用于向患者提供经颅磁刺激（TMS）的方法和设备

摘要

用于向患者施加经颅磁刺激（TMS）的设备，包括：用于布置在患者头部上的头部安放装置，以及用于可释放地安放在头部安放装置上的多个磁体套件，其中每一个磁体套件包括磁体，用于选择性地提供能够在患者的大脑中感生出微弱电流的快速改变的磁场，以便修改患者大脑的自然电活动，其中被安放在头部安放装置上的磁体套件的数目、其在头部安放装置上的单独定位以及其对于快速改变的磁场的选择性提供被选择成允许对于每一位患者定制调整磁场的空间、强度和时间特性，从而提供特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及经颅磁刺激（TMS），更具体来说涉及用于向患者提供经颅磁刺激的新颖方法和设备。

背景技术

经颅磁刺激（TMS）是其中向大脑施加磁刺激以便修改大脑的自然电活动的非侵入性规程，从而向患者提供治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。更具体来说，TMS向患者的大脑施加快速改变的磁场，以便通过电磁感应在患者的大脑中感生出微弱的电流。这些微弱电流修改患者大脑的自然电活动，从而向患者提供治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。TMS已被美国食品药品管理局（FDA）许可用来治疗抑郁症。当前还在多种其他神经和精神方面的疾病（包括中风、偏头痛、帕金森氏症、耳鸣、自闭症、精神分裂症等等）的管理中对TMS进行研究。TMS还被用来在神经科学研究中研究大脑功能。

传统的TMS设备通常包括其位置相对于患者的头部固定的电磁线圈。由于对患者施加的磁场与电磁线圈的配置、经过电磁线圈的电流以及电磁线圈相对于患者的位置有关，因此传统TMS设备的固定构造大大限制了可以对患者施加的磁场的特性，并且因此大大限制了可以向患者提供的TMS治疗。此外，传统的TMS设备通常在电磁线圈中利用非常高的电流，从而增大了通过电击、灼烧、癫痫等等对患者造成意外伤害的风险。

本发明通过提供一种用于向患者提供经颅磁刺激（TMS）的改进的方法和设备解决了与现有技术相关联的前述问题。此外，本发明还提供了优于传统TMS的附加优点，例如（a）其包括可以在医疗或研究设施之外使用的便携式、可穿戴器件，比如在家中使用；（b）患者可以通过手持的或者所穿戴的有线或无线电子控制器来自我管理所开具处方的治疗方案；（c）其包括可以导向多处大脑结构的多个磁刺激器，从而可以导致更好的治疗、诊断测试或者通过其在神经科学研究中的使用得出对于大脑功能的更好的认识；（d）其包括可以导向同一处大脑结构的多个磁刺激器，这可能是更加有效的，因为其可以在多个指向上感生出电流流动；以及（e）其包括可以聚合其磁场以用于更加鲁棒的大脑刺激的多个磁刺激器。

发明内容

本发明提供了一种用于向患者提供经颅磁刺激（TMS）的新颖方法和设备。本发明特别包括提供和使用新颖的TMS设备，其允许对于每一位患者定制调整由TMS设备生成的磁场的空间、强度和时间特性，从而提供特定于患者的TMS治疗或诊断测试。其还在神经科学研究中的大脑功能的开放性研究方面给出了更大的灵活性。

在本发明的一种形式中，提供了一种用于向患者施加经颅磁刺激（TMS）的设备，其中所述设备包括：

用于布置在患者头部上的头部安放装置；以及

用于可释放地安放在头部安放装置上的多个磁体套件，其中每一个磁体套件包括磁体，用于选择性地提供能够在患者的大脑中感生出微弱电流的快速改变的磁场，以便修改患者大脑的自然电活动；

其中，被安放在头部安放装置上的磁体套件的数目、其在头部安放装置上的单独定位以及其对于快速改变的磁场的选择性提供被选择成允许对于每一位患者定制调整磁场的空间、强度和时间特性，从而提供特定于患者的TMS治疗或诊断测试以及神经科学研究中的大脑功能的开放性研究方面的更大灵活性。在本发明的一种优选形式中，每一个磁体套件包括用于选择性地提供对应于不低于400赫兹的磁体移动速度的至少500-600特斯拉/秒的快速改变的磁场的磁体。

在本发明的另一种形式中，提供了一种用于向患者提供经颅磁刺激（TMS）的方法，所述方法包括：

提供设备，所述设备包括：

　　用于布置在患者头部上的头部安放装置；以及

　　用于可释放地安放在头部安放装置上的多个磁体套件，其中每一个磁体套件包括磁体，用于选择性地提供能够在患者的大脑中感生出微弱电流的快速改变的磁场，以便修改患者大脑的自然电活动；

将头部安放装置放置在患者头部上，并且将所选数目的磁体套件放置在头部安放装置上的所选位置处；以及

利用磁体套件中的至少一个选择性地提供快速改变的磁场；

其中，被安放在头部安放装置上的磁体套件的数目、其在头部安放装置上的单独定位以及其对于快速改变的磁场的选择性提供被选择成对于该患者定制调整磁场的空间、强度和时间特性，从而提供特定于患者的TMS治疗或诊断测试以及神经科学研究中的大脑功能的开放性研究方面的更大灵活性。在本发明的一种优选形式中，每一个磁体套件包括用于选择性地提供对应于不低于400赫兹的磁体移动速度的至少500-600特斯拉/秒的快速改变的磁场的磁体。

在本发明的另一种形式中，提供了一种用于向患者施加经颅磁刺激（TMS）的设备，其中所述设备包括：

用于布置在患者头部上的头部安放装置；以及

按照预定式样被安放在头部安放装置上的多个磁体套件，其中每一个磁体套件包括磁体，用于选择性地提供能够在患者的大脑中感生出微弱电流的快速改变的磁场，以便修改患者大脑的自然电活动；

其中，被安放在头部安放装置上的磁体套件的数目、其在头部安放装置上的单独定位以及其对于快速改变的磁场的选择性提供被选择成允许对于每一位患者定制调整磁场的空间、强度和时间特性，从而提供特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。在本发明的一种优选形式中，每一个磁体套件包括用于选择性地提供对应于不低于400赫兹的磁体移动速度的至少500-600特斯拉/秒的快速改变的磁场的磁体。

在本发明的另一种形式中，提供了一种用于向患者提供经颅磁刺激（TMS）的方法，所述方法包括：

提供设备，所述设备包括：

　　用于布置在患者头部上的头部安放装置；以及

　　按照预定式样被安放在头部安放装置上的多个磁体套件，其中每一个磁体套件包括磁体，用于选择性地提供能够在患者的大脑中感生出微弱电流的快速改变的磁场，以便修改患者大脑的自然电活动；

将头部安放装置放置在患者头部上；以及

利用磁体套件中的至少一个选择性地提供快速改变的磁场；

其中，被安放在头部安放装置上的磁体套件的数目、其在头部安放装置上的单独定位以及其对于快速改变的磁场的选择性提供被选择成对于该患者定制调整磁场的空间、强度和时间特性，从而提供特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。在本发明的一种优选形式中，每一个磁体套件包括用于选择性地提供对应于不低于400赫兹的磁体移动速度的至少500-600特斯拉/秒的快速改变的磁场的磁体。

附图说明

通过后面对于本发明的优选实施例的详细描述将会更加全面地公开本发明的前述和其他目的和特征或者使其变得显而易见，应当结合附图来考虑后面的详细描述，其中相同的附图标记指代相同的部分，并且其中：

图1和2是示出了用于向患者提供经颅磁刺激（TMS）的新颖设备的示意图；

图3是示出了如何能够在所选时间激活图1和2的TMS设备的磁体套件中的所选的磁体套件以便向患者提供所期望的TMS治疗、诊断测试或者神经科学研究中的研究协议的示意图；

图4是示出了导体中的磁刺激的物理学的示意图；

图5是示出了大脑的磁刺激的生物物理学的示意图；

图6是示出了本发明优于传统TMS的一些优点的表格；以及

图7是示出了用于向患者提供TMS的替换设备的示意图。

具体实施方式

首先查看图1和2，示出了用于向患者提供TMS的新颖经颅磁刺激（TMS）设备。正如后面将讨论的那样，新颖TMS设备5特别允许对于每一位患者定制调整由TMS设备生成的磁场的空间、强度和时间特性，从而提供特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。

更具体来说，TMS设备5通常包括用于放置在患者头部上的头部安放装置10，可释放地安放到头部安放装置10上的多个磁体套件15，以及用于将每一个磁体套件15连接到计算机化控制器25的多条引线20。计算机化控制器25可以是自立式（self-standing）器件，或者如果希望的话计算机化控制器25可以是可穿戴的，例如佩戴在腕带、臂带上等等。此外，如果希望的话，磁体套件15可以无线地连接到计算机化控制器25，从而不再需要引线20。

在本发明的一种优选形式中，头部安放装置10包括柔软的形状贴合（form-fitting）套头帽，其适于覆盖患者的头部并且同时露出患者面部和耳朵。头部安放装置10意图提供对于前面提到的磁体套件15的稳定支撑，并且为此头部安放装置10优选地包括具有稳定结构但是可以透气（为了患者舒适）的织物构造（例如编织、编结或针织纤维）。或者，头部安放装置可以由例如软塑料之类的其他材料构造。头部安放装置10优选地包括下颏带（chinstrap）30，从而可以利用较轻的张力将头部安放装置紧固到患者头部，以便确保头部安放装置在患者头部上保持固定的位置。

正如前面所提到的那样，多个磁体套件15被可释放地安放到头部安放装置10上。更具体来说，磁体套件15被可释放地安放到头部安放装置10上，使得可以由临床医师或研究人员按照希望改变磁体套件15的数目和/或其在头部安放装置10上的单独定位。为此，头部安放装置10优选地包括围绕头部安放装置10的外表面分布的多个紧固件底座35，并且每一个磁体套件15优选地包括适于与紧固件底座35配对的对应紧固件连接40，从而允许将每一个磁体套件15在围绕头部安放装置的表面的基本上任何位置处可释放地固定到头部安放装置10。应当认识到，作为这种构造的结果，有可能把所期望数目的磁体套件15可释放地固定到头部安放装置10的对应于这些磁体套件15的所期望的位置处，使得可以由临床医师或研究人员按照希望改变磁体套件15的数目和/或其在头部安放装置10上的定位。

作为示例而非限制，头部安放装置10可以包括覆盖患者的颅骨的编织纤维套头帽，布置在头部安放装置10上的多个紧固件底座35可以分别包括传统的钩环（例如Velcro^TM）紧固件的一半，并且磁体套件15的紧固件连接40可以分别包括传统的钩环（例如Velcro^TM）紧固件的另一半。通过这种方式，每一个磁体套件15可以被可释放地紧固到紧固件底座35，并且从而紧固到头部安放装置10。

在本发明的一种优选形式中，磁体套件15每一个包括电动机45和永磁体50。永磁体50被安放到电动机45的驱动轴杆55上，使得当电动机45被通电时，永磁体50将会旋转，从而提供围绕磁体套件的快速改变的磁场。在本发明的一种优选形式中，每一个磁体套件15包括用于选择性地提供对应于不低于400赫兹的磁体移动速度的至少500-600特斯拉/秒的快速改变的磁场的永磁体50。如TMS领域的技术人员将认识到的，通过将对应于不低于400赫兹的磁体移动速度的至少500-600特斯拉/秒的该快速改变的磁场施加到患者的大脑，可以在患者大脑的神经元中感生出微弱的电流。这些微弱电流修改患者大脑的自然电活动，从而向患者提供治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。在本发明的一种优选形式中，电动机45是可变速度电动机，使得永磁体50可以按照希望更快或更慢地旋转，从而调节在患者大脑的神经元中感生出的电流的电压，正如后面将更加详细地讨论的那样。在本发明的一种优选形式中，永磁体50包括稀土磁体，例如钕磁体。

TMS设备5还包括计算机化控制器25，用于独立地控制每一个磁体套件15的操作，即开启或关闭电动机45、调节电动机旋转的速度等等。引线20将计算机化控制器25连接到每一个磁体套件15。

因此，根据本发明，临床医师或研究人员对于每一位单独的患者首先确定（i）应当把多少磁体套件15安放到头部安放装置10上、（ii）应当把这些磁体套件15安放到头部安放装置10上的什么位置、（iii）各个磁体套件15应当何时使其永磁体50旋转、以及（iv）这样的旋转的速度，以便精确地调整由TMS设备5生成的磁场的空间、强度和时间特性，从而向该患者提供特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。

随后，当要向患者施加TMS治疗或测试时，患者戴上头部安放装置10，临床医师或研究人员把适当数目的磁体套件15安放到头部安放装置10上，将这些磁体套件定位在头部安放装置10上的适当位置处，并且随后计算机化控制器25控制哪些磁体套件15使其磁体旋转、何时旋转以及在什么速度下旋转。通过这种方式，可以根据每一位患者的需求精确地调整由TMS设备5生成的磁场的空间、强度和时间特性，从而向患者提供特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。例如参见图3，其中示出了位于围绕头部安放装置10的各个位置处的所选磁体套件15如何能够使其对应的永磁体在不同时间旋转。在这方面将认识到，随着特定磁体套件15的永磁体被旋转，其将向患者施加快速改变的磁场，并且该改变的磁场是该磁体套件的永磁体50的尺寸和强度以及永磁体的旋转速率的函数。例如还参见示出了导体中的磁刺激的物理学的图4以及示出了由磁刺激在人类大脑中感生出的快速电压波动的图5。此外还将认识到，由位于头部安放装置10上的多个磁体套件15产生的快速改变的磁场一起聚合成复杂的、复合的、快速改变的磁场，其根据磁体套件15在头部安放装置10上的位置及其对应的磁体旋转的相对定时跨过患者的大脑发生空间和时间两者变化。

因此将会看到，利用本发明的新颖TMS设备5，临床医师或研究人员可以对于每一位患者定制调整由TMS设备5生成的磁场的空间、强度和时间特性，从而提供特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。

值得注意的是，本发明包括可以在医疗或研究设施之外使用的便携式、可穿戴器件，例如在家中使用。此外，患者可以通过手持的或者所穿戴的有线或无线电子控制器来自我管理所开具处方的治疗方案。

应当认识到，由于本发明包括可以导向多处大脑结构的多个磁刺激器，因此有可能实现更好的治疗、诊断测试或者通过其在神经科学研究中的使用得出对于大脑功能的更好的认识。

而且，由于本发明包括可以导向单一大脑结构的多个磁刺激器，因此有可能获得优良的结果，因为其可以在多个指向上感生出电流流动。

此外，由于本发明包括可以聚合其磁场以用于更加鲁棒的大脑刺激的多个磁刺激器，因此可以可能的是实现更好的治疗、诊断测试或者通过其在神经科学研究中的使用得出对于大脑功能的更好的认识。该更加鲁棒的大脑刺激特别可以涉及刺激大脑的哪些区段，在受到刺激的区段中感生出的电流流动的（一个或多个）指向，在受到刺激的区段中感生出的电流流动的量值，以及这样的刺激的定时。

根据本发明，还提供了一种新颖的方法以用于确定应当把多少磁体套件15安放到头部安放装置10上、应当把这些磁体套件15安放在头部安放装置10上的什么位置处、各个磁体套件15何时应当使其磁体旋转以及这样的磁体旋转的速度，以便精确地调整向该患者施加的磁场的空间、强度和时间特性，从而向该患者提供特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。更具体来说，根据本发明，头部安放装置10可以包括用于监测患者大脑的电活动中的改变的多个电极60。电极60优选地连接到计算机化控制器25，从而可以把通过电极60监测的大脑的电活动中的改变与由TMS设备5向患者施加的磁场的空间、强度和时间特性中的变化进行相关，所述变化进而对应于各个磁体套件15的数目、位置和旋转速度。通过这种方式，利用反馈处理，可以把各个磁体套件15的数目、位置和旋转速度中的改变相关到患者大脑的电活动中的改变，从而产生特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。

本发明给出了优于现有技术的许多优点。更具体来说，本发明的新颖TMS设备5允许对于每一位患者定制调整磁场的空间、强度和时间特性，从而提供特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。本发明特别提供了优于传统TMS的以下重要优点：（a）其包括可以在医疗或研究设施之外使用的便携式、可穿戴器件，比如在家中使用；（b）患者可以通过手持的或者所穿戴的有线或无线电子控制器来自我管理所开具处方的治疗方案；（c）其包括可以导向多处大脑结构的多个磁刺激器，从而可以导致更好的治疗、诊断测试或者通过其在神经科学研究中的使用得出对于大脑功能的更好的认识；（d）其包括可以导向同一处大脑结构的多个磁刺激器，这可能是更加有效的，因为其可以在多个指向上感生出电流流动；以及（e）其包括可以聚合其磁场以用于更加鲁棒的大脑刺激的多个磁刺激器。此外，本发明消除了通过电击、灼烧、癫痫等等对患者造成意外伤害的风险。

参见图6，其中列出了本发明优于传统TMS设备的一些优点。

对于优选实施例的修改

应当认识到，在仍然保持在本发明的原理和范围内的同时，本领域技术人员可以对为了解释本发明的性质而在这里已经描述和说明的细节、材料、步骤和部件设置方面作出许多附加的改变。

作为示例而非限制，头部安放装置10的整个外表面都可以被单个大紧固件底座35覆盖，或者头部安放装置10的主要部分可以被几个大紧固件底座35覆盖，其中一个或更多大紧固件底座35容纳一个或更多磁体套件15。

此外，如果希望的话，头部安放装置10可以被形成为带束（harness），其包括连接在一起的多个条带但是在各个条带之间存在间隔，以便提供围绕头部的网格状结构。这些条带可以由皮革、塑料、织物等等形成。在本发明的这种形式中，紧固件底座35并且从而还有磁体套件15被沿着构成头部安放装置10的条带安放。

此外，如果希望的话，磁体套件15可以被构造成使得磁体50被纵向而不是旋转移动，以便产生快速改变的磁场。例如参见图7，其中螺线管65快速地移动磁体50，从而产生在本发明中利用的不断改变的磁场。

而且，如果希望的话，如果可以获得高强度磁场（以便例如提供至少500-600特斯拉/秒的快速磁通量改变），并且利用适当数量的冷却以防止磁体线圈发热和熔融，则可以用较小的电磁体来替换永磁体50。

根据本发明，还有可能提供一种头部安放装置10（例如套头帽），其具有已经按照预定式样被安放在头部安放装置10上（或者被合并到其中）的预定数目的磁体套件15。在这种情况下，临床医师确定哪些预定的、预先布置的磁体套件15应当被激活，并且对于将被激活的那些磁体套件确定何时应当使其磁体旋转，以及这样的旋转的速度，以便精确地调整将向患者施加的磁场的空间、强度和时间特性，从而向该患者提供特定于患者的TMS治疗、帮助诊断或者在神经科学研究中映射出大脑功能。此外，在本发明的这种形式中，可能希望这样的器件的套装，其中所述套装中的每一个器件包括头部安放装置10（例如套头帽），其具有已经按照预定式样被安放在头部安放装置10上（或者被合并到其中）的预定数目的磁体套件15，并且所述套装中的每一个器件提供磁体套件15的不同预定式样。

鉴于本公开内容，这些和其他改变对本领域技术人员将是显而易见的，并且被视为在本发明的范围内。