CN106345062B - 一种基于磁共振成像的经颅磁刺激线圈定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于磁共振成像的经颅磁刺激线圈定位方法，步骤是：根据经颅磁刺激线圈需要定位的脑功能区，设置能得到显著效应的实验任务；采集待刺激者MRI结构像以及任务态fMRI图像；对任务态fMRI图像进行处理，得到相应任务态激活图；利用MRI结构像和任务态激活图，构建待刺激者大脑3D激活图，在该3D激活图上确定经颅磁刺激靶点，并标记该点坐标，另外在待刺激者头皮标记一个易于识别的参照点并记下坐标；根据刺激靶点坐标、参照点坐标和参照点位置，通过平移和映射即可获得刺激靶点映射至头皮的待刺激区域。本发明无需整合导航定位系统，无需佩戴定位帽，基于磁共振成像技术即可实现经颅磁刺激线圈定位，精确度高，操作简单，同时降低患者的医疗费用。
Description
技术领域
本发明涉及经颅磁刺激线圈定位方法技术领域，尤其涉及一种基于磁共振成像的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1995年由Barker等首先创立的一种无痛、无创的绿色治疗方法，是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统（主要是大脑），改变皮层神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理生化反应的磁刺激技术。近年来，TMS得到了广泛的应用，如对抑郁症、精神分裂症、帕金森等精神与神经性疾病的治疗；同时在神经康复学等领域也有很好的疗效，如脑卒中后运动功能障碍、脑卒中后失语等康复治疗。而在实际应用中，TMS线圈定位于脑功能区的准确性，是TMS疗效以及对TMS疗效评估的关键。目前，临床上有多种线圈定位方法，如传统脑电国际标准导联10-20系统定位方法或定位帽，该方法虽操作简单，但这种大致上确定刺激点的定位方法误差较大。随着技术的发展，神经导航系统与TMS结合，提高了TMS线圈定位的准确性，但在实际应用中，由于导航系统成本高，增加了医疗成本，限制了在临床的推广。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题而提供的一种基于磁共振成像的经颅磁刺激线圈定位方法，该方法无需整合导航定位系统，无需佩戴定位帽，基于磁共振成像技术即可实现经颅磁刺激线圈定位，精确度高，操作简单，同时降低患者的医疗费用。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种基于磁共振成像的经颅磁刺激线圈定位方法，包括以下具体步骤：
步骤1：根据经颅磁刺激线圈需要定位的脑功能区，设置能得到显著效应的实验任务；
步骤2：采集待刺激者MRI结构像以及任务态fMRI图像；
步骤3：对任务态fMRI图像进行处理，得到相应任务态激活图；
步骤4：利用MRI结构像和任务态激活图，构建待刺激者大脑3D激活图，在该3D激活图上确定经颅磁刺激靶点，并标记该点坐标，另外在待刺激者头皮标记一个易于识别的参照点并记下坐标；
步骤5：根据刺激靶点坐标、参照点坐标和参照点位置，通过平移和映射即可获得刺激靶点映射至头皮的待刺激区域。
作为优选，本发明进一步的技术方案是：
步骤1中，所述脑功能区为言语功能、运动功能、情感认知功能或学习记忆功能区；所述实验任务为词语复述任务、图片命名任务、词语联想任务、手指运动任务、握拳任务、情感认知任务或学习记忆任务。
步骤2中，所述采集待刺激者MRI结构像以及任务态fMRI图像，具体包括：
采集待刺激者静息状态下的MRI高分辨率结构像；
在实验任务呈现给待刺激者的同时进行磁共振扫描，得到任务态的fMRI图像。
步骤3中，所述对任务态fMRI图像进行处理包括数据预处理和数据分析，数据预处理是对所述fMRI图像进行时间校正、头动校正、fMRI图像与结构像进行配准、高斯平滑；数据分析是对所述预处理后的数据进行统计分析。
步骤4中，所述构建的待刺激者大脑3D激活图即为待刺激者真实脑空间图。
采用上述技术方案的本发明，相较于现有技术，其有益效果是：
（1）经颅磁刺激在实际应用中，针对的是脑功能区，本发明在磁共振成像技术的基础上，实现了精确地定位在脑功能区。
（2）相较于传统脑电国际标准导联10-20系统定位方法或定位帽，本发明所确定经颅磁刺激点的整个过程都是在个体可视结构图上进行，定位准确度高。
（3）本发明操作简单，易于实现，无需使用导航，大大降低了设备成本及患者的医疗成本。
附图说明
图1为本发明实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例中言语任务示意图；
图3为本发明经颅磁刺激靶点确定的示意图，并标记该点的坐标，记为点E(56 141149)；图中标记：XYZ坐标系，L:左，S:上，A:前，P:后；
图4为本发明在所述待刺激者头皮标记一个易于识别的参照点的示意图，记为点F(22 128 106)；图中标记：XYZ坐标系，L:左，S:上，A:前，P:后；
图5为本发明获得刺激靶点映射至头皮的待刺激区域的示意图；图中标记：XYZ坐标系。
具体实施方式
下面将结合附图通过具体实施例对本发明作进一步详细说明，以便同行业技术人员理解，但实施例不对本发明构成任何限制。
本发明提出一种基于磁共振成像的经颅磁刺激线圈定位方法。
参照图1，图1为本发明一种基于磁共振成像的经颅磁刺激线圈定位方法一实施例的流程示意图。
在本发明实施例中，一种基于磁共振成像的经颅磁刺激线圈定位方法，具体步骤包括：
步骤1：根据经颅磁刺激线圈需要定位的脑功能区，设置能得到显著效应的实验任务。
TMS在实际应用中，其线圈需要定位的脑功能区，包括言语功能、运动功能、情感认知功能或学习记忆功能区。只有TMS准确的作用于脑功能区，TMS刺激治疗才能实现很好的疗效，才能对TMS的疗效进行评估。因此，TMS治疗前需要功能定位，使用任务态的fMRI可以无损伤的实现大脑活动的功能定位。相应实验任务有词语复述任务、图片命名任务、词语联想任务、手指运动任务、握拳任务、情感认知任务或学习记忆任务。为了便于理解，本实施例中，以言语功能任务的设置为例，具体内容如下：
本实施例中，fMRI扫描时共进行两个言语任务（均为经典block设计，参照图2）：
（1）词语复述任务，材料选自Western Aphasia Battery和Boston DiagnosticAphasia Examination中复述部分的30个词语或短语，任务中要求待刺激者自然地闭上眼睛，认真听词，每听到一个词后要求复述一遍，过程如下：先是20s的十字注视点，随后5个实验组块和5个控制组块交替进行。对于实验组块，每个block伪随机出现6个词语，每个词从听再到复述为5s，每个block共30s。对于控制组块，每个block为20s的静息。
（2）图片命名任务（参考Martin et al.2009），图片选自S&V图片库中的54幅高频图片（Snodgrass&Vanderwart,1980）。过程如下，先是20s的十字注视点，随后9个实验组块和9个控制组块交替进行。对于实验组块，每个block伪随机出现6幅图片，每幅图片呈现4s，其后为1s的十字注视点，每个block共30s。要求待刺激者每看到一幅图片时，就对图片内容进行命名。对于控制组块，每个block为20s的黑色十字注视点，被试只需看着注视点，不用说话。
实验前对待刺激者进行任务练习，实验中有录音，实验后查听任务完成情况。
本实施例中采用E-prime2.0软件进行实验任务的编程。
步骤2：采集待刺激者MRI结构像以及任务态fMRI图像。
本实施例中，使用3T Trio Tim（Siemens, German）磁共振扫描仪，头颅12通道线圈，采集待刺激者MRI结构像以及任务态fMRI图像，具体包括：
本实施例中，采集待刺激者静息状态下的MRI高分辨率T1结构像，所选用成像序列为高分辨T1W序列。
在实验任务呈现给待刺激者的同时进行磁共振扫描，得到任务态的fMRI图像。本实施例中所述实验任务有词语复述任务和图片命名任务，实验任务程序由脑功能视听觉刺激装置呈现给待刺激者，采集任务态fMRI图像所选用的成像序列为T2 *W-EPI序列。
步骤3：对任务态fMRI图像进行处理，得到相应任务态激活图。
本实施例中，采用磁共振数据处理软件SPM8进行图像处理。处理过程包括数据预处理和数据分析。数据预处理主要对fMRI图像进行时间校正、头动校正、fMRI图像与结构像进行配准、高斯平滑；数据分析是对预处理后的数据进行统计分析，从而得到相应任务态激活图。
步骤4：利用MRI结构像和任务态激活图，构建待刺激者大脑3D激活图，在该3D激活图上确定经颅磁刺激靶点，并标记该点坐标，另外在待刺激者头皮标记一个易于识别的参照点并记下坐标。
本实施例中，为了便于理解，以待刺激者完成词语复述任务为例，具体如下：
（1）采用MRIcron软件，加入高分辨率T1结构像和词语复述任务相应激活图，从而构建出待刺激者大脑3D激活图，参照图3。
（2）由医生根据自身专业知识，在所述待刺激者大脑3D激活图上确定经颅磁刺激靶点，标记该点在MRIcron中坐标，为便于说明，本实施例中，记为点E（56 141 149），参照图3。
（3）在所述待刺激者头皮标记一个易于识别的参照点，标记该点在MRIcron中坐标，为便于说明，本实施例中，记为点F（22 128 106），参照图4。
本实施例中所述由MRIcron构建出的待刺激者大脑3D激活图即为待刺激者真实脑空间图。
步骤5：根据刺激靶点坐标、参照点坐标和参照点位置，通过平移和映射即可获得刺激靶点映射至头皮的待刺激区域。
本实施例中，确定刺激靶点映射至头皮的待刺激区域，具体如下：
（1）参照图5A，在待刺激者头皮找到参照点F。
（2）参照图5B，由点F出发，竖直向上移动ΔZ=149-106=43mm至点F1。
（3）参照图5C，再由点F1水平向左移动ΔY=141-128=13mm至点E1。
（4）由于是在立体空间，而人脸侧面非平面，则需再将E1沿X轴投射到头皮；则投射到头皮的E1点即为刺激靶点E在头皮的对应位置，参照图5D。
待刺激者头皮E1点即为本实施例中经颅磁刺激靶点E映射至待刺激者头皮的相应位置，参照图5D。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于磁共振成像的经颅磁刺激线圈定位方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：根据经颅磁刺激线圈需要定位的脑功能区，设置能得到显著效应的实验任务；
步骤2：采集待刺激者MRI结构像以及任务态fMRI图像；
步骤3：对任务态fMRI图像进行处理，得到相应任务态激活图；
步骤4：利用MRI结构像和任务态激活图，构建待刺激者大脑3D激活图，在该3D激活图上确定经颅磁刺激靶点，并标记该点坐标，另外在待刺激者头皮标记一个易于识别的参照点并记下坐标；
步骤5：根据刺激靶点坐标、参照点坐标和参照点位置，通过平移和映射即可获得刺激靶点映射至头皮的待刺激区域；其中：
步骤3中，所述对任务态fMRI图像进行处理包括数据预处理和数据分析，数据预处理是对所述fMRI图像进行时间校正、头动校正、fMRI图像与结构像进行配准、高斯平滑，整个过程都是在个体可视结构图上进行；数据分析是对所述预处理后的数据进行统计分析；
步骤4中，所述构建的待刺激者大脑3D激活图即为待刺激者真实脑空间图。
2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，步骤1中，所述脑功能区为言语功能、运动功能、情感认知功能或学习记忆功能区；所述实验任务为词语复述任务、图片命名任务、词语联想任务、手指运动任务、握拳任务、情感认知任务或学习记忆任务。
3.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，步骤2中，所述采集待刺激者MRI结构像以及任务态fMRI图像，具体包括：
采集待刺激者静息状态下的MRI高分辨率结构像；
在实验任务呈现给待刺激者的同时进行磁共振扫描，得到任务态的fMRI图像。
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