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TW201800054A - 具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置及其顯示方法 - Google Patents

具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置及其顯示方法 Download PDF

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TW201800054A
TW201800054A TW105120252A TW105120252A TW201800054A TW 201800054 A TW201800054 A TW 201800054A TW 105120252 A TW105120252 A TW 105120252A TW 105120252 A TW105120252 A TW 105120252A TW 201800054 A TW201800054 A TW 201800054A
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辛裕隆
彭徐鈞
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中山醫學大學附設醫院
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Abstract

本發明係將一電極模組設於使用者之顱內，再擷取顱內影像而得到複數個橫切片影像。電極模組之電極影像位於其中一橫切片影像上。並設一腦功能圖譜調整部擷取複數個該橫切片影像，再將內建之腦功能圖譜資料對應每一橫切片影像，分別進行等比例變形，使其分別對應至每一橫切片影像，而得到複數個腦功能圖譜切片影像，將複數個腦功能圖譜切片影像分別套入複數個橫切片影像而得到複數個合併後橫切片影像；再設一顯示部顯示合併後橫切片影像。故，本案兼具電極設置於顱內效果佳，與患者之腦部構造資訊上可顯示電極位置及功能區塊等優點。

Description

具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置及其顯示方法
本發明係有關一種具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置及其顯示方法，尤指一種兼具電極設置於顱內效果佳，與患者之腦部構造資訊上可顯示電極位置及功能區塊之具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置及其顯示方法。
傳統之癲癇手術(Epilepsy surgery)前之準備過程，可簡述如下： 為方便說明，茲簡化為有一癲癇病患，其不定時會右手抽動，目前推測其腦部掌管右手運動之區塊可能有異常(可能有血塊、腫瘤、血管壞死等)。 首先，醫療人員先進行腦部之斷層掃描或類似之技術，取得該病患之腦部構造資訊，再依經驗來研判哪些區域是哪些功能。 其次，醫療人員可能在頭皮上(即顱外)之對應右手運動區域貼上數個電極貼片(例如3x3個電極)，來收集記錄各點之電極變化，特別是在發病時哪幾個電極為癲癇發作區(電極訊號最強)。另外，也可反向對不同電極分別施加電流刺激，來看患者之反應，來研判會產生類似之右手抽動之更精確之位置(例如此3x3個電極，剛好中央處及右上點兩處之反應相對較強)，藉此，來推估此區域很可能就是異常區域。 之後，醫療人員再進行外科手術，將頭蓋骨切開，找到對應此異常區域之腦部，尋找是否有任何異常(例如為血塊、腫瘤、血管壞死等)。 然而，前述之傳統準備過程有下列之缺點： [1] 電極設於顱外之訊號與反向刺激效果均不佳。傳統裝置係將電極貼設於顱外而非顱內，隔著頭皮及頭蓋骨，所以屬於間接量測或刺激，記錄或刺激之效果均不佳。 [2] 患者之腦部構造資訊上無法顯示功能區塊相當不便。當醫療人員需要判讀或了解該患者之腦部三維結構時，只能透過顯示器看各橫切之二維斷層掃描影像，無法直接在此二維斷層掃描影像上看出所對應之功能區塊，只能憑經驗來研判，相當不方便。 [3] 電極位置與功能區塊無法合一顯示。傳統二維斷層掃描影像無法與腦部功能區塊合一，當然也就無法與電極位置影像合，以致於無法明確記錄電極位置。故，電極位置與功能區塊無法合一顯示。 [4] 無法直接套用腦功能圖譜之資訊。傳統之腦功能圖譜是將一人腦之三維結構，分成許多功能區塊。此腦功能圖譜是統計一定數量之人之後所平均之結果，但是各患者之頭顱形狀、腦容量大小都不盡相同，實務上無法直接套用到特定之患者，只能憑經驗來判定或預估某一患者之腦之哪一區為何功能。因此，業界十分欠缺相關之輔助顯示技術。 故，有必要研發新技術，以解決上述缺點。
本發明之目的，在於提供一種具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置及其顯示方法，其兼具電極設置於顱內效果佳，與患者之腦部構造資訊上可顯示電極位置及功能區塊等優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於電極設於顱外之訊號與反向刺激效果均不佳、患者之腦部構造資訊上無法顯示功能區塊相當不便、電極位置與功能區塊無法合一顯示，與無法直接套用腦功能圖譜之資訊。 解決上述問題之技術手段係提供一種具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置及其顯示方法，其裝置部份係包括： 一電極模組，係用以置入一使用者之頭部之顱內，該電極模組係具有複數個電極； 一影像擷取模組，係用以對該使用者之頭部進行擷取腦部影像，並取得一腦部三維資訊，其包括複數個二維之橫切片影像；該每一橫切片影像包括一腦之輪廓線及一腦內區域；該其中至少一張橫切片影像係具有該電極模組之電極影像，其係位於該腦之輪廓線、該腦內區域其中至少一者上； 一控制部，係電性連結該電極模組及該影像擷取模組，並用以擷取該腦部三維資訊； 一腦功能圖譜調整部，係電性連結該控制部，該腦功能圖譜調整部係內建一腦功能圖譜資料，且用以擷取複數個該橫切片影像，並將該腦功能圖譜資料對應該每一橫切片影像，分別進行等比例變形，使其可分別對應至該每一橫切片影像，而可得到同數量之複數個二維之調整後之腦功能圖譜切片影像，該每一腦功能圖譜切片影像之腦之輪廓線會接近該橫切片影像之腦之輪廓線，且其內為調整後之腦功能圖譜區塊，將複數個該腦功能圖譜切片影像分別套入相對應之複數個該橫切片影像，而得到複數個合併後橫切片影像，並傳送回該控制部； 一顯示部，係電性連結該控制部，用以顯示複數個該合併後橫切片影像。 其顯示方法係包括下列步驟： 準備步驟； 擷取腦部影像結構； 取得含電極之腦部三維資訊； 腦功能圖譜調整步驟；及 合併顯示步驟。 本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。 茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：
參閱第1、第2及第3圖，本發明係為一具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置及其顯示方法，其裝置部分係包括： 一電極模組10，係用以置入一使用者之頭部90之顱內91，該電極模組10係具有複數個電極11。 一影像擷取模組20，係用以對該使用者之頭部90進行擷取腦部影像(參閱第4圖)，並取得一腦部三維資訊20A，其包括複數個二維之橫切片影像21(如第5A、第5B及第5C圖所示，其分別具有一第一影像寬度D1、一第二影像寬度D2、一第三影像寬度D3，其依序呈由小到大之尺寸)；該每一橫切片影像21包括一腦之輪廓線211及一腦內區域212；該其中至少一張橫切片影像21係具有該電極模組10之電極影像21A(參閱第7圖)，其係位於該腦之輪廓線211、該腦內區域212其中至少一者上。 一控制部30，係電性連結該電極模組10及該影像擷取模組20，並用以擷取該腦部三維資訊20A。 一腦功能圖譜調整部40，係電性連結該控制部30，該腦功能圖譜調整部40係內建一腦功能圖譜資料41，且用以擷取複數個該橫切片影像21，並將該腦功能圖譜資料41對應該每一橫切片影像21，分別進行等比例變形，使其可分別對應至該每一橫切片影像21，而可得到同數量之複數個二維之調整後之腦功能圖譜切片影像41A(如第6圖所示)，該每一腦功能圖譜切片影像41A之腦之輪廓線411會接近該橫切片影像21之腦之輪廓線211，且其內為調整後之腦功能圖譜區塊412，將複數個該腦功能圖譜切片影像41A分別套入相對應之複數個該橫切片影像21，而得到複數個合併後橫切片影像A(參閱第7及第8圖)，並傳送回該控制部30。 一顯示部50，係電性連結該控制部30，用以顯示複數個該合併後橫切片影像A。 實務上，該電極模組10係具有下列型式： [a] 薄膜型：如第2圖所示，該電極膜組10可為薄膜結構，該複數個電極11係設於該薄膜結構上，通常適合貼於顱內之腦膜表面上。 [b] 長針型：參閱第9、第10A、第10B及第10C圖，該電極膜組10可為長針結構，該複數個電極11係設於該長針結構上，而可插入預定之腦中特定位置。 [c] 混合型：參閱第11、第12、第13、第14A及第14B圖，即同時有上述兩種情形。 該複數個電極11係用以感測該顱內91之對應位置產生之電波變化，並呈現於該電極影像21A。 該影像擷取模組20可為：(高解析)磁振造影(Magnetic Resonance Imaging，簡稱MRI)儀、電腦斷層攝影(computed tomography，簡稱CT)裝置其中至少一者；或採用相關之掃描、影像擷取裝置。 該控制部30係可透過該複數個電極11，朝相對應之該顱內91位置進行電波刺激。 更詳細的說，前述腦功能圖譜切片影像41A係可選自現有普遍使用之布德曼腦部圖庫(Brodmann brain atlas，簡稱BORDMANN)、自動解剖標示數位腦部圖庫(Automated Anatomical Labeling digital human brain atals，簡稱AAL)或類似之腦部圖庫。以布德曼腦部圖庫為例，人腦被橫切為182片二維圖片，進而能得到不同功能塊在腦中之三維座標範圍。 重點在於，該複數個電極11感測該顱內91之對應位置產生之電波變化，以及反向產生之電波刺激，係可透過該顯示部50顯示之該合併後橫切片影像A(由該橫切片影像21及相對應之該腦功能圖譜切片影像41A共同組成)呈現。 參閱第15圖，關於本發明之顯示方法，係包括下列步驟： 一、準備步驟71：預先設置一電極模組10、一影像擷取模組20、一控制部30、一腦功能圖譜調整部40及一顯示部50；該電極模組10係具有複數個電極11，且該電極模組10係位於一使用者之顱內91，該腦功能圖譜調整部40係具有一腦功能圖譜資料41； 二、擷取腦部影像步驟72：以該影像擷取模組20對已植入有該電極模組10之該使用者之頭部90進行擷取腦部影像； 三、取得含電極之腦部三維資訊步驟73：該影像擷取模組20取得一腦部三維資訊20A，其包括複數個二維之橫切片影像21，每一橫切片影像21包括一腦之輪廓線211及一腦內區域212； 四、腦功能圖譜進行調整步驟74：該腦功能圖譜調整部40配合該每一橫切片影像21，將該功能圖譜資料41分別進行等比例變形，而使其對應至相對應位置之該橫切片影像21，進而得到同數量之複數個二維之調整後之腦功能圖譜切片影像41A，該每一腦功能圖譜切片影像41A具有一腦之輪廓線411，其內為調整後之腦功能圖譜區塊412，該腦之輪廓線411係接近該橫切片影像21之該腦之輪廓線211； 五、合併顯示步驟75：將複數個該腦功能圖譜切片影像41A，分別套入相對應之複數個該橫切片影像21，而得到複數個合併後橫切片影像A。 實務上，該電極模組10係具有下列型式： [a] 薄膜型：如第2圖所示，該複數個電極11係設於一片薄膜上，通常適合貼於顱內之腦膜表面上。 [b] 長針型：參閱第9、第10A、第10B及第10C圖，該複數個電極11係設於一長針上，而可插入預定之腦中特定位置。 [c] 混合型：參閱第11、第12、第13、第14A及第14B圖，即同時有上述兩種情形。 該複數個電極11係用以感測該顱內91之對應位置產生之電波變化，並呈現於該電極影像21A。 該影像擷取模組20可為： (高解析)磁振造影(Magnetic Resonance Imaging，簡稱MRI)儀、電腦斷層攝影(computed tomography，簡稱CT)裝置其中至少一者。 或採用相關之掃描、影像擷取裝置。 該控制部30係可透過該複數個電極11，朝相對應之該顱內91位置進行電波刺激。 更詳細的說，前述腦功能圖譜切片影像41係可選自現有普遍使用之布德曼腦部圖庫(Brodmann brain atlas，簡稱BORDMANN)､自動解剖標示數位腦部圖庫(Automated Anatomical Labeling digital human brain atals，簡稱AAL)或類似之腦部圖庫。以布德曼腦部圖庫為例，人腦被橫切為182片二維圖片，進而能得到不同功能塊在腦中之三維座標範圍。 重點在於，該複數個電極11感測該顱內91之對應位置產生之電波變化，以及反向產生之電波刺激，係可透過該顯示部50顯示之該合併後橫切片影像A(該橫切片影像21及相對應之該腦功能圖譜切片影像41A共同組成)呈現。 本發明之優點及功效係如下所述： [1] 電極設置於顱內效果佳。本發明之電極係設於顱內，所收集之顱內電波變化，或是反向刺激之電波反應，均是直接對顱內進行，效果較佳。故，電極設置於顱內效果佳。 [2] 患者之腦部構造資訊上可顯示電極位置及功能區塊。本發明可將複數個腦功能圖譜切片影像分別套入相對應之複數個橫切片影像，而得到複數個合併後橫切片影像，其可於患者之腦部構造資訊上，呈現電極位置與功能區塊，可供醫療人員直接判讀需瞭解之腦部三維結構，完全不必使用推測的方式，有利於病情及手術需求，相當方便。故，患者之腦部構造資訊上可顯示電極位置及功能區塊。 [3] 可將腦功能圖譜資料直接套用至不同患者之腦部橫切片。傳統之腦功能圖譜是將一人腦之三維結構，分成許多功能區塊，大部分之腦部病症，均可由這些功能區塊呈現。此腦功能圖譜是統計一定數量之患者之腦部橫切片影像所平均之結果，本發明可將腦功能圖譜對應不同患者之其腦部橫切片影像進行變形調整後直接套用。故，可將腦功能圖譜資料直接套用至不同患者之腦部橫切片。 以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。
10‧‧‧電極模組
11‧‧‧電極
20‧‧‧影像擷取模組
20A‧‧‧腦部三維資訊
21‧‧‧橫切片影像
211、411‧‧‧腦之輪廓線
212‧‧‧腦內區域
21A‧‧‧電極影像
30‧‧‧控制部
40‧‧‧腦功能圖譜調整部
41‧‧‧腦功能圖譜資料
41A‧‧‧腦功能圖譜切片影像
412‧‧‧腦功能圖譜區塊
50‧‧‧顯示部
71‧‧‧準備步驟
72‧‧‧擷取腦部影像步驟
73‧‧‧取得含電極之腦部三維資訊步驟
74‧‧‧腦功能圖譜調整步驟
75‧‧‧合併顯示步驟
90‧‧‧頭部
91‧‧‧顱內
D1‧‧‧第一影像寬度
D2‧‧‧第二影像寬度
D3‧‧‧第三影像寬度
A‧‧‧合併後橫切片影像
第1圖係本發明之應用例之示意圖 第2圖係本發明之電極模組之第一實施例之示意圖 第3圖係本發明之系統方塊圖 第4圖係本發明之磁振造影(高解析)之局部示意圖 第5A、第5B及第5C圖係分別為第4圖之ⅤA-ⅤA、ⅤB-ⅤB、ⅤC-ⅤC之橫切片影像之示意圖 第6圖係本發明之腦功能圖譜調整部之影像調整之示意圖 第7圖係本發明之合併後橫切片影像之放大之示意圖 第8圖係第7圖之局部放大之示意圖 第9圖係本發明之電極模組之第二實施例之示意圖 第10A圖係第9圖之ⅩA-ⅩA之示意圖 第10B圖係第9圖之ⅩB-ⅩB之示意圖 第10C圖係第9圖之ⅩC-ⅩC之示意圖 第11圖係本發明之電極模組之第三實施例之示意圖 第12圖係第11圖之局部結構之放大示意圖 第13圖係第12圖之其他角度之示意圖 第14A圖係第13圖之ⅩⅣA-ⅩⅣA之示意圖 第14B圖係第13圖之ⅩⅣB-ⅩⅣB之示意圖 第15圖係本發明之流程圖
10‧‧‧電極模組
20‧‧‧影像擷取模組
20A‧‧‧腦部三維資訊
30‧‧‧控制部
40‧‧‧腦功能圖譜調整部
41‧‧‧腦功能圖譜資料
50‧‧‧顯示部
90‧‧‧頭部
A‧‧‧合併後橫切片影像

Claims (9)

  1. 一種具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置，係包括： 一電極模組，係用以置入一使用者之頭部之顱內，該電極模組係具有複數個電極； 　一影像擷取模組，係用以對該使用者之頭部進行擷取腦部影像，並取得一腦部三維資訊，其包括複數個二維之橫切片影像；該每一橫切片影像包括一腦之輪廓線及一腦內區域；該其中至少一張橫切片影像係具有該電極模組之電極影像，其係位於該腦之輪廓線、該腦內區域其中至少一者上； 　一控制部，係電性連結該電極模組及該影像擷取模組，並用以擷取該腦部三維資訊； 　一腦功能圖譜調整部，係電性連結該控制部，該腦功能圖譜調整部係內建一腦功能圖譜資料，且用以擷取複數個該橫切片影像，並將該腦功能圖譜資料對應該每一橫切片影像，分別進行等比例變形，使其可分別對應至該每一橫切片影像，而可得到同數量之複數個二維之調整後之腦功能圖譜切片影像，該每一腦功能圖譜切片影像之腦之輪廓線會接近該橫切片影像之腦之輪廓線，且其內為調整後之腦功能圖譜區塊，將複數個該腦功能圖譜切片影像分別套入相對應之複數個該橫切片影像，而得到複數個合併後橫切片影像，並傳送回該控制部； 　一顯示部，係電性連結該控制部，用以顯示複數個該合併後橫切片影像。
  2. 如申請專利範圍第１項所述之具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置，其中： 　該電極膜組係為薄膜結構、長針結構其中至少一者； 　該複數個電極係設於該薄膜結構、該長針結構其中至少一者上。
  3. 如申請專利範圍第１項所述之具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置，其中，該複數個電極係用以感測該顱內之對應位置產生之電波變化，並呈現於該電極影像。
  4. 如申請專利範圍第１項所述之具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置，其中，該影像擷取模組係選自磁振造影儀、電腦斷層攝影裝置其中至少一者。
  5. 如申請專利範圍第１項所述之具有顱內電極的個人腦結構之顯示裝置，其中，該控制部係透過該複數個電極，朝相對應之該顱內位置進行電波刺激。
  6. 一種具有顱內電極的個人腦結構之顯示方法，其包括下列步驟： 　一、準備步驟：預先設置一電極模組、一影像擷取模組、一控制部、一腦功能圖譜調整部及一顯示部；該電極模組係具有複數個電極，且該電極模組係位於一使用者之顱內，該腦功能圖譜調整部係具有一腦功能圖譜資料； 　二、擷取腦部影像步驟：以該影像擷取模組對已植入有該電極模組之該使用者之頭部進行擷取腦部影像； 　三、取得含電極之腦部三維資訊步驟：該影像擷取模組取得一腦部三維資訊，其包括複數個二維之橫切片影像，每一橫切片影像包括一腦之輪廓線及一腦內區域； 　四、腦功能圖譜進行調整步驟：該腦功能圖譜調整部配合該每一橫切片影像，將該功能圖譜資料分別進行等比例變形，而使其對應至相對應位置之該橫切片影像，進而得到同數量之複數個二維之調整後之腦功能圖譜切片影像，該每一腦功能圖譜切片影像具有一腦之輪廓線，其內為調整後之腦功能圖譜區塊，該腦之輪廓線係接近該橫切片影像之該腦之輪廓線； 　五、合併顯示步驟：將複數個該腦功能圖譜切片影像，分別套入相對應之複數個該橫切片影像，而得到複數個合併後橫切片影像。
  7. 如申請專利範圍第６項所述之具有顱內電極的個人腦結構之顯示方法，其中： 　該電極膜組係為薄膜結構、長針結構其中至少一者； 　該複數個電極係設於該薄膜結構、該長針結構其中至少一者上。
  8. 如申請專利範圍第６項所述之具有顱內電極的個人腦結構之顯示方法，其中，該複數個電極係用以感測該顱內之對應位置產生之電波變化，並呈現於該電極影像。
  9. 如申請專利範圍第６項所述之具有顱內電極的個人腦結構之顯示方法，其中： 　該影像擷取模組係選自磁振造影儀、電腦斷層攝影裝置其中至少一者； 　該控制部係透過該複數個電極，朝相對應之該顱內位置進行電波刺激。
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