CN104524695A - 一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，包括：分别选取标准头和个体头的标志点；进行标准头头皮及颅骨缩放，获得第一头模型；进行颅骨和脑脊液厚度的测量；对第一头模型颅骨进行缩放获得第二头模型；对第二头模型的脑进行缩放，获得个体头模型。本发明的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，提出了使用个体颅骨和脑脊液厚度的方法校正标准头，能最大程度上实现标准头与个体化头的匹配。在利用TMS进行相关脑科学研究时，本发明的方法较目前常规的盲刺激方法在定位上更加精确，较基于个体MRI的导航设备，所需的成本价格更加低廉、操作更加简便。本发明为TMS精确有效刺激目标靶点提供了新的思路，在一定程度上能促进TMS的发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种建立标准头的缩放方法。特别是涉及一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法。
背景技术
经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)是利用时变磁场作用于大脑皮层产生感应电流改变皮层神经细胞的动作电位，从而影响脑内代谢和神经电活动的生物刺激技术，具有无创、安全和靶向性的优点。TMS于1985年由Barker等人创立至今，极大的促进了对皮层兴奋性、感觉-运动相互作用、大脑可塑性等领域的了解。
而在TMS应用中，精确有效的刺激目标脑区是TMS发挥预期作用的关键技术之一。针对目标脑区的刺激，最初，刺激部位的选择主要依据操作者所具备的解剖学知识确定，处于盲刺激状态，这种方式使预期刺激靶点与实际刺激靶点误差往往较大。在这种背景下，BrainSight公司研制了一套基于神经导航的定位系统，其可以通过扫描个体的MRI或CT图像进行三维头模重建，实现可视化的脑刺激，使TMS的应用精度得到了很大的提高。但是，针对以上两种TMS定位方式，前者操作简便，但是精度较低，很容易刺激到大脑的非靶点区域。后者能精度定位TMS刺激靶点，但是需要扫描个体MRI或CT脑图像，需要三维重建脑模型，操作复杂，成本较高。而目前，已有使用标准头MRI图像进行TMS，这一方面提高了盲刺激的精度，而另一方面不用扫描个体的MRI，简化了操作，降低了成本。但是由于不同个体的头部结构差异较大，标准头并没有充分考虑个体头的形状、结构等特点，仍存在很大的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种考虑到不同个体之间的颅骨和脑脊液厚度的差异，对标准头进行校正，优化标准头，使标准头更加适用于个体，从而使用简单的方法优化TMS的靶点定位和有效刺激量的基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法。
本发明所采用的技术方案是：一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，包括如下步骤：
1)分别选取标准头和个体头的标志点；
2)进行标准头头皮及颅骨缩放，获得第一头模型；
3)进行颅骨和脑脊液厚度的测量；
4)对第一头模型颅骨进行缩放获得第二头模型；
5)对第二头模型的脑进行缩放，获得个体头模型。
步骤1)所述的标准头采用蒙特利尔神经科学研究所MRI影像标准头模板。
步骤1)所述标准头和个体头的标志点的选取是：根据国际标准脑电图10-20系统进行头部标志点的选取，根据精度的要求，分别为32个或64个或256个或512个以上的标志点。
步骤2)所述的标准头头皮层及颅骨缩放，获得的头模型为第一头模型，具体：
(1)分别将标准头和个体头的左右耳垂之间连线、鼻尖与枕骨隆突之间的连线，两条线的交点确定为Oz；
(2)分别测量个体头每个标志点与Oz之间的距离，并逐一在标准头的MRI图像上进行标注；
(3)针对标准头上所标注的个体头标志点，对标准头的头皮及颅骨进行缩放；
(4)对图像进行平滑和滤波处理，获得第一头模型。
步骤3)所述的颅骨和脑脊液厚度的测量，包括个体头颅骨和脑脊液厚度的测量以及第一头模型颅骨和脑脊液厚度的测量，个体头颅骨和脑脊液厚度的测量具体方法为：针对个体头上的各个标志点，采用A超诊断仪测量个体头颅骨的厚度和脑脊液的厚度，A超诊断仪的发射频率为1MHz；第一头模型颅骨和脑脊液的测量是在MRI影像上直接测量实现。
步骤4)所述的对第一头模型颅骨进行缩放获得第二头模型，具体为：
(1)依据步骤3)测得的个体头颅骨厚度，对第一头模型进行颅骨的缩放；
(2)对第一头模型进行图像平滑和滤波处理，获得第二头模型。
步骤5)所述的对第二头模型的脑进行缩放，获得个体脑模型，具体为：
(1)依据步骤3)测得的个体头脑脊液厚度，对第二头模型进行脑缩放；
(2)对第二头模型的脑组织进行图像平滑和滤波处理，获得个体头模型。
所述缩放的具体方法：
(1)设定个体头上每一个标志点处：头皮层和颅骨的厚度D1、颅骨的厚度D2、脑脊液的厚度D3，标准头上每一个标志点处：头皮层和颅骨的厚度d1、颅骨的厚度d2、脑脊液的厚度d3：
(2)如果Dj>dj，j＝1或2或3，则执行图像膨胀运算；
(3)如果Dj<dj，j＝1或2或3，则执行图像腐蚀运算。
所述的图像平滑采用曲线拟合方式，其中曲线类型是根据所需模型的精度要求进行选择，包括有线性拟合方式或二次曲线拟合，所述的滤波是采用中值滤波或均值滤波方式。
本发明的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，提出了使用个体颅骨和脑脊液厚度的方法校正标准头，能最大程度上实现标准头与个体化头的匹配。在利用TMS进行相关脑科学研究时，本发明的方法较目前常规的盲刺激方法在定位上更加精确，较基于个体MRI的导航设备，所需的成本价格更加低廉、操作更加简便。本发明为TMS精确有效刺激目标靶点提供了新的思路，在一定程度上能促进TMS的发展。
附图说明
图1是本发明基于头部厚度测量的标准头缩放方法的流程图；
图2是标准头和个体头标识点的选取图；
图3是个体头各标识点与Oz点相对位置确定图；
图中：
1：个体头 2：标准头
3：尺子 4：鼻根
5：枕骨隆突
图4是本发明中缩放方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法做出详细说明。
本发明的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，是依据个体之间的颅骨和脑脊液厚度差异很大，而相比与其他头部组织，颅骨与脑之间的脑脊液层电导率较高，用经颅磁刺激时诱导的电场受脑脊液的影响较大。通过低频发射的A超测量多点颅骨和脑脊液厚度，依据个体头的信息对标准头进行缩放运算，建立具有个体头信息的头模型，实现个体化的TMS刺激，该方法操作简单方便，价格低廉，能有效提高TMS的刺激精度。
如图1所示，本发明的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，包括分别对标准头(Head)和个体头标志点的选取，对标准头头皮和颅骨进行缩放获得第一头模型，对第一头模型和个体头的颅骨和脑脊液厚度进行测量，对第一头模型颅骨进行缩放获得第二头模型，对第二头模型的脑进行缩放，从而获得个体头模型。
本发明的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，包括如下步骤：
1)分别选取标准头(Head)和个体头的标志点；
所述的标准头采用蒙特利尔神经科学研究所(MNI))MRI影像标准头模板。所述标准头(Head)和个体头的标志点的选取是：根据国际标准脑电图10-20系统进行头部标志点的选取，根据精度的要求，分别为32个或64个或256个或512个以上的标志点。
如图2所示为32个标志点的位置示意图。国际标准脑电图10-20系统为目前脑电采集中常采用的公知标准，该标准能通过测量鼻根与枕骨隆突的连线以及左右耳垂的连线，唯一的确定脑电采集中各导联的位置，这些位置较全面的覆盖了整个头部区域，因此，将这些导联的位置作为本发明专利的标志点位置。本发明专利中，采用较少数量的标志点，操作过程所用的时间较少，但是以标准头所获得的个体头的精度越差；相反，采用较多数量的标志点，以标准头所获得的个体头的精度越高，但是操作过程所用的时间较长。根据实验要求，选取合适数量的标志点。
2)进行标准头(Head)头皮及颅骨缩放，获得第一头模型；具体：
(1)将标准头的左右耳垂之间连线、鼻尖与枕骨隆突之间的连线，两条线的交点确定为Oz；将个体头的左右耳垂之间连线、鼻尖与枕骨隆突之间的连线，两条线的交点确定为Oz
(2)分别测量个体头每个标志点与Oz之间的距离，并逐一在标准头的MRI图像上进行标注；
以Fz导联为例(标准头标识为Fzc，个体头标识为Fzi)，如图3所示，所用工具为两把尺子，一把尺子水平放置，末端与Ozi对齐，另外一把尺寸垂直放置，末端与Fzi相接，记录此时两把尺子交点的刻度值(Xi，Yi)，如图3(个体头)所示；在标准头上，找出距离Ozc为Xi的点，并沿该点向下Yi距离，该点为Fzi，将其标识在标准头模型上，如图3(标准头)所示。针对个体头其他所有标识点，利用相同的方法在标准头上进行标识。
(3)针对标准头上所标注的个体头标志点，对标准头的头皮及颅骨进行缩放；
(4)对图像进行平滑和滤波处理，获得第一头模型。
3)进行颅骨和脑脊液厚度的测量；
所述的颅骨和脑脊液厚度的测量，包括个体头颅骨和脑脊液厚度的测量以及第一头模型颅骨和脑脊液厚度的测量，个体头颅骨和脑脊液厚度的测量具体方法为：针对个体头上的各个标志点，采用A超诊断仪测量个体头颅骨的厚度和脑脊液的厚度，A超诊断仪的发射频率为1MHz；第一头模型颅骨和脑脊液的测量是在MRI影像上直接测量实现。
4)对第一头模型颅骨进行缩放获得第二头模型；
所述的对第一头模型颅骨进行缩放获得第二头模型，具体为：
(1)依据步骤3)测得的个体头颅骨厚度，对第一头模型进行颅骨的缩放；
(2)对第一头模型进行图像平滑和滤波处理，获得第二头模型。
5)对第二头模型的脑进行缩放，获得个体头模型。
如图4所示，所述的对第二头模型的脑进行缩放，获得个体脑模型，具体为：
(1)依据步骤3)测得的个体头脑脊液厚度，对第二头模型进行脑缩放；
(2)对第二头模型的脑组织进行图像平滑和滤波处理，获得个体头模型。
本发明中步骤2)、步骤4)和步骤5)中所述缩放的具体方法是：
(1)设定个体头上每一个标志点处：头皮层和颅骨的厚度D1、颅骨的厚度D2、脑脊液的厚度D3，标准头上每一个标志点处：头皮层和颅骨的厚度d1、颅骨的厚度d2、脑脊液的厚度d3：
(2)如果Dj>dj，j＝1或2或3，则执行图像膨胀运算；
(3)如果Dj<dj，j＝1或2或3，则执行图像腐蚀运算。
本发明中步骤2)、步骤4)和步骤5)中所述的图像平滑采用曲线拟合方式，其中曲线类型可根据所需模型的精度要求进行选择，如线性拟合方式、二次曲线拟合方式等，所述的滤波是采用中值滤波或均值滤波方式。
本发明的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，对个体头颅骨及脑脊液厚度进行了考虑，对标准头模型依据个体头的信息进行了缩放校正，较大程度上修正了个体头与标准头的差异，使在经颅磁刺激时，可以不扫描个体MRI影像，不用复杂的过程，使用该简便的方法便可完成较精确的刺激，为经颅磁刺激用于脑科学研究提供了一个手段。
Claims (9)
1.一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)分别选取标准头和个体头的标志点；
2)进行标准头头皮及颅骨缩放，获得第一头模型；
3)进行颅骨和脑脊液厚度的测量；
4)对第一头模型颅骨进行缩放获得第二头模型；
5)对第二头模型的脑进行缩放，获得个体头模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，其特征在于，步骤1)所述的标准头采用蒙特利尔神经科学研究所MRI影像标准头模板。
3.根据权利要求1所述的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，其特征在于，步骤1)所述标准头和个体头的标志点的选取是：根据国际标准脑电图10-20系统进行头部标志点的选取，根据精度的要求，分别为32个或64个或256个或512个以上的标志点。
4.根据权利要求1所述的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，其特征在于，步骤2)所述的标准头头皮层及颅骨缩放，获得的头模型为第一头模型，具体：
(1)分别将标准头和个体头的左右耳垂之间连线、鼻尖与枕骨隆突之间的连线，两条线的交点确定为Oz；
(2)分别测量个体头每个标志点与Oz之间的距离，并逐一在标准头的MRI图像上进行标注；
(3)针对标准头上所标注的个体头标志点，对标准头的头皮及颅骨进行缩放；
(4)对图像进行平滑和滤波处理，获得第一头模型。
5.根据权利要求1所述的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，其特征在于，步骤3)所述的颅骨和脑脊液厚度的测量，包括个体头颅骨和脑脊液厚度的测量以及第一头模型颅骨和脑脊液厚度的测量，个体头颅骨和脑脊液厚度的测量具体方法为：针对个体头上的各个标志点，采用A超诊断仪测量个体头颅骨的厚度和脑脊液的厚度，A超诊断仪的发射频率为1MHz；第一头模型颅骨和脑脊液的测量是在MRI影像上直接测量实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，其特征在于，步骤4)所述的对第一头模型颅骨进行缩放获得第二头模型，具体为：
(1)依据步骤3)测得的个体头颅骨厚度，对第一头模型进行颅骨的缩放；
(2)对第一头模型进行图像平滑和滤波处理，获得第二头模型。
7.根据权利要求1所述的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，其特征在于，步骤5)所述的对第二头模型的脑进行缩放，获得个体脑模型，具体为：
(1)依据步骤3)测得的个体头脑脊液厚度，对第二头模型进行脑缩放；
(2)对第二头模型的脑组织进行图像平滑和滤波处理，获得个体头模型。
8.根据权利要求4或6或7所述的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，其特征在于，所述缩放的具体方法：
(1)设定个体头上每一个标志点处：头皮层和颅骨的厚度D1、颅骨的厚度D2、脑脊液的厚度D3，标准头上每一个标志点处：头皮层和颅骨的厚度d1、颅骨的厚度d2、脑脊液的厚度d3：
(2)如果Dj>dj，j＝1或2或3，则执行图像膨胀运算；
(3)如果Dj<dj，j＝1或2或3，则执行图像腐蚀运算。
9.根据权利要求4或6或7所述的一种基于头部厚度测量建立标准头的缩放方法，其特征在于，所述的图像平滑采用曲线拟合方式，其中曲线类型是根据所需模型的精度要求进行选择，包括有线性拟合方式或二次曲线拟合，所述的滤波是采用中值滤波或均值滤波方式。
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