專利名稱：用于判斷生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備的定向的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于判斷例如深部腦刺激設(shè)備等生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備相對于例如人等對象的定向的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用于判斷生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備相對于對象的定向的方法。
背景技術(shù)：
用于刺激例如人或動物等對象的組織的生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備被用于廣泛的各式各樣的醫(yī)學(xué)條件的治療。使用這種生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備，通過脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電學(xué)刺激脈沖被傳送到對象的所需刺激點。為了從刺激脈沖的傳送實現(xiàn)所需效果，設(shè)備的刺激-傳送元 件被適當(dāng)?shù)牟贾煤投ㄏ蚴沟米罴汛碳つ芰繎?yīng)用于所需刺激點是十分重要的。盡管這對于很多不同類型的刺激治療是正確的，設(shè)備定位和定向在神經(jīng)刺激領(lǐng)域中尤其十分關(guān)鍵。當(dāng)將生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備插入到對象組織中時，必須能夠精確判斷設(shè)備相對于對象解剖結(jié)構(gòu)的定向，即角位置。例如，根據(jù)視角，包含允許刺激沿選擇定向傳送的刺激元件的圓柱形生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備可以以無限種方式插入到組織中。因而，需要用于生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備的定向檢測的系統(tǒng)。已知的系統(tǒng)使用高分辨率計算機斷層攝影(CT)成像設(shè)備來判斷插入到對象組織中的生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備的位置和定向。在這種情況中，生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備必須是不對稱形狀以使得能夠基于獲得的CT圖像判斷設(shè)備的定向。已知系統(tǒng)的缺點在于它是相對復(fù)雜和昂貴的。計算機斷層攝影(CT)成像設(shè)備是相對昂貴的，且具有不對稱形狀的生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備的制造是相對昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種合理價格的系統(tǒng)，其尤其在生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備植入到對象組織中時能夠精確判斷生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備相對于對象解剖結(jié)構(gòu)的角位置。使用根據(jù)權(quán)利要求I所述的本發(fā)明的系統(tǒng)實現(xiàn)該目的。用于判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備相對于對象的定向的系統(tǒng)包含第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備，包含至少兩個刺激元件；以及發(fā)生器，布置為用于向刺激元件饋入時間變化電信號。時間變化電信號彼此相差預(yù)定相位。該系統(tǒng)還包含相對于第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備具有已知相對位置的傳感器設(shè)備，其布置為用于感測來自刺激元件的感測信號。感測信號源于來自刺激元件的時間變化電信號。該系統(tǒng)還包含處理器設(shè)備，布置為用于基于感測信號的感測相位、時間變化信號的相位以及已知相對位置判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備的定向。可以使用上述系統(tǒng)獲得生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備相對于對象解剖結(jié)構(gòu)的角位置。因為系統(tǒng)的功能不需要相對昂貴的計算機斷層攝影(CT)成像設(shè)備或具有不對稱形狀的生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備，這種系統(tǒng)是相對廉價的，即系統(tǒng)不具有現(xiàn)有技術(shù)的問題。該系統(tǒng)可以包含多個傳感器設(shè)備，它們每一個具有相對于第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備的不同相對位置。使用多個傳感器設(shè)備進一步改善了生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備相對于對象解剖結(jié)構(gòu)的角位置的判斷的精度。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例具有這樣的特征第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備被植入到對象中。這意味著因為設(shè)備被植入，設(shè)備的定向可以由不能看到設(shè)備的用戶判斷。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例具有這樣的特征第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備是第一深部腦刺激設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例具有這樣的特征傳感器設(shè)備被植入到對象中。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例具有這樣的特征傳感器設(shè)備是第二生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例具有這樣的特征第二生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備是第二深部腦刺激(DBS)設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例具有這樣的特征時間變化電信號是正弦模式。 在本發(fā)明的另一方面中，使用如權(quán)利要求8所述的方法實現(xiàn)本發(fā)明的所述目的。提供一種用于判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備相對于對象的定向的方法，其中第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備包含刺激元件，該方法包含以下步驟
通過發(fā)生器向刺激元件饋入時間變化電信號，其中時間變化電信號彼此相差預(yù)定相
位，
通過相對于第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備具有已知的相對位置的傳感器設(shè)備感測來自刺激元件的感測信號，其中感測信號源于來自刺激元件的時間變化電信號，以及
基于感測信號的感測相位、時間變化信號的相位和已知相對位置通過處理器設(shè)備判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備的定向。類似于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，該方法不涉及使用相對昂貴的計算機斷層攝影(CT)成像設(shè)備或使用具有不對稱形狀的生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備。因而，該方法的實現(xiàn)相對廉價。


在下文中，此后將使用下面的圖通過舉例的方式描述和解釋本發(fā)明和其他方面 圖I示意性示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一示例性實施例；
圖2A、2B、2C和2D示意性示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二示例性實施例，其中第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備和傳感器設(shè)備均是深部腦刺激(DBS)設(shè)備。
具體實施例方式在優(yōu)選實施例的下面的描述中，對形成說明書的一部分的附圖做出引用?？梢詫嵺`本發(fā)明的特定實施例在下面的描述中以說明的方式示出。還應(yīng)當(dāng)理解可以采用其他實施例且可以在不偏離本發(fā)明的范圍的條件下做出結(jié)構(gòu)改變。注意相同的參考符號用于在若干實施例中指示相同或類似的部件。圖I中示出本發(fā)明的第一實施例。用于判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2相對于對象20 (尤其是人)的定向14的系統(tǒng)I包含第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2、傳感器設(shè)備10、發(fā)生器22和處理器設(shè)備12。第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2例如可以是第一深部腦刺激(DBS)設(shè)備。發(fā)生器22向第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2的兩個刺激元件4A、4C饋入優(yōu)選地偶極形狀的時間變化電信號6A、6C。時間變化電信號6A、6C例如可以形成正弦模式。時間變化電信號6A、6C彼此相差預(yù)定相位，例如180度的預(yù)定相位。傳感器設(shè)備10相對于第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2的相對位置Χ、α是已知的。傳感器設(shè)備10感測來自刺激元件4A、4C的感測信號8。感測信號8源于來自刺激兀件4A、4C的時間變化電信號6A、6C。時間變化電信號6A、6C的相位、感測信號8的感測相位以及相對位置X、α被提供到處理器設(shè)備12。使用這些數(shù)據(jù)，處理器設(shè)備12精確地判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2的定向14。因而，在用戶不能看到第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2時，系統(tǒng)I的用戶也能夠判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2相對于對象20的定向。例如，用戶(醫(yī)生)可能位于第一房間中且對象20 (患者)可能位于不同房間中。盡管醫(yī)生不能看到第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2，他能夠使用本系統(tǒng)判斷設(shè)備的定向。當(dāng)?shù)谝簧镝t(yī)學(xué)刺激設(shè)備2被植入到對象20中時，這同樣成立。傳感器設(shè)備10也可以植入在對象20中。傳感器設(shè)備10也可以是生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備，即第二生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備。如本領(lǐng)域中已知，這種設(shè)備不僅能夠提供刺激，而且還能夠感測電學(xué)信號。類似于第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2，第二生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備10可以是第二深部腦刺激(DBS)設(shè)備。 在圖2A、2B、2C和2D中示出了本發(fā)明的第二實施例。第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備2和傳感器設(shè)備均是深部腦刺激(DBS)設(shè)備，即第一深部腦刺激(DBS)設(shè)備和第二深部腦刺激(DBS)設(shè)備。這種深部腦刺激設(shè)備在圖2A中不出。在圖2A中示出的示例中，DBS設(shè)備包含4列A、B、C和D。這些列中的每一個包含至少一個電極。在根據(jù)圖2A的示例中，列A、B、C和D中的每一個包含8個電極。兩個DBS設(shè)備2、10被植入到患者10中，例如第一 DBS設(shè)備2位于第一腦半球中且第二 DBS設(shè)備10位于患者的第二腦半球中。DBS設(shè)備2、10具有向腦組織傳送電學(xué)信號的能力且它們具有測量來自腦組織的電學(xué)信號的能力。如本領(lǐng)域中所已知，這可以使用用于刺激和感測的專用電極陣列來實現(xiàn)，或使用能夠提供刺激或拾起電學(xué)信號的多功能電極陣列實現(xiàn)。在用于判斷DBS設(shè)備之一(例如，第一 DBS設(shè)備)的定向的用途中，該設(shè)備用于提供電場且其它DBS設(shè)備(例如第二 DBS設(shè)備)用于感測。通過在列B和列D的電極施加適當(dāng)?shù)碾妼W(xué)信號在第一 DBS設(shè)備附近產(chǎn)生如圖2B所示的偶極形場。偶極子定向為相對于第一 DBS設(shè)備具有已知的角定向。在特定示例中，這通過在列D中的4個電極(這些電極在圖2A中不可見)上安置負信號且在列B中的4個電極上安置正信號實現(xiàn)。因此，偶極形場導(dǎo)致在第一 DBS設(shè)備附近，在D列方向產(chǎn)生負電勢(即圖2B的左邊)，且在B列的方向產(chǎn)生正電勢(即圖2B的右邊)，以及在中間產(chǎn)生基本零伏特的平面。這通過如圖2B中示出的電壓剖面圖說明。負電勢場30導(dǎo)致組織靠近第
一DBS設(shè)備2的列D，正電勢場32導(dǎo)致組織靠近第一 DBS設(shè)備2的列B。幾乎零的電勢場導(dǎo)致組織靠近列C和A。如圖2B所示，在幾厘米左右的距離，當(dāng)施加2伏特的激勵時，可以產(chǎn)生10-20毫伏(mV)的電勢，這比腦信號大1-2個數(shù)量級，即，通過該系統(tǒng)確保十分簡單且精確測量。在從第一 DBS設(shè)備2旋轉(zhuǎn)偶極場的同時，時間變化電勢將被第二 DBS設(shè)備10感測。如圖2C所示，這例如可以通過向第一 DBS設(shè)備的電極饋入用于屬于各列A、B、C、D的每個電極組的時間相關(guān)激勵輪廓(excitation profile)實現(xiàn)。通過測量圖2D中示出的該感測信號8相對于施加于第一 DBS設(shè)備2的激勵輪廓的感測相位，獲得第一 DBS設(shè)備相對于第二 DBS設(shè)備的定向。這通過比較感測信號的當(dāng)前相位與每個時間變化信號的當(dāng)前相位完成。因為第二 DBS設(shè)備10布置在中間，即布置在另一腦半球上，第一 DBS設(shè)備相對于第二DBS設(shè)備的相對位置已知。這樣，明確地判斷第一 DBS設(shè)備2相對于患者大腦的定向。這種系統(tǒng)I還可在外科植入過程中使用。也可使用非正弦時間相關(guān)激勵輪廓，例如方塊狀激勵輪廓。盡管已經(jīng)在附圖和上述描述中詳細說明和描述了本發(fā)明，這種說明和描述應(yīng)被認(rèn)為是說明性或示例性而非限制性的；本發(fā)明不限于公開的實施例。通過研究附圖、說明書以及所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所主張的發(fā)明時可以理解和實現(xiàn)所披露的實施例的其它變形。在權(quán)利要求中，詞語“包含”不排除其它步驟或元件，且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉了某些措施這一純粹事實并不表示不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求中的任何參考符號不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。
參考數(shù)字列表
1系統(tǒng)
2第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備 4A、4B、4C、4D刺激元件 6A、6B、6C、4D時間變化電信號 8 感測信號
10 傳感器設(shè)備 12 發(fā)生器
14 第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備的定向 20 對象 30 負電勢場 32 正電勢場
權(quán)利要求
1.一種用于判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)相對于對象(20)的定向(14)的系統(tǒng)(1)，該系統(tǒng)包含 第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)，其包含至少兩個刺激元件(4A ；4C)； 發(fā)生器(22)，布置為用于向刺激元件(4A ;4C)饋入時間變化電信號(6A ;6C)，其中時間變化電信號(6A ；6C)彼此相差預(yù)定相位， 傳感器設(shè)備(10)，相對于第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)具有已知相對位置(X ; α )，布置為用于感測來自刺激元件(4A;4C)的感測信號(8)，其中感測信號(8)源于來自刺激元件(4A ；4C)的時間變化電信號(6A ；6C),以及 處理器設(shè)備(12)，布置為用于基于感測信號(8)的感測相位、時間變化信號(6A ；6C)的相位以及已知相對位置(Χ;α )判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)的定向(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(1)，其中第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)被植入到對象(20)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(I)，其中第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)是第一深部腦刺激(DBS)設(shè)備(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(I)，其中傳感器設(shè)備(10)被植入到對象(20)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(1)，其中傳感器設(shè)備(10)是第二生物醫(yī)學(xué)刺激(DBS)設(shè)備(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(1)，其中第二生物醫(yī)學(xué)激勵設(shè)備(10)是第二深部腦刺激(DBS)設(shè)備(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(1)，其中時間變化電信號(6A；6C)是正弦模式。
8.一種用于判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)相對于對象(20)的定向(14)的方法，其中第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)包含刺激元件(4A ;4C)，該方法包含以下步驟 通過發(fā)生器(12)向刺激元件(4A ;4C)饋入時間變化電信號(6A ;6C)，其中時間變化電信號(6A ；6C)彼此相差預(yù)定相位， 通過相對于第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)具有已知的相對位置(X ； α )的傳感器設(shè)備(10)感測來自刺激元件(4Α ;4C)的感測信號(8)，其中感測信號(8)源于來自刺激元件(4Α;4C)的時間變化電信號(6A ；6C),以及 基于感測信號(8)的感測相位、時間變化信號(6A ；6C)的相位和已知相對位置(X ； α )通過處理器設(shè)備(12)判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)的定向(14)。
全文摘要
本申請涉及一種用于判斷生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)相對于對象(20)的定向(14)的系統(tǒng)(1)。該系統(tǒng)包含第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)，包含至少兩個刺激元件(4A；4C)；以及發(fā)生器(22)，布置為用于向刺激元件(4A；4C)饋入時間變化電信號(6A；6C)，其中時間變化電信號(6A；6C)相差預(yù)定相位。該系統(tǒng)還包含傳感器設(shè)備(10)，相對于第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)具有已知相對位置(X；α)，布置為用于感測來自刺激元件(4A；4C)的感測信號(8)，其中感測信號(8)源于來自刺激元件(4A；4C)的時間變化電信號(6A；6C)；以及處理器設(shè)備(12)，布置為用于基于感測信號(8)的感測相位、時間變化信號(6A；6C)的相位以及已知相對位置(X；α)判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)的定向(14)。所述系統(tǒng)精確判斷生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備相對于對象的定向，即角位置。當(dāng)生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備被植入對象中時，定向也被精確判斷。這種系統(tǒng)是相對廉價的。本申請還涉及用于判斷第一生物醫(yī)學(xué)刺激設(shè)備(2)相對于對象(20)的定向(14)的方法。
文檔編號A61N1/05GK102770068SQ201180007050
公開日2012年11月7日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者E-C.托亞德, H.C.F.馬滕斯, J.G.克萊博伊克, P.W.范卡姆 申請人:沙皮恩斯腦部刺激控制有限公司