[发明专利]用于当目标肌肉处于合适地活动时的非侵入式大脑刺激的方法、设备和计算机程序

说明书

发明领域

本发明涉及为了医疗目的刺激生物组织。本发明特别涉及用于向大脑产生刺激磁场脉冲的方法和设备。确切地说，本发明涉及独立权利要求前序部分中所陈述的内容。

现有技术

为了提供对诊断或治疗有用的信息的目的，或者为了提供治疗效果的目的，可以对诸如人类大脑之类的生物组织进行非侵入性地刺激。使用常规技术，依靠在组织中引起电场来刺激生物组织是可能的。该磁刺激技术借助变化的磁场来实现此目的。例如，在下列出版物中公开了用于为生物组织提供磁刺激的各种设备和方法：

- US 4,940,453

- US 5,766,124

- US 6,132,361  和

- US 6,086,525。

在这些方法中，通常，选择性地向刺激器线圈施加正弦曲线式波动和阻尼的电流脉冲，所述刺激器线圈置放在要刺激的神经元上。当目的是刺激大脑时，该方法被称为经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation, TMS），其提出了一种对人类大脑进行刺激的无风险且无痛苦的方法。按常规TMS把大脑控制运动的区域作为目标。大脑的此部分被称为运动皮质（motor cortex）。对运动皮质的刺激触发神经信号，所述神经信号从受刺激的皮质传播通过锥体细胞纤维和周围纤维，一直到肌肉。成功传送的神经信号引起肌肉收缩，其以可见的抽动的形式被看到。肌肉活动性也可以使用肌动电流描记器(electromyograph, EMG) 以来自肌肉或皮肤表面的电信号的形式被探测。在出版物US 4,940,453中公开了诱发反应和TMS测量相结合的常规技术。若干本书中已经广泛地覆盖了应用和技术，所述若干本书包括由E Wassermann等人于2008年编辑的Oxford Handbook of Transcranial Stimulation（牛津大学经颅刺激手册）和Elsevier（哀思维尔）出版由Hallett M, Chokrovery S于2005年编辑的Magnetic Stimulation in Clinical Neurophysiology（临床神经生理学磁刺激）。

除了从肌肉测量的EMG信号之外，TMS刺激在人体其他部位引起其它可测量的变化（即，生物信号）。最突出的可探测变化在于大脑的新陈代谢活动性和神经元之间电信号。新陈代谢变化可以例如使用功能MRI或正电子发射断层摄影术或单光子发射断层摄影术(functional MRI, fMRI；Positron emission tomography, PET和single-photon emission tomography, SPECT)来探测。电变化可以使用脑电图(electoencephalography, EEG)来探测。对于身体其它部位，TMS刺激的影响一般是间接的且例如可以以 ECG（心电图, electrocardiography）的变化来探测。

一般来讲，TMS刺激在人体引起各种可探测的生物信号。经常实施TMS实验来研究受刺激大脑区域和所探测的生物信号变化之间的联系。在任何这样的实验中，非常重要的是，稳定大脑的状态和处于检查中的生物信号的“发生器”的状态。这可以借助生物信号反馈来进行。例如，当用TMS刺激大脑时，EEG信号被引出并且可以在受刺激大脑区域和其他大脑区域二者中测到，后者通过神经元电连接到受刺激区域。所观察到的EEG变化常常依赖于受刺激大脑区域和所连接区域的状态。因此，反馈EEG会提供用于稳定检查结果的手段。除了其他合适的生物信号之外，还是肢体或手指运动传感器和肌肉力测量。关于这点，论述集中在EMG测量，这是因为它是最有可能的应用，同时牢记相对于本发明的范围任何可测量的生物信号监测可以是补充性的。