加があるとき、患者の健康に関するアンケート(すなわち、SF36、PDQ39)が計算に加えられる。患者は、手術前及び手術後(刺激が活性化されているとき)に神経科医によって臨床的に検査される。各スケール、各アンケート及び各検査がスコアSを与える。このスコアは、例えば、UPDRSスコア、Schwab & Englandスコア、Hoehn & Yahrスコア、MDRSスコア、MATTISスコア等であり、これは、各患者(P)について行われる。したがって、患者ごとにスコアのセットが存在する。
Smaxは、スコアの最大値を表す。
Sminは、スコアの最小値を表す。
バイナリアトラスは、予備的な包含基準(スコアの包含基準であって、患者の包含基準ではない。スコアの改善のみが考慮され、悪化は考慮されない)を用いて作成されるアトラスである。これは、1以上の所与の包含基準について、アトラスのボクセルに関連付けられた値が、患者の総数に対する、包含基準を満たす患者のスコアの割合を表すことを意味する。
統計的アトラスは、包含基準に基づいていないという点でバイナリアトラスと異なる。ボクセルに関連付けられた値は、出現確率を表すものではなく、患者に関して測定された全体的な治療効果(efficicacy)又は有効性の全ての値のリストを表す。このスコアは、患者の数、患者の刺激ゾーン、臨床反応(検査及びスコアによって測定される)を考慮する。
Nは、患者の数を表す。
(xi,yi,zi)は、患者iに対して刺激される3D座標を表す。
Mは、用いられる臨床スコアの数を表す。
γiは、(xi,yi,zi)座標の刺激の3D影響を表す。
wkは、臨床スコアkの重みを表す。
上記に示したように、患者又は開業医によって期待される1以上の結果を生成することが可能な1以上の解剖学的ゾーン又は領域の識別が試みられる。このために、少なくとも2つの異なる方法に従うことが可能である。位置の予備的な計算が行われる第3の方法も説明される。脳容積のゾーン内において、刺激を行わなければならない(x,y,z)タイプの空間座標の形態を取る刺激ゾーンの検出が試みられることを想起することができる。また、このゾーンは、1つのスコア又は幾つかのスコアの変更の値に関連付けられていることも想起される。
この実施形態では、位置の探索が逐次的に行われる。一般的な原理は、各スコアに関連付けられた各データベース内で、このスコアのセレクタにおいて定式化された要望を満たす空間座標の逐次的な探索を行うというものである。このため、本方法は、
−現在の臨床スコアS1について、この臨床スコアに対応するアトラスAS1内で、このスコアに関連付けられたセレクタSS1内の選択された値VS1に対応する空間ゾーンZS1を探索することを含む。この空間ゾーンZS1は、1以上の空間座標(一般に幾つかのものがあり、空間座標群の形態を取る)を含む。
−本方法は、後続の臨床スコアS2について、現在の臨床スコアS1の空間ゾーンZS1を、この後続の臨床スコアに対応するアトラスAS2内に組み込むことと、この空間ゾーンZS1について、この後続臨床スコアS2に関連付けられた値又は値の範囲VS2 [ZS1]を得ることとを含む。
−そして、以下の2つの態様が可能である。
A.この次の臨床スコアS2に関連付けられた値VS2 [ZS1]を、このスコアに関連付けられたセレクタSS2内の選択された値VS2と比較する。
−値VS2 [ZS1]が、選択された値VS2に対して許容可能な範囲に位置しているとき、次の臨床スコアS3に移動する際に本プロセスを継続する。
−値VS2 [ZS1]が、選択された値VS2に対して許容可能な範囲にもはや位置していないとき、本プロセスを中断する。
B.ユーザに可能な選択を、可能でないもののみに制限する際に、このスコアに関連付けられたセレクタSS2に可能な入力値を変更する。そして、ユーザごとのVS2 [ZS1]の選択に戻る。
この実施形態では、探索が並列の位置について行われる。一般的な原理は、各スコアに関連付けられた各データベースにおいて、このスコアのセレクタにおいて定式化された要望を満たす空間座標の探索を並列に行うというものである。このため、本方法は、以下の複数のステップの実施からなる。
−現在の臨床スコアSCについて、この臨床スコアに対応するアトラスASCにおいて、このスコアSSCに関連付けられたセレクタ内の選択された値VSCに対応する空間ゾーンZSCを探索するステップ。空間ゾーンZSCは、1以上の空間座標(一般に、空間座標群の形態を取る幾つかの座標)を含む。
補足的な方法では、スコアの値を選択するステップの前に、セレクタにおいてスコアの値のうちの少なくとも幾つかを事前に位置決めすることを目標とした自動計算が想定される。この予備的な自動計算は、スコアの値を最大にする解を探索することを目的としている。この自動計算は、スコアの順序付きリストに基づいて行われる。このスコアの順序付きリストは、スコア間の相対的な重要度をスコアに暗黙的に割り当てる。実際に、病状に応じて、幾つかの臨床スコアは、他のものよりも代表的なものとすることができる。これは、これらのスコアを重要度によって順序付けることができることを意味する。例えば、パーキンソン病の場合、振戦に関係したスコアは、体重増加のスコアよりも優位であるとみなすことができる。
図2を参照して、これまで説明した方法による脳刺激のシミュレーションを取得するために実施されるデバイスを説明する。例えば、本デバイスは、バッファメモリによって構成されるメモリ21と、例えばマイクロプロセッサを装備し、取得するための方法を実施するコンピュータプログラム23によって駆動される処理ユニット22とを備える。
−少なくとも2つの利用可能な値の中から、所定のスコアSXに割り当てられる値VSXを選択する手段である。この選択する手段は、セレクタ、例えば、デッキ内に配置されたハードウェアセレクタ、受信セレクタ(連続スライドセレクタ、枢動可能マルチ位置セレクタ、バリエータ)、又はそれ以外に、例えば、入力デバイスによって操作することができる仮想セレクタを、情報を表す手段上に表示するマン/マシンインタフェースとプロセッサによって通信することが可能なソフトウェアモジュール及び/又はハードウェアモジュールの形態を取るプログラマブル選択モジュールの形態を取ることができる。
−解剖臨床アトラスのセットAAC[1..N]に属する解剖臨床アトラスAACX内において、上記所定のスコアSXに割り当てられる上記値VSXに最も近い値を提供することが可能な空間ゾーンZSXを識別する手段であって、空間ゾーンのセットZS[1..L]を提供するものである。これらの手段は、所与のアトラス内において、選択する手段によって送信された値に対応する1以上のゾーンの探索を行うように特に作成されたソフトウェアモジュール及び/又はハードウェアモジュールの形態を取ることができる。
−上記空間ゾーンのセットZS[1..L]に応じて、少なくとも1つの選択された値VSXを表す所与の結果を生成することが可能な少なくとも1つの対象空間ゾーンZSCを計算する手段を提供するものである。そのような手段は、例えば、特殊な計算アルゴリズムを提供されるグラフィックプロセッサタイプのプロセッサなどの多次元データプロセッサの形態を取る。そのようなレイアウトは、処理演算を大幅に高速化するという利点を有する。別の可能性は、標準的なプロセッサ又はこのタイプの計算を実行するのに特に作製されたマイクロプロセッサを用いることであってもよい。
なお、本願の出願当初の開示事項を維持するために、本願の出願当初の請求項1〜8の記載内容を以下に追加する。
(請求項1)
脳刺激をシミュレーションして、刺激の対象空間ゾーン(ZS C )の推定値を提供する方法であって、
少なくとも2つの利用可能な値の中から、期待される結果に対応する所定のスコア(S X )に割り当てられる値(VS X )を選択するステップ(100)と、
解剖臨床アトラスのセット(AAC [1..N] )に属する解剖臨床アトラス(AAC X )内において、前記所定のスコア(S X )に割り当てられる前記値(VS X )に近い値を提供することが可能な空間ゾーン(ZS X )を識別するステップ(150)と
の少なくとも1回の反復を含むことを特徴とし、
前記少なくとも1回の反復は、空間ゾーンのセット(ZS [1..L] )を提供するものであり、
前記方法は、
前記空間ゾーンのセット(ZS [1..L] )に応じて、少なくとも1つの選択された前記値(VS X )を表す所与の結果を生成することが可能な少なくとも1つの対象空間ゾーン(ZS C )を計算するステップ(200)を含むことを更に特徴とする、方法。
(請求項2)
前記対象空間ゾーン(ZS C )の前記計算するステップ(200)は、標準化された解剖学的容積内における前記空間ゾーンのセット(ZS [1..L] )の前記空間ゾーン(ZS X )の交差(250)を含むことを特徴とする、請求項1に記載のシミュレーションする方法。
(請求項3)
前記解剖臨床アトラスのセット(AAC [1..N] )は、前記脳の機能的な解剖臨床アトラス(AAC X )によって形成され、各機能的な解剖臨床アトラスは、1以上の解剖学的機能を1以上の所与の空間ゾーンに関連付け、これらの所与の空間ゾーンについて、これらの空間ゾーンが刺激されたときの病状の進行を表す値を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
(請求項4)
前記少なくとも1回の反復の前に、前記解剖臨床アトラスのセット(AAC [1..N] )を作成するステップ(P5)を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
(請求項5)
前記作成するステップ(P5)は、前記シミュレーションの方法が実施される患者の少なくとも1つの特性を考慮することを特徴とする、請求項4に記載の方法。
(請求項6)
前記対象空間ゾーン(ZS C )は、前記空間ゾーンのセット(ZS [1..L] )の最も多くの数の空間ゾーンとの前記交差を表す前記空間ゾーンであることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
(請求項7)
脳刺激をシミュレーションして、刺激の対象空間ゾーン(ZS C )の推定値を提供するデバイスであって、
少なくとも2つの利用可能な値の中から、期待される結果に対応する所定のスコア(S X )に割り当てられる値(VS X )を選択する手段と、
解剖臨床アトラスのセット(AAC [1..N] )に属する解剖臨床アトラス(AAC X )内において、前記所定のスコア(S X )に割り当てられる前記値(VS X )に近い値を提供することが可能な空間ゾーン(ZS X )を識別する手段と、
空間ゾーンのセット(ZS [1..L] )を提供する手段と、
前記空間ゾーンのセット(ZS [1..L] )に応じて、少なくとも1つの選択された前記値(VS X )を表す所与の結果を生成することが可能な少なくとも1つの対象空間ゾーン(ZS C )を計算する手段と
を備えてなる、デバイス。
(請求項8)
通信ネットワークからダウンロード可能であり、及び/又はコンピュータ可読媒体に記憶され、及び/又はマイクロプロセッサによって実行可能であるコンピュータプログラムであって、プロセッサによって実行されると、請求項1に記載のシミュレーションする方法を実行するプログラムコード命令を含むものである、コンピュータプログラム。
Claims (8)
- 脳刺激をシミュレーションして、刺激の対象空間ゾーン(ZSC)の推定値を提供する方法であって、
少なくとも2つの利用可能な値の中から、セレクタ(SSC)を用いて、期待される結果に対応する所定のスコア(SX)に割り当てられる値(VSX)を選択するステップ(100)であって、前記所定のスコア(SX)は、少なくとも1人の患者で測定された少なくとも1つの以前の臨床データから導出されるものである、選択するステップ(100)と、
解剖臨床アトラスのセット(AAC[1..N])に属する解剖臨床アトラス(AACX)内において、前記所定のスコア(SX)に割り当てられる前記値(VSX)に近い値を提供することが可能な空間ゾーン(ZSX)を識別するステップ(150)であって、該識別することは、前記所定のスコア(SX)に対応する前記解剖臨床アトラス(AACX)において、当該所定のスコアに関連する前記セレクタ(SSC)において選択された前記値(VSX)に対応する空間ゾーン(ZSX)の少なくとも1つのサーチを含むものである、識別するステップ(150)と
の少なくとも1回の反復を含むことを特徴とし、
前記少なくとも1回の反復は、空間ゾーンのセット(ZS[1..L])を提供するものであり、
前記方法は、
前記空間ゾーンのセット(ZS[1..L])に応じて、少なくとも1つの選択された前記値(VSX)を表す所与の結果を生成することが可能な少なくとも1つの対象空間ゾーン(ZSC)を計算するステップ(200)であって、該計算することは反復または並列して実行され、前記少なくとも1つの対象空間ゾーン(ZSC)は、前記空間ゾーンのセット(ZS[1..L])の少なくとも2つの空間ゾーンの交差から得られるものである、計算するステップ(200)を含むことを更に特徴とする、方法。 - 前記対象空間ゾーン(ZSC)の前記計算するステップ(200)は、標準化された解剖学的容積内における前記空間ゾーンのセット(ZS[1..L])の前記空間ゾーン(ZSX)の交差(250)を含むことを特徴とする、請求項1に記載のシミュレーションする方法。
- 前記解剖臨床アトラスのセット(AAC[1..N])は、前記脳の機能的な解剖臨床アトラス(AACX)によって形成され、各機能的な解剖臨床アトラスは、1以上の解剖学的機能を1以上の所与の空間ゾーンに関連付け、これらの所与の空間ゾーンについて、これらの空間ゾーンが刺激されたときの病状の進行を表す値を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1回の反復の前に、前記解剖臨床アトラスのセット(AAC[1..N])を作成するステップ(P5)を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記作成するステップ(P5)は、前記シミュレーションの方法が実施される患者の少なくとも1つの特性を考慮することを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 前記対象空間ゾーン(ZSC)は、前記空間ゾーンのセット(ZS[1..L])の最も多くの数の空間ゾーンとの前記交差を表す前記空間ゾーンであることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 脳刺激をシミュレーションして、刺激の対象空間ゾーン(ZSC)の推定値を提供するデバイスであって、
少なくとも2つの利用可能な値の中から、期待される結果に対応する所定のスコア(SX)に割り当てられる値(VSX)を選択する手段(SSC)であって、前記所定のスコア(SX)は、少なくとも1人の患者で測定された少なくとも1つの以前の臨床データから導出されるものである、選択する手段(SSC)と、
解剖臨床アトラスのセット(AAC[1..N])に属する解剖臨床アトラス(AACX)内において、前記所定のスコア(SX)に割り当てられる前記値(VSX)に近い値を提供することが可能な空間ゾーン(ZSX)を識別する手段であって、該識別することは、前記所定のスコア(SX)に対応する前記解剖臨床アトラス(AACX)において、当該所定のスコアに関連する前記選択する手段(SSC)において選択された前記値(VSX)に対応する空間ゾーン(ZSX)の少なくとも1つのサーチを含むものである、識別する手段と、
空間ゾーンのセット(ZS[1..L])を提供する手段と、
前記空間ゾーンのセット(ZS[1..L])に応じて、少なくとも1つの選択された前記値(VSX)を表す所与の結果を生成することが可能な少なくとも1つの対象空間ゾーン(ZSC)を計算する手段であって、該計算することは反復または並列して実行され、前記少なくとも1つの対象空間ゾーン(ZSC)は、前記空間ゾーンのセット(ZS[1..L])の少なくとも2つの空間ゾーンの交差から得られるものである、計算する手段と
を備えてなる、デバイス。 - 通信ネットワークからダウンロード可能であり、及び/又はコンピュータ可読媒体に記憶され、及び/又はマイクロプロセッサによって実行可能であるコンピュータプログラムであって、プロセッサによって実行されると、請求項1に記載のシミュレーションする方法を実行するプログラムコード命令を含むものである、コンピュータプログラム。
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