CN102814001B - 经颅磁刺激导航系统及经颅磁刺激线圈定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种经颅磁刺激导航系统，用于经颅磁刺激线圈定位，其包括经颅磁刺激定位帽、磁共振成像系统及导航模块，经颅磁刺激定位帽具有多个无电极的定位标记点，磁共振成像系统扫描获得佩戴经颅磁刺激定位帽的患者头部磁共振影像信息，并检测多个无电极的定位标记点；导航模块和磁共振成像系统连接，导航模块根据患者的头部磁共振影像信息和多个无电极的定位标记点分别构建内部坐标系和外部坐标系，并根据刺激靶点在内部坐标系和外部坐标系的相对位置关系确定经颅磁刺激线圈的定位信息。所述经颅磁刺激导航系统可整合患者头皮外形，精确地对经颅磁刺激线圈进行定位。本发明另外提供一种采用上述经颅磁刺激导航系统的经颅磁刺激线圈定位方法。
Description
技术领域
本发明涉及医疗辅助器械领域，尤其涉及一种用于经颅磁刺激线圈定位的基于磁共振影像的经颅磁刺激导航系统及经颅磁刺激线圈定位方法。
背景技术
经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)是一种皮层刺激方法，磁信号可以无衰减地透过颅骨而刺激到大脑神经，实际应用中并不局限于头脑的刺激，外周神经肌肉同样可以进行刺激，因此现在都叫它为“磁刺激”。磁刺激是一种物理刺激形式，它是利用时变电流流入经颅磁刺激线圈，产生高强度时变脉冲磁场，时变脉冲磁场在组织内产生感应电场和感生电流，感应电流使某些可兴奋组织产生兴奋的一种刺激方法，具有无痛、无损伤、操作简便、安全可靠等优点，在临床医学方面具有广泛的应用。
经颅磁刺激在实际应用中，最大难题的是如何精确地确定刺激靶点。最初，刺激靶点部位的选择主要依靠操作者所具备的解剖学知识，根据人脑常规脑功能的分布进行大致确定。然而，这种大致上确定的刺激点与实际有效刺激的部位之间通常存在较大误差。为解决上述问题，目前已有部分经颅磁刺激仪配有导航定位系统，包括机械定位系统和光学导航定位系统。其中，机械定位系统主要通过触发病人运动诱发电位与机械定位工具配合使用来定位线圈，其存在的缺点是机械定位工具复杂，定位精度较差，且操作步骤繁琐，一般操作者难于有效使用；光学导航定位系统的操作主要集中在导航定位软件上，一般使用患者头部的核磁共振扫描图像来重建三维模型，然后利用光学导航系统实时跟踪经颅磁刺激线圈的位置，从而实现经颅磁刺激定位，其存在的缺点主要是缺乏患者的头皮形状信息，难于对经颅磁刺激线圈作进一步地精确定位，而且目前的光学导航定位系统的价格较为昂贵。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种经颅磁刺激导航系统，其用于经颅磁刺激线圈定位。所述经颅磁刺激导航系统包括：经颅磁刺激定位帽，磁共振成像系统及导航模块，所述经颅磁刺激定位帽具有多个无电极的定位标记点；所述磁共振成像系统扫描获得佩戴所述经颅磁刺激定位帽的患者的头部磁共振影像信息，并检测所述多个无电极的定位标记点；所述导航模块和所述磁共振成像系统连接，所述导航模块根据所述患者的头部磁共振影像信息和所述多个无电极的定位标记点分别构建内部坐标系和外部坐标系，并根据刺激靶点在所述内部坐标系和所述外部坐标系的相对位置关系确定经颅磁刺激线圈的定位信息。
本发明一较佳实施方式中，所述经颅磁刺激定位帽包括帽体及设置于所述帽体的松紧带，所述帽体设置有多条经度线、多条纬度线以及所述多个无电极的定位标记点，所述多条经度线和所述多条纬度线纵横分布于所述帽体，所述多个无电极的定位标记点根据10/20系统法分布于所述帽体。
本发明一较佳实施方式中，所述帽体为白色的具有弹性和硬度的网状结构，其设置有8～128个红色的所述无电极的定位标记点。
本发明一较佳实施方式中，所述多个无电极的定位标记点嵌设于所述帽体，每一所述无电极的定位标记点均为直径和厚度等于2～10mm的圆柱体，且由在磁共振扫描中高亮显示的材料制成。
本发明一较佳实施方式中，每一所述无电极的标记点均为直径和厚度都等于5mm的圆柱体，制作材料为甘油，并由聚对苯二甲酸类塑料红色薄膜包裹固定成型。
本发明一较佳实施方式中，所述多条经度线包括从鼻根点沿鼻梁中心线连接至枕外隆突的中心经度线，所述多条纬度线包括连接左侧耳前、大脑顶点和右侧耳前三点的中心纬度线。
本发明一较佳实施方式中，所述帽体设置9条所述经度线、7条所述纬度线及64个所述无电极的定位标记点。
本发明一较佳实施方式中，所述导航模块包括磁共振影像处理单元和导航计算单元，所述磁共振影像处理单元和所述导航计算单元相连接，所述磁共振影像处理单元根据所述患者头部磁共振影像信息进行影像数据处理，所述导航计算单元根据所述磁共振影像处理单元的数据处理结果进行计算。
本发明一较佳实施方式中，所述经颅磁刺激导航系统进一步包括图形用户界面模块，所述图形用户界面模块双向交互连接于所述磁共振成像系统及所述导航模块。
本发明另外提供一种采用上述经颅磁刺激导航系统的经颅磁刺激线圈定位方法，所述经颅磁刺激线圈定位方法包括如下步骤：
S1：所述磁共振成像系统扫描获得佩戴所述经颅磁刺激定位帽的患者的头部磁共振影像信息，并检测所述多个无电极的定位标记点；
S2：所述导航模块根据所述患者的头部磁共振影像信息和所述多个无电极的定位标记点分别构建内部坐标系和外部坐标系；
S3：所述导航模块计算刺激靶点在所述内部坐标系中的内部坐标；S4：所述导航模块计算所述内部坐标在所述外部坐标系中对应的外部坐标；及
S5：所述导航模块根据所述外部坐标确定经颅磁刺激线圈的定位信息。
本发明一较佳实施方式中，所述经颅磁刺激线圈的定位信息包括放置经颅磁刺激线圈的位置和角度。
本发明一较佳实施方式中，S1步骤中，检测所述多个无电极的定位标记点时，进一步包括以下步骤：
S11、对佩戴所述经颅磁刺激定位帽的患者进行头部磁共振扫描，获得并读入所述患者的头部磁共振影像；
S12、采用三维“高帽”算法对所述患者的头部磁共振影像的表面顶部区域进行标记点搜索，并保存所有满足条件的标记点的邻域；
S13、采用基于判据的排除算法筛选获得的所述标记点，并根据所述无电极的定位标记点的已知几何形状、相对位置关系和纹理特征对所述标记点进行过滤删除；
S14、根据所述无电极的定位标记点的已知三维形状，使用条件膨胀法进行标记点的邻域恢复；及
S15、计算所述无电极的定位标记点的中心坐标，输出所述无电极的定位标记点的中心坐标并叠加显示于三维磁共振图像。
本发明一较佳实施方式中，所述标记点包括神经解剖学标记点和所述多个无电极的定位标记点。
本发明一较佳实施方式中，S11步骤中共获得128个标记点的邻域。
本发明一较佳实施方式中，S12步骤中所述预定条件包括标记点的灰度值、标记点的所在区域及标记点的分布方式。
本发明一较佳实施方式中，S12步骤中最终得到标示64个所述无电极的定位标记点的图像。
本发明一较佳实施方式中，S2步骤中，所述导航模块根据所述多个无电极的定位标记点构建外部坐标系时，进一步包括以下步骤：
S21、根据灰度值差异检测所述多个无电极的定位标记点的边界；S22、将所述多个无电极的定位标记点的坐标转换到三维空间；
S23、根据设定的所述无电极的定位标记点的半径和相对位置关系，得到每一所述无电极的定位标记点的中心坐标；及
S24、筛选出真正的无电极的定位标记点，并经过层间轮廓线的生成和三维表面重建，构建对应患者头皮三维数字模型的所述外部坐标系。
相较于现有技术，本发明提供的经颅磁刺激导航系统基于磁共振成像系统获取的患者头部磁共振影像信息，利用导航模块构建内部坐标系(对应患者内部脑结构和脑功能区域)，并利用磁共振成像系统检测的经颅磁刺激定位帽中多个无电极的定位标记点，由导航模块构建外部坐标系(对应患者外部头皮信息)，再由导航模块根据所述内部坐标系和所述外部坐标系的相对位置关系确定经颅磁刺激线圈的定位信息，由此，可以充分整合患者头皮外形、脑解剖结构和脑功能区域的信息，并结合医生的判断，精确地对经颅磁刺激线圈进行定位。同时，所述经颅磁刺激导航系统易于实现，且操作简单，可有效降低整体成本。此外，本发明提供的采用所述经颅磁刺激导航系统的经颅磁刺激线圈定位方法的步骤简单，易于医生掌握、并有效地实现操作。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的经颅磁刺激导航系统的组成示意图。
图2为图1所示经颅磁刺激导航系统的经颅磁刺激定位帽的示意图。
图3为图2所示经颅磁刺激定位帽的俯视图。
图4为图2所示经颅磁刺激定位帽设置9条经度线、7条纬度线及64个无电极的定位标记点的示意图。
图5为本发明第二实施例提供的采用图1所示经颅磁刺激导航系统的经颅磁刺激线圈定位方法。
图6为图5所示经颅磁刺激线圈定位方法中步骤S1检测所述多个无电极的标记点的具体工作流程图。
图7为图5所示经颅磁刺激线圈定位方法中步骤S2构建外部坐标系的具体工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种经颅磁刺激导航系统1，其用于经颅磁刺激线圈定位，所述经颅磁刺激导航系统1包括经颅磁刺激定位帽10、磁共振成像系统20及导航模块30。所述经颅磁刺激定位帽10用于辅助定位，由患者佩戴于头部；所述磁共振成像系统20用于对佩戴所述经颅磁刺激定位帽10的患者进行磁共振扫描，以获取相关影像信息，供医生确定经颅磁刺激线圈的刺激靶点；所述导航模块30和所述磁共振成像系统20连接，用于根据所述磁共振成像系统20获得的相关影像信息进行处理并确定经颅磁刺激线圈的定位信息。
请参阅图2，所述经颅磁刺激定位帽10包括帽体11和设置于所述帽体11的松紧带13。所述帽体11设置有多条经度线111、多条纬度线113以及多个无电极的定位标记点115，所述多条经度线111和所述多条纬度线113纵横分布于所述帽体11，所述多个无电极的定位标记点115根据10/20系统法(即国际脑电图学会标准电极放置法，ten-twentyelectrode system)分布于所述帽体11。
本实施例中，所述帽体11为白色的具有弹性和硬度的网状结构，其设置有8～128个红色的所述无电极的定位标记点115，由此，便于在所述帽体11上突显所述多个无电极的定位标记点115。所述松紧带13设置于帽体11的外边缘，用于调节所述经颅磁刺激定位帽10的佩戴松紧度。所述多条经度线111间隔分布，所述多条纬度线113间隔分布；所述多条经度线111包括从鼻根点(Nasion)沿鼻梁中心线连接至枕外隆突(Inion)的中心经度线1110，所述多条纬度线113包括连接左侧耳前、大脑顶点和右侧耳前三点的中心纬度线1130。所述多个无电极的定位标记点115嵌设于所述帽体11，每一所述无电极的定位标记点115均为直径和厚度等于2～10mm的圆柱体，且由在磁共振扫描中高亮显示的材料制成。本实施例中，每一所述无电极的标记点115均为直径和厚度都等于5mm的圆柱体，制作材料为甘油，并由聚对苯二甲酸类塑料(Polyethylene terephthalate，PET)红色薄膜包裹固定成型。
可以理解的是，所述中心经度线1110和所述中心纬度线1130相交于一点，即对应于头部中央点。
请参阅图3，具体地，根据10/20系统法，所述多个无电极的定位标记点115的设置方式如下：1、在所述中心经度线1110上，由鼻根点至枕外隆突分布五个所述无电极的定位标记点115，依次对应头部额极中点、额中点、中央点、顶点和枕点，其中，额极中点至鼻根点的距离和枕点至枕外隆突的距离各所述中心经度线1110全长的10％，其余各点均以所述中心经度线1110全长的20％相隔。2、在所述中心纬度线1130的左右两侧对称分布四个所述无电极的定位标记点115，依次对应头部左颞中、右颞中、左中央和右中央，其中左颞中至左耳前点的距离和右颞中至右耳前点的距离各占所述中心纬度线1130全长的10％，其余各点(包括中央点)均以所述中心纬度线1130全长的20％相隔。3、从额极中点起分别通过左颞中和右颞中至枕点的两条经度线111上，由额极中点至枕点对称地标出左额极和右额极、左前颞和右前颞、左后颞和右后颞、左枕和右枕，其中左额极和右额极点至额极中点的距离与左枕和右枕至枕点的距离各占对应的所述经度线111全长的10％，其余各点(包括左颞中、右颞中)均以对应的所述经度线111全长的20％相隔。
优选地，除鼻根点、枕外隆突、左侧耳前和右侧耳前四个神经解剖学定位标记点以外，所述帽体设置9条所述经度线111、7条所述纬度线113及64个所述无电极的定位标记点，如图4所示。
本实施例中，所述帽体11的左右侧分别设有一个对应耳朵的耳孔117，以便于患者佩戴所述经颅磁刺激定位帽10，如图2所示。
所述磁共振成像系统20扫描获得佩戴所述经颅磁刺激定位帽10的患者的头部磁共振影像信息，并检测所述多个无电极的定位标记点115。
本实施例中，所述磁共振成像系统20为1.5T核磁共振成像系统，当然，并不局限于本实施例，所述磁共振成像系统20也可以为小型核磁共振成像系统或0.35T核磁共振成像系统。
所述导航模块30根据所述患者的头部磁共振影像信息和所述多个无电极的定位标记点分别构建内部坐标系和外部坐标系，并根据所述内部坐标系和所述外部坐标系的相对位置关系确定经颅磁刺激线圈的定位信息。本实施例中，所述导航模块30包括磁共振影像处理单元31和导航计算单元33，所述磁共振影像处理单元31和所述导航计算单元33相连接，所述磁共振影像处理单元31根据所述患者头部磁共振影像信息进行影像数据处理，主要包括：磁共振图像获取、图像分割、三维图像重建、经颅磁刺激定位帽的无电极的定位标记点115检测、确定刺激靶点和构建三维模型等；所述导航计算单元33根据所述磁共振影像处理单元31的数据处理结果进行计算，如计算神经解剖学定位标记点以构建内部坐标系，或计算所述无电极的定位标记点115以构建外部坐标系。
所述导航模块30从所述磁共振成像系统20获取患者的头部磁共振影像信息后，三维重建出患者的头部三维模型，即所述内部坐标系，同时进行头部表面绘制。所述导航模块30检测识别出磁共振影像中所述经颅磁刺激定位帽10的64个无电极的定位标记点115的坐标，并构建出患者的头皮三维模型，即所述外部坐标系。操作者(医生)根据自身的专业知识，在所述患者的头部三维模型上确定经颅磁刺激线圈的刺激靶点。所述导航模块30计算所述刺激靶点在所述内部坐标系中的内部坐标，以及所述刺激靶点和其周围所述无电极的定位标记点115的距离及方位信息，即计算所述刺激靶点对应的所述内部坐标在所述外部坐标系中的外部坐标。操作者根据所述导航模块30计算获得的信息提示及所述经颅磁刺激定位帽10的经度线111和纬度线113，即可快捷准确地对经颅磁刺激线圈进行定位，并相应地进行后续的经颅磁刺激治疗。
具体地，所述导航模块30的工作流程主要包括以下步骤：
首先，加载所述磁共振成像系统20所获取的患者的头部磁共振图像，对所述磁共振图像中的脑部功能区域进行勾画和分割，对分割的所述磁共振图像进行三维重建，建立内部坐标系；同时，操作者(医生)根据所述患者的头部磁共振图像，在磁共振影像T1加权图像上确定经颅磁刺激的脑部功能区域，即确定刺激靶点。
然后，根据所述磁共振成像系统20检测的所述经颅磁刺激定位帽10的无电极的定位标记点115，计算所述无电极的定位标记点115的坐标，构建外部坐标系，重建被试者的头部外形三维模型。
其后，所述导航模块30计算所述刺激靶点在所述内部坐标系中的内部坐标。
再次，所述导航模块30计算所述内部坐标映射于所述外部坐标系的外部坐标，以及相对于周围无电极的定位标识点115、经度线111和纬度线113的位置。
最后，所述导航模块30计算经颅磁刺激线圈的角度和作用深度，并进行导航定位操作。
进一步地，所述经颅磁刺激导航系统1包括图形用户界面(GraphicalUser Interface，GUI)模块40，所述图形用户界面模块40双向交互连接于所述磁共振成像系统20及所述导航模块30，即所述图形用户界面模块40分别与所述磁共振成像系统20及所述导航模块30实现双向通讯连接，由此，操作者一方面可以通过所述图形用户界面模块40获取相关信息，另一方面可以通过所述图形用户界面模块40进行相应的输入操作。
可以理解的是，所述图形用户界面模块40可以包括显示系统(如显示屏或触控屏)、鼠标和键盘等外部设备。
请参阅图5，本发明第二实施例提供一种采用所述经颅磁刺激导航系统1的经颅磁刺激线圈定位方法，所述经颅磁刺激线圈定位方法包括如下步骤：
S1：所述磁共振成像系统20扫描获得佩戴所述经颅磁刺激定位帽10的患者的头部磁共振影像信息，并检测所述多个无电极的定位标记点115。
佩戴所述经颅磁刺激定位帽10时，先确定患者头部的鼻根点、枕外隆突、左侧耳前和右侧耳前四个神经解剖学定位标记点。
可以理解的是，患者佩戴所述经颅磁刺激定位帽10时，需要调整所述帽体11的位置，并调节所述松紧带13的松紧度，以使所述经颅磁刺激定位帽10的中心经度线1110与鼻根点至枕外隆突的连线重合，中心纬度线1130与双侧耳前连线重合。同时，佩戴所述经颅磁刺激定位帽10时，可以使所述帽体11尽量平滑地贴合患者头皮，即使所述多个无电极的定位标记点115贴合患者头皮，并尽量避免所述多条经度线111和所述多条纬度线113出现弯折，使所述多条经度线111之间距离均匀、所述多条纬度线113之间距离均匀。
请参阅图6，所述多个无电极的定位标记点115的检测时，进一步包括以下步骤：
S11、对佩戴所述经颅磁刺激定位帽10的患者进行头部磁共振扫描，获得并读入所述患者的头部磁共振影像。
S12、采用三维“高帽”(Top-Hat)算法对所述患者的头部磁共振影像的表面顶部区域进行标记点搜索，并保存所有满足预定条件的标记点的邻域，共获取128个标记点的邻域。
所述预定条件主要包括：1)标记点的灰度值，可根据实际设置为某一范围，本实施例中，由甘油制作的所述无电极的标记点115在所述磁共振成像系统20中进行磁共振扫描时，其灰度值为一个确定的范围；2)标记点的所在区域，本实施例中，标记点须处于患者头部上部包含头皮的区域内；3)标记点的分布方式，本实施例中，标记点须是离散有序排列的。
采用三维“高帽”(Top-Hat)算法对所述患者的头部磁共振影像的表面顶部区域进行标记点搜索时，只要所扫描的标记点满足所述预定条件，即被获取。
所述标记点包括神经解剖学标记点，如鼻根点，枕外隆突、双侧耳前作为头部神经解剖学定位标记点、前连合(Anterior Commissure，AC)、后连合(Posterior Commissure，PC)，以及所述多个无电极的定位标记点115。
S13、采用基于判据的排除算法筛选获得的所述标记点，并根据所述无电极的定位标记点115的已知几何形状、相对位置关系和纹理特征对所述标记点进行过滤删除，最终得到标示64个所述无电极的定位标记点115的图像。
本实施例中，筛选获得的所述标记点时，主要依据：1)相邻标记点的相互距离，本实施例中，要求相邻标记点的相互距离小于所述经颅磁刺激定位帽10上相邻无电极的定位标记点115的最大空间距离，而大于所述经颅磁刺激定位帽10上相邻无电极的定位标记点115的最小空间距离，其他不满足要求的标记点则去除；2)标记点的分布方式，本实施例中，要求标记点是均匀离散有序分布的，由此，筛选保留的标记点与所述经颅磁刺激定位帽10上无电极的定位标记点115的分布相接近。
S14、根据所述无电极的定位标记点115的已知三维形状，使用条件膨胀法进行标记点的邻域恢复。
所述条件膨胀法即形态学的条件膨胀法(Conditional Dilation)，也称为形态领域恢复法(Morphological Reconstruction)。
S15、计算所述无电极的定位标记点115的中心坐标，输出所述无电极的定位标记点115的中心坐标并叠加显示于三维磁共振图像。
由此，即完成所述无电极的定位标记点115的检测。
S2：所述导航模块30根据所述患者的头部磁共振影像信息和所述多个无电极的定位标记点115分别构建内部坐标系和外部坐标系。
所述导航模块30根据所述磁共振成像系统20扫描获得的所述患者的头部磁共振影像信息，即利用患者的大脑解剖结构和脑功能区域信息构建患者头部的内部三维模型，即所述内部坐标系，可以理解，所述内部坐标系对应着患者的大脑解剖结构和脑功能区域。
所述导航模块30根据所述磁共振成像系统20检测获得的述多个无电极的定位标记点115的信息，构建患者头部的外部三维模型，即所述外部坐标系，由于所述帽体11平滑地贴合于患者头皮，因此可以理解，所述外部坐标系即对应着患者的头皮外形。
请参阅图7，进一步地，所述导航模块30根据所述多个无电极的定位标记点115构建外部坐标系时，包括以下步骤：
S21、根据灰度值差异检测所述多个无电极的定位标记点115的边界。
在检测获得的磁共振影像T1加权图像上，所述多个无电极的定位标记点115为高信号，呈高亮状态。
S22、将所述多个无电极的定位标记点115的坐标转换到三维空间。
S23、根据设定的所述无电极的定位标记点115的半径和相对位置关系，得到每一所述无电极的定位标记点115的中心坐标。
S24、筛选出真正的无电极的定位标记点115，并经过层间轮廓线的生成和三维表面重建，构建对应患者头皮三维数字模型的所述外部坐标系。
可以理解的是，所述外部坐标系直接表征了患者头皮外形信息。
S3：所述导航模块30计算刺激靶点在所述内部坐标系中的内部坐标。
所述导航模块30依据操作者确定的对应着患者头部的大脑解剖结构和脑功能区域的刺激靶点，计算所述刺激靶点在所述内部坐标系中的内部坐标，可以理解，所述内部坐标即对应着患者头部的大脑解剖结构和脑功能区域。
S4：所述导航模块30计算所述内部坐标在所述外部坐标系中对应的外部坐标；
根据所述内部坐标系和所述外部坐标系之间的相对位置关系，所述导航模块30计算所述内部坐标到所述外部坐标系中的外部坐标，所述外部坐标即为对应着患者头部的大脑解剖结构和脑功能区域的刺激靶点对应于患者头皮外形的具体位置。
S5：所述导航模块30根据所述外部坐标确定经颅磁刺激线圈的定位信息。
可以理解的是，所述经颅磁刺激线圈的定位信息包括放置经颅磁刺激线圈的位置和角度。由此，操作者即可根据所述经颅磁刺激线圈的定位信息移动经颅磁刺激线圈，使所述经颅磁刺激线圈精确地定位于患者头皮外形的具体位置。
相较于现有技术，本发明提供的经颅磁刺激导航系统1基于磁共振成像系统20获取的患者头部磁共振影像信息，利用导航模块30构建内部坐标系(对应患者内部脑结构和脑功能区域)，并利用磁共振成像系统20检测的经颅磁刺激定位帽10中多个无电极的定位标记点115，由导航模块30构建外部坐标系(对应患者外部头皮信息)，再由导航模块30根据所述内部坐标系和所述外部坐标系的相对位置关系确定经颅磁刺激线圈的定位信息，由此，可以充分整合患者头皮外形、脑解剖结构和脑功能区域的信息，并结合医生的判断，精确地对经颅磁刺激线圈进行定位。同时，所述经颅磁刺激导航系统1易于实现，且操作简单，可有效降低整体成本。此外，本发明提供的采用所述经颅磁刺激导航系统1的经颅磁刺激线圈定位方法的步骤简单，易于医生掌握、并有效地实现操作。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (14)
1.一种经颅磁刺激导航系统，其用于经颅磁刺激线圈定位，其特征在于：所述经颅磁刺激导航系统包括：
经颅磁刺激定位帽，其具有多个无电极的定位标记点，所述定位帽的帽体设置有若干经度线和若干纬度线，所述经度线和所述纬度线纵横分布于所述帽体，所述多个无电极的定位标记点根据10/20系统法分布于所述帽体；
磁共振成像系统，所述磁共振成像系统扫描获得佩戴所述经颅磁刺激定位帽的患者的头部磁共振影像信息，并检测所述多个无电极的定位标记点；及
导航模块，其和所述磁共振成像系统连接，所述导航模块根据所述患者的头部磁共振影像信息和所述多个无电极的定位标记点分别构建内部坐标系和外部坐标系，并根据刺激靶点在所述内部坐标系和所述外部坐标系的相对位置关系确定经颅磁刺激线圈的定位信息；所述导航模块包括磁共振影像处理单元和导航计算单元，所述磁共振影像处理单元和所述导航计算单元相连接，所述磁共振影像处理单元根据患者头部磁共振影像信息进行影像数据处理，所述导航计算单元根据所述磁共振影像处理单元的数据处理结果进行计算。
2.如权利要求1所述的经颅磁刺激导航系统，其特征在于，所述帽体为白色的具有弹性和硬度的网状结构，其设置有8～128个红色的所述无电极的定位标记点。
3.如权利要求1所述的经颅磁刺激导航系统，其特征在于，所述多个无电极的定位标记点嵌设于所述帽体，每一所述无电极的定位标记点均为直径和厚度等于2～10mm的圆柱体，且由在磁共振扫描中高亮显示的材料制成。
4.如权利要求3所述的经颅磁刺激导航系统，其特征在于，每一所述无电极的标记点均为直径和厚度都等于5mm的圆柱体，制作材料为甘油，并由聚对苯二甲酸类塑料红色薄膜包裹固定成型。
5.如权利要求1所述的经颅磁刺激导航系统，其特征在于，所述多条经度线包括从鼻根点沿鼻梁中心线连接至枕外隆突的中心经度线，所述多条纬度线包括连接左侧耳前、大脑顶点和右侧耳前三点的中心纬度线。
6.如权利要求2所述的经颅磁刺激导航系统，其特征在于，所述帽体设置9条所述经度线、7条所述纬度线及64个所述无电极的定位标记点。
7.如权利要求1所述的经颅磁刺激导航系统，其特征在于，所述导航模块包括磁共振影像处理单元和导航计算单元，所述磁共振影像处理单元和所述导航计算单元相连接，所述磁共振影像处理单元根据所述患者头部磁共振影像信息进行影像数据处理，所述导航计算单元根据所述磁共振影像处理单元的数据处理结果进行计算。
8.如权利要求1所述的经颅磁刺激导航系统，其特征在于，所述经颅磁刺激导航系统进一步包括图形用户界面模块，所述图形用户界面模块双向交互连接于所述磁共振成像系统及所述导航模块。
9.一种采用如权利要求1～8任一项所述的经颅磁刺激导航系统的经颅磁刺激线圈定位方法，其特征在于：所述经颅磁刺激线圈定位方法包括如下步骤：
S1：所述磁共振成像系统扫描获得佩戴所述经颅磁刺激定位帽的患者的头部磁共振影像信息，并检测所述多个无电极的定位标记点；
所述S1步骤中，检测所述多个无电极的定位标记点时，进一步包括以下步骤：
S11、对佩戴所述经颅磁刺激定位帽的患者进行头部磁共振扫描，获得并读入所述患者的头部磁共振影像；
S12、采用三维“高帽”算法对所述患者的头部磁共振影像的表面顶部区域进行标记点搜索，并保存所有满足预定条件的标记点的邻域；
S13、采用基于判据的排除算法筛选获得的所述标记点，并根据所述无电极的定位标记点的已知几何形状、相对位置关系和纹理特征对所述标记点进行过滤删除；
S14、根据所述无电极的定位标记点的已知三维形状，使用条件膨胀法进行标记点的邻域恢复；及
S15、计算所述无电极的定位标记点的中心坐标，输出所述无电极的定位标记点的中心坐标并叠加显示于三维磁共振图像；
S2：所述导航模块根据所述患者的头部磁共振影像信息和所述多个无电极的定位标记点分别构建内部坐标系和外部坐标系；
所述S2步骤中，所述导航模块根据所述多个无电极的定位标记点构建外部坐标系时，进一步包括以下步骤：
S21、根据灰度值差异检测所述多个无电极的定位标记点的边界；S22、将所述多个无电极的定位标记点的坐标转换到三维空间；
S23、根据设定的所述无电极的定位标记点的半径和相对位置关系，得到每一所述无电极的定位标记点的中心坐标；及
S24、筛选出真正的无电极的定位标记点，并经过层间轮廓线的生成和三维表面重建，构建对应患者头皮三维数字模型的所述外部坐标系；
S3：所述导航模块计算刺激靶点在所述内部坐标系中的内部坐标；
S4：所述导航模块计算所述内部坐标在所述外部坐标系中对应的外部坐标；及
S5：所述导航模块根据所述外部坐标确定经颅磁刺激线圈的定位信息。
10.如权利要求9所述的经颅磁刺激线圈定位方法，其特征在于，所述经颅磁刺激线圈的定位信息包括放置经颅磁刺激线圈的位置和角度。
11.如权利要求9所述的经颅磁刺激线圈定位方法，其特征在于，所述标记点包括神经解剖学标记点和所述多个无电极的定位标记点。
12.如权利要求9所述的经颅磁刺激线圈定位方法，其特征在于，S11步骤中共获得128个标记点的邻域。
13.如权利要求9所述的经颅磁刺激线圈定位方法，其特征在于，S12步骤中所述预定条件包括标记点的灰度值、标记点的所在区域及标记点的分布方式。
14.如权利要求9所述的经颅磁刺激线圈定位方法，其特征在于，S12步骤中最终得到标示64个所述无电极的定位标记点的图像。
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| CN104436443B (zh) * | 2014-11-20 | 2017-02-22 | 西安索立德医疗科技有限公司 | 一种脑皮质经颅磁刺激三维定位导航系统及导航方法 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101516444A (zh) * | 2006-09-13 | 2009-08-26 | 奈科斯迪姆公司 | 纠正导航脑刺激中显示的对象的坐标系配准中的错误的方法和装置 |
| CN101912668A (zh) * | 2010-07-26 | 2010-12-15 | 香港脑泰科技有限公司 | 一种导航经颅磁刺激治疗系统 |
| CN202105319U (zh) * | 2011-05-13 | 2012-01-11 | 武汉依瑞德医疗设备新技术有限公司 | 一种经颅磁场刺激定位帽 |
-
2012
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101516444A (zh) * | 2006-09-13 | 2009-08-26 | 奈科斯迪姆公司 | 纠正导航脑刺激中显示的对象的坐标系配准中的错误的方法和装置 |
| CN101912668A (zh) * | 2010-07-26 | 2010-12-15 | 香港脑泰科技有限公司 | 一种导航经颅磁刺激治疗系统 |
| CN202105319U (zh) * | 2011-05-13 | 2012-01-11 | 武汉依瑞德医疗设备新技术有限公司 | 一种经颅磁场刺激定位帽 |
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