[发明专利]使用具有用可变形模板优化过的电极位置的TTField治疗患者

说明书

实施例接收患者身体区域的图像；识别图像中的异常组织；生成掩蔽了异常组织的数据集；在空间中变形模型模板，以便变形模型模板中的特征与数据集中的对应特征对齐；将表示异常组织的数据放回变形模型模板中；基于变形和修改的模型模板生成身体区域中的组织的电性质模型；以及通过使用电性质模型来确定最大化异常组织中的场强度的电极放置布局，以模拟由相应于身体区域放置在多个不同候选位置组处的模拟电极所引起的身体区域中的电磁场分布。然后，该布局可以用作将电极相应于患者身体区域放置的引导，以将TTField应用于身体区域。

相关申请的交叉参考

本申请要求美国临时申请62/433,501(于2016年12月13日提交)的权益，其全部内容以引用方式并入本文。

背景技术

使用电场和电流来治疗神经障碍和脑部疾病正在变得普遍。此类治疗的示例包括但不限于：经颅直流电刺激(TDCS)、经颅磁刺激(TMS)和肿瘤治疗场(TTField)。这些治疗依赖于将低频电磁场传递到大脑内的目标区域。参见例如，Woods等人，《临床神经生理学》，127 1031-1048(2016年)，其回顾了TDCS的技术方面；以及Thielscher等人，《会议论文集》，电气和电子工程师协会(IEEE)，医学和生物学学会工程，222-225(2015年)，其教导了用于模拟TMS的方法。又例如，Miranda等人，《医学和生物学中的物理学》，59 4137-4147(2014年)，教导了使用磁共振成像(MRI)数据集模拟TTField的传递的健康个体的计算头部模型的创建，其中以半自动方式执行模型创建。此外，Wenger等人，《医学和生物学中的物理学》，60 7339-7357(2015年)，教导了用于创建健康个体的计算头部模型以模拟TTField的传递的方法，其中该模型是从健康个体的MRI数据集创建的。

在TDCS和TMS的情况下，治疗需要将电磁场传递到大脑中的目标区域，在这些区域中它们刺激特定的神经元。在TTField的情况下，换能器阵列在患者头部上的位置被优化以向肿瘤区域提供最大场强。参见例如，Wenger等人，《国际放射肿瘤学·生物学·物理学杂志》，941137-43(2016年)，它教导如何将扩散张量成像(DTI)数据并入到用于模拟TTField到头部的传递的模型中。DTI数据用于导出头部模型中每个体素的各向异性电导率张量。

TTField是在中频范围(100kHz至300kHz)内的低强度(例如，1V/cm至3V/cm)交变电场，其可用于例如治疗肿瘤，如美国专利7,565,205中所描述的，其全文以引用方式并入本文。TTField疗法是经批准的复发性胶质母细胞瘤(GBM)的单一治疗，以及具有针对新诊断患者的化学疗法的批准联合疗法。这些交变电场由直接放置在患者头皮上(例如，使用Novocure Optune^TM系统)的换能器阵列(即，电容耦合电极阵列)非侵入地诱导。TTField似乎也有益于治疗身体其他部位的肿瘤。

体内和体外研究表明，TTField疗法的疗效随着目标区域电场强度的增加而增加，目标区域的强度取决于换能器阵列在患者头皮上的放置。

优化换能器阵列放置的一个方式是使用计算机模拟。由于如本文所述，处理的大量成像数据和模拟/优化过程是计算密集且复杂的，使用计算机是必要的。通常，当执行模拟时，构建解剖学上精确的计算模型，并且将电性质分配给各种组织类型。一旦建立了模型，就将模拟模型电极定位在头部模型上，并施加适当的边界条件，诸如电极上的电压。然后计算头部内的电场。使用各种计算机实现的和计算密集的优化方案，然后可以找到电极布局和在头部(并且具体地，目标区域)内产生最佳电磁场分布的边界条件。然而，个体患者的解剖结构细节不同，并且这些变化会影响个体头部的场分布。因此，为了使用模拟来优化涉及将电磁场传递到目标区域的处理，直到此时必须为每个个体构建个性化计算模型。