[发明专利]用于深部脑刺激的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于深部脑刺激的系统，该系统包括：探测器，具有用于向对应脑部区域应用刺激幅度的刺激电极的阵列；处理器，用于确定在刺激电极的阵列上的刺激幅度的空间分布并且用于向刺激电极的阵列应用确定的刺激幅度的空间分布以便刺激具有非典型神经元活动的至少一个区域。

本发明还涉及一种用于为深部脑刺激确定刺激幅度的空间分布的方法和一种用于执行所述方法的计算机程序产品。

背景技术

深部脑刺激（DBS）是一种向脑部组织施加适度电脉冲以破坏病理（pathological）活动的技术。现有DBS设备具有用于向组织递送脉冲的四个大型（通常为6mm²）圆柱形电极。这造成电能向组织的很不明确的递送。DBS目标可能如1mm一样小或者更小，并且利用这些现有DBS设备不能准确地使刺激电流以此类小特征为目标。该不明确的递送具有若干弊端。它例如可能由于电流激发与目标区相邻的组织而导致引起副作用。此外，它可能由于电流未最优覆盖目标结构而造成次优的治疗效果。在开发之中的新DBS设备可以通过提供（轴向和方位（azimuthally））以阵列状方式沿着探测器分布的大量电极（例如16-128个）来解决该问题。通过具有此类刺激电极的高密度阵列，电刺激的很准确递送在原理上是可能的，从而改善更大电极的前述不足。

就如此之多的刺激电极而言，最优分布电刺激是重要的。用于发现在阵列上的最佳刺激分布的优化问题由于新的高分辨率DBS设备所赋予的巨大自由程度而高度复杂。因此需要一种用于快速确定最优设置的实际和可靠方法。出于该目的开发了基于模型的优化方式。然而这些方式遭受固有限制，因为并非所有参数都是和可以充分详细已知（最明显的是局部不均匀和各向异性的传导率分布强烈地影响场、但是很难准确测量）。因此对于这些方式而言保持了不准确。

本发明的目的在于提供一种用于确定刺激幅度的空间分布的较少复杂性并且更可靠的方法和系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，该目的通过提供一种用于深部脑刺激的系统来实现，该系统包括探测器和处理器。探测器包括：用于获取信号的感测电极的阵列，这些信号表示在脑部中的对应位置的神经元活动；以及用于向对应脑部区域应用刺激幅度的刺激电极的阵列。处理器可操作地耦合到感测电极和刺激电极。处理器被布置用于从感测电极接收获取的信号、处理获取的信号以发现具有非典型神经元活动的至少一个脑部区域、基于获取的信号来确定在刺激电极的阵列上的刺激幅度的空间分布并且向刺激电极的阵列应用刺激幅度的空间分布以便刺激具有非典型神经元活动的至少一个区域。

感测电极阵列用于确定神经元活动的空间概况。根据测量的神经元活动，确定在感兴趣的脑部区域中是否和何处有病理表现的神经元或者神经元结构。当神经元活动的局部热点被定位时，处理器确定刺激幅度的空间分布以便以那些热点为目标。

在根据本发明的系统的一个实施例中，在脑部中的区域中的神经元活动在获取的信号超过预定水平时被视为非典型。在更高级实施例中，更复杂处理用于发现病理电活动的源。处理可以例如包括对获取的信号带通滤波。例如，增加的贝塔频带活动（8-30Hz）可能涉及帕金森疾病的可能症状。

处理可以包括计算获取的信号的或者从获取的信号提取的具体特征的二阶空间导数（second spatial derivative）。获取的信号的二阶空间导数提供活动源的清楚指示，并且因此提供如下有用信息，该信息用于确定待应用的刺激幅度的适当特殊分布。刺激幅度的空间分布可以选择成与获取的信号的二阶空间导数成比例。

至少一个感测电极和至少一个刺激电极优选地组合于一个组合式电极中。可以提供切换装置用于在组合式电极的感测与刺激功能之间切换。可以同时针对所有组合式电极或者单独地针对每个组合式电极完成切换。

根据本发明的第二方面，提供一种用于确定刺激幅度的空间分布的方法。该方法包括：从感测探测器上的感测电极的阵列接收获取的信号，这些信号表示在脑部中的对应位置的神经元活动；处理获取的信号以发现具有非典型神经元活动的至少一个脑部区域；并且基于获取的信号来确定在刺激电极的阵列上的刺激幅度分布。

根据下文描述的实施例清楚本发明的这些和其他方面，并且将参照这些实施例阐明这些和其他方面。

附图说明

在附图中：

图1示意地示出了根据本发明的用于深部脑刺激的系统，

图2示出了根据本发明的方法的流程图，

图3示出了感测电极阵列获取的信号的例子，

图4示出了图2的信号的二阶空间导数，