CN101517618A

Method and system for displaying the electric field generated on the brain by transcranial magnetic stimulation

Abstract

By combining the actual representation of the head surface with the ideal representation of the head surface, a visualization surface representing the part of the brain at the depth below the head surface of the subject is generated. This combination is a function of depth and is performed to minimize any irregularities present in the actual head surface of the object in the visualization surface. The display shows the visualization surface overlaid on the volume image of the brain, the electric field induced on the area of the visualization surface by the transcranial magnetic stimulation ("TMS") induction coil device located above the head surface, and the TMS coil device. By observing the display, the user of the TMS coil device can interactively determine the position of the TMS coil device relative to the surface of the head, and, for the target position on the brain at the selected depth, can determine that the TMS coil device is at the selected depth The location on the visualized surface where the largest electric field is induced.

CN101517618A, drawing sheet 1
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46 claims: 2 independent, 44 dependent

  1. 1
    第 1. 一种用于在经颅磁刺激(“TMS”)中生成大脑部分的表示的方 法,其包括: 生成头部的头部表面的实际表示; 生成所述头部表面的理想表示; 将所述实际表示与所述理想表示结合以形成可视化表面,其中所 述可视化表面表示所述头部表面下方的深度处的、所述头部内的大脑 部分;以及 显示所述可视化表面。
  2. 2
    根据权利要求1所述的方法,其进一步包括: 根据所述可视化表面,计算由TMS感生线圈装置在所述深度处的 所述大脑部分感生的电场(“E-fleld”);以及 在所述可视化表面上显示所述感生的电场。
  3. 3
    根据权利要求2所述的方法,其进一步包括: 显示所述TMS线圈装置相对于所述可视化表面的位置,对应于所 述头部表面的实际表示的所述头部表面的表示以及所述头部的体积表 示。
  4. 4
    根据权利要求3所述的方法,其进一步包括: 提供表示所述TMS线圈装置相对于所述头部表面的所述位置的、 用于由所述TMS线圈装置刺激的所述可视化表面上的目标位置的信 息。
  5. 5
    根据权利要求4所述的方法,其中,在执行以下步骤之后提供 或自动存储所述TMS线圈装置的所述位置: 识别所述可视化表面上的单个最大电场用于所述目标位置。 20078003402 5 第
  6. 6
    根据权利要求2所述的方法,其中所述感生的电场的最大值和 最小值显示在所述可视化表面上。
  7. 7
    根据权利要求1所述的方法,其中所述结合进一步包括: 用第一权与第二权分别对所述实际表示和所述理想表示进行加 权,其中所述第一权和所述第二权是所述深度的函数; 将分别由所述第一权和所述第二权加权的所述实际表示和所述理 想表示结合,以生成未缩放的可视化表面;以及 根据所述深度对所述未缩放的可视化表面进行缩放,以生成所述 可视化表面。
  8. 8
    根据权利要求7所述的方法,其中所述第一权和所述第二权由 所述深度的线性函数确定,其中所述第一权和所述第二权之和等于1, 并且所述第一权和所述第二权中均不小于0且不大于1。
  9. 9
    根据权利要求8所述的方法,其中所述第一权随着所述深度的 增加而减小,并且所述第二权随着所述深度的减小而减小。
  10. 10
    根据权利要求1所述的方法,其中所述理想表示是椭球面。
  11. 11
    根据权利要求1所述的方法,其中所述可视化表面基本为凸 面。
  12. 12
    根据权利要求1所述的方法,其中所述实际表示是由多个多 边形定义并根据所述头部的体积图像生成的多边形表面网格,所述方 法进一步包括: 生成包含所述表面网格的最小凸面网格; 从所述凸面网格上去除对应于所述头部的下部的多边形、面积超 出预定面积的多边形(“大多边形”)以及与大多边形共享顶点的多边 形,以生成头皮网格;以及 20078003402 5 第 根据所述头皮网格生成所述理想表示。
  13. 13
    根据权利要求12所述的方法,其中根据所述头皮网格生成所 述理想表示的步骤进一步包括: 根据所述头皮网格中的所有多边形的顶点计算所述大脑的质心, 其中所述理想表示形成于所述质心周围并适合于所述顶点。
  14. 14
    根据权利要求13所述的方法,其中所述理想表示是椭球面。
  15. 15
    根据权利要求1所述的方法,其中所述理想表示是根据多个 理想表示形成的。
  16. 16
    根据权利要求7所述的方法,其中,所述理想表示是根据η 个理想表示idealized n 形成的,其中所述idealized n 表示中的每一个均 具有第二权Wideal-n,并且其中所述权Wjdeal-n是与所述大脑的预定部分 相关的向量V从所述表面网格上的点投影到所述相应的idealizedn表 示上的位置的函数。
  17. 17
    根据权利要求1所述的方法,其中所述实际表示是通过表示 所述头部的解剖构造的磁共振成像数据得到的。
  18. 18
    根据权利要求1所述的方法,其进一步包括: 将所述可视化表面与所述头部表面的所述实际表示进行比较; 根据所述比较计算所述可视化表面与所述实际表示之间的差;以 及 如果所述差超出了预定门限,那么通过将所述实际表示与所述理 想表示结合且进行调整,生成新的可视化表面。
  19. 19
    根据权利要求18所述的方法,其中所述调整是所述差的函数。 20078003402 5 第
  20. 20
    根据权利要求18所述的方法,其中用于生成所述可视化表面 的所述结合进一步包括: 用第一权和第二加权分别对所述实际表示和所述理想表示进行加 权,其中所述第一权和所述第二权是所述深度的函数; 其中用于生成所述新的可视化表面的所述结合包括根据所述深度 调整所述第一权和所述第二权的加权。
  21. 21
    根据权利要求1所述的方法,其中所述结合是至少一个优化 标准和约束条件的函数。
  22. 22
    根据权利要求21所述的方法,其中所述约束条件是所述大脑 中感兴趣的区域和表示对应于所述大脑中的感兴趣的所述区域的、所 述头部的图像数据的质量的函数。
  23. 23
    根据权利要求1所述的方法,其进一步包括: 根据TMS线圈装置相对于所述头部表面的实际位置和对所述可 视化表面上感生的电场的计算,生成用于控制所述TMS线圈装置相对 于所述头部的位置和方向的控制信息,以使所述可视化表面上感生的 电场的幅度保持不变。
  24. 24
    一种用于在经颅磁刺激(“TMS”)中生成大脑部分的表示的 设备,其包括: 处理器,用于执行编码在计算机可读媒体上的处理,其中所述处 理包括如下步骤: 生成头部的头部表面的实际表示; 生成所述头部表面的理想表示; 将所述实际表示与所述理想表示结合以形成可视化表面,其 中所述可视化表面表示所述头部表面下方的深度处的、所述头部 内的大脑部分;以及 提供所述可视化表面的显示。 20078003402 5 第
  25. 25
    根据权利要求24所述的设备,其中所述处理进一步包括: 根据所述可视化表面,计算由TMS感生线圈装置在所述深度处的 所述大脑部分感生的电场(“E-fleld”);以及 提供所述可视化表面上所述感生的电场的显示。
  26. 26
    根据权利要求25所述的设备,其中所述处理进一步包括: 提供下述各项的显示: 所述TMS线圈装置相对于所述可视化表面的位置、对应于所述头 部表面的所述实际表示的所述头部表面的表示以及所述头部的体积表 示。
  27. 27
    根据权利要求26所述的设备,其中所述处理进一步包括: 生成表示所述TMS线圈装置相对于所述头部表面的所述位置的、 用于由所述TMS线圈装置刺激的所述可视化表面上的目标位置的信 息。
  28. 28
    根据权利要求27所述的设备,其中,在执行以下步骤之后提 供或自动存储所述TMS线圏装置的所述位置: 识别所述可视化表面上的单个最大电场用于所述目标位置。
  29. 29
    根据权利要求25所述的设备,其中所述程序进一步包括: 提供在所述可视化表面上的感生的电场的最大值和最小值的显 示。
  30. 30
    根据权利要求24所述的设备,其中所述结合进一步包括: 用第一权和第二权分别对所述实际表示和所述理想表示进行加 权,其中所述第一权和所述第二权是所述深度的函数; 将分别由所述第一权和所述第二权加权的所述实际表示和所述理 想表示结合,以生成未缩放的可视化表面;和 20078003402 5 第 根据所述深度对所述未缩放的可视化表面进行缩放,以生成所述 可视化表面。
  31. 31
    根据权利要求30所述的设备,其中所述第一权和所述第二权 由所述深度的线性函数确定,其中所述第一权和所述第二权之和等于 1,并且所述第一权和所述第二权中均不小于0且不大于1。
  32. 32
    根据权利要求31所述的设备,其中所述第一权随着所述深度 的增加而减小,并且所述第二权随着所述深度的减小而减小。
  33. 33
    根据权利要求24所述的设备,其中所述理想表示是椭球面。
  34. 34
    根据权利要求24所述的设备,其中所述可视化表面基本为凸 面。
  35. 35
    根据权利要求24所述的设备,其中所述实际表示是由多个多 边形定义并根据所述头部的体积图像生成的多边形表面网格,所述处 理进一步包括: 生成包含所述表面网格的最小凸面网格; 从所述凸面网格上消除对应于所述头部的下部的多边形、面积超 出预定面积的多边形(“大多边形”)以及与大多边形共享顶点的多边 形,以生成头皮网格;和 根据所述头皮网格生成所述理想表示。
  36. 36
    根据权利要求35所述的设备,其中所述根据所述头皮网格生 成所述理想表示进一步包括: 根据所述头皮网格中的所有多边形的顶点计算所述大脑的质心, 其中所述理憩表示形成于所述质心周围并适合于所述顶点。
  37. 37
    根据权利要求36所述的设备,其中所述理想表示是椭球面。 20078003402 5 第
  38. 38
    根据权利要求24所述的设备,其中所述理想表示是由多个理 想表示形成的。
  39. 39
    根据权利要求30所述的设备,其中,所述理想表示是根据η 个理想表示idealized n 形成的,其中所述idealized n 表示中的每一个均 具有第二权Wideai-n,并且其中所述权Wjdeai-n是与所述大脑的预定部分 相关的向量V从所述表面网格上的点投影到所述相应的idealized n 表 示上的位置的函数。
  40. 40
    根据权利要求24所述的设备,其中所述实际表示是通过表示 所述头部的解剖构造的磁共振成像数据得到的。
  41. 41
    根据权利要求24所述的设备,其中所述处理进一步包括: 将所述可视化表面与所述头部表面的所述实际表示进行比较; 根据所述比较计算所述可视化表面与所述实际表示之间的差;以 及 如果所述差超出了预定门限,那么通过将所述实际表示与所述理 想表示结合且进行调整而生成新的可视化表面。
  42. 42
    根据权利要求41所述的设备,其中所述调整是所述差的函数。
  43. 43
    根据权利要求38所述的设备,其中用于生成所述可视化表面 的所述结合进一步包括: 用第一权和第二权分别对所述实际表示和所述理想表示进行加 权,其中所述第一权和所述第二权是所述深度的函数; 其中用于生成所述新的可视化表面的所述结合包括根据所述深度 调整所述第一权和所述第二权的加权。
  44. 44
    根据权利要求24所述的设备,其中所述结合是至少一个优化 20078003402 5 第 标准和约束条件的函数。
  45. 45
    根据权利要求44所述的设备,其中所述约束条件是所述大脑 中感兴趣的区域和表示对应于所述大脑中的感兴趣的区域的、所述头 部的图像数据的质量的函数。
  46. 46
    根据权利要求24所述的设备,其中所述处理器根据TMS线 圈装置相对于所述头部表面的实际位置和对所述可视化表面上感生的 电场的计算,生成用于控制所述TMS线圈装置相对于所述头部的位置 和方向的控制信息,以使所述可视化表面上感生的电场的幅度保持不 变。 200780034028.5
Independent claims46