CN108042918B - 基于3d打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置，包括3D打印的头套和位于该头套上的电磁线圈定位部件，该头套是根据患者头部的脑结构和功能影像数据打印出来的，该头套与患者头皮的间隔为2‑3.5mm；所述电磁线圈定位部件上设有和线圈外形相适应的凹槽，使得线圈刺激范围和术前医生计划的治疗区域重合。此外，本发明还公开了该装置的构建方法。本发明使医生可以在患者头部快速和准确地找到计划的刺激部位，并且对线圈进行精准定位，从而提高经颅磁刺激治疗的准确性，提高治疗效果；本发明装置操作方便，制作成本低，能对不同的疾病、不同的患者方便的实施个性化的治疗方案。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置，用于脑功能研究，神经和精神疾病的治疗。此外，本发明还涉及该装置的构建方法。
背景技术
精神疾病是一组复杂的脑部功能障碍，临床药物治疗效果不甚理想，一直以来人们都在不断尝试一些非药物治疗的措施来缓解病人的痛苦。
重复经颅磁刺激是一种无电极刺激形式，磁刺激仪由储能电容(电源)、固态开关和线圈组成。磁刺激时，电容对线圈放电产生电流脉冲，线圈电流即可产生瞬变磁场并作用于脑组织，磁场脉冲在脑组织内诱发出的感应电流使神经细胞的兴奋性改变，起到兴奋或抑制神经元活动的作用。重复经颅磁刺激可以使皮质的兴奋性发生长期变化，因而具有治疗作用。
重复经颅磁刺激，作为一种非药物治疗手段，已成为精神疾病的一种新的治疗工具，尤其是它在治疗抑郁症方面的效果，已经得到了广泛的认可。
经颅磁刺激在实际应用中，最大的难题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，现有的定位方法有：
1）导航定位，由于导航设备价格昂贵，设备的设置时间较长，操作比较繁琐，普及性较差。
2）电磁线圈头套，是对整个头皮进行磁刺激，因此不能对不同的疾病，不同的病人区别对待，不能形成个体的治疗方案。
3）定位帽，由于每个人的头尺寸不同，所标注在帽子上的区域和人脑的实际的区域偏差很大，不能保证治疗的效果。
4)头部测量，用尺子根据生物特征来寻找到所需要的刺激区域。这种方法是基于医生的经验来的，人为因素很大，所以精度得不到保证。
中国发明专利申请CN201610832583.3公开了一种基于磁共振成像的经颅磁刺激线圈定位方法。在影像上将刺激靶点映射至头皮，在头皮上确定一个刺激区域，再在患者头部大概估计该刺激区域的位置，根据该位置放置线圈。实际仍然没有准确地实现刺激位置和计划位置的重合，在患者头部定位刺激区域的映射位置和放置线圈两个步骤仍然存在主观因素，精度得不到保证。
因此，亟需研发一种新的经颅刺激治疗的定位装置以解决上述问题。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提出了一种基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置，以便医生可以在人的头部快速和准确地找到刺激部位，并且对线圈进行精准定位，从而提高经颅磁刺激治疗效果。为此，本发明还装置的构建方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
在本发明的一方面，提供一种基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置，包括3D打印的头套和位于该头套上的电磁线圈定位部件，该头套是根据患者头部的脑结构和功能影像数据打印出来的，该头套与患者头皮的间隔为2-3.5mm；所述电磁线圈定位部件上设有和线圈外形相适应的凹槽。
所述脑结构和功能影像数据包括MRI（核磁共振成像）数据，fMRI（功能核磁共振成像）数据，DTI（弥散张量成像）数据，PET（正电子发射断层扫描）数据等影像扫描数据。
作为本发明优选的技术方案，所述电磁线圈定位部件包括线圈接触面和连接柱，线圈接触面通过连接柱连接头套，线圈接触面上设有和线圈外形相适应的凹槽用于固定线圈，使得线圈刺激范围和术前医生计划的治疗区域重合。
作为本发明优选的技术方案，所述头套的厚度为2-3.5mm。
作为本发明优选的技术方案，所述线圈通过连接线连接经颅磁刺激仪。
在本发明的另一方面，提供一种基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置的构建方法，包括如下步骤：
第一步，患者进行影像扫描，得到DICOM图像，该图像通过网络或其他介质输入到客户终端的手术计划软件；根据实际情况，影像扫描可以是MRI、fMRI、PET等。
第二步，对患者影像进行三维模型重建，如脑表结构图；
第三步，根据患者的三维模型重建图及医生治疗经验，确定患者病症所对应的刺激区域；
第四步，根据计划的刺激区域和线圈的作用范围，计算线圈和患者头部的相对位置，以确保刺激区域和计划一致；
第五步，三维重建头皮表面，考虑患者发量及头形，确定头套相对头皮的合适偏移距离，从而得到头套轮廓面；
第六步，在头套的轮廓面基础上，根据线圈实际形状，在计划的线圈位置放置电磁线圈定位部件，使电磁线圈定位部件上的凹槽位置与计划的线圈位置一致，从而保证线圈刺激区域与计划刺激区域重合；
第七步，输出头套和电磁线圈定位部件的三维模型，并打印。
作为本发明优选的技术方案，第三步中，所述确定患者病症所对应的刺激区域具体为：根据三维模型重建图直接在三维模型上标记刺激区域；或者采用下述步骤对刺激区域进行优化和修正：
1）为提高计划的准确性可对每张DICOM图像中的感兴趣区域进行勾画；
2) 对勾画的区域进行分割；
3)对分割后的刺激区域进行三维模型重建，标示出不同的颜色，或者再结合MNI坐标系统或Talairach坐标系统（MNI坐标系统或Talairach坐标系统为扫描若干正常人大脑得到的标准脑图谱），或者再进行基于大数据的智能运算，对刺激区域进行修正。
作为本发明优选的技术方案，第三步中，对不同的疾病选择不同的刺激区域时，计划的线圈的位置做出相应的改变。
作为本发明优选的技术方案，第六步中，所述在计划的线圈位置放置电磁线圈定位部件，具体为：先放置线圈接触面，再用连接柱连接线圈接触面和头套，连接柱和线圈接触面组成电磁线圈定位部件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）可以根据每个病人的不同的需求来设计病人专属的定位系统，能对不同的疾病、不同的病人区别对待，形成个性化的针对性治疗方案。并且能够非常准确地实现计划治疗区域与刺激区域的重合。
2）由于该头套是根据病人的实际尺寸打印出来的，所以与病人之间的配合比较好，用头部的轮廓来定位，在治疗中不会左右移动，能保证治疗的效果。
3）3D打印的成本不高，而且可以重复使用，降低了成本。
4）医生寻找刺激部位的时间从30分钟降到零（不需要医生人工寻找刺激部位），大大提高了效率，且提高了刺激部位定位的准确性。
5）医生只要一些初步的培训就可以操作，节省了培训的时间，简化了操作步骤。
6）提高了线圈的定位精度，方便了医生更好的研究不同区域对不同病症的影响，有助于扩大磁刺激治疗的使用范围。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置的头套正视图。
图2为本发明基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置的头套的佩戴正视图。
图3为本发明基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置的头套的俯视图。
图4为本发明基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置的构建方法的流程图。
图中附图标记说明如下：
1 为头套，2 为线圈接触面，3 为连接柱，4为线圈，5为连接线。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明所提出的技术方案如下：
如图1-3所示，本发明提出了一种基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置，该装置主要包括一个根据患者头部的脑结构和功能影像数据打印出来的3D头套1和位于该头套1上的电磁线圈定位部件，该电磁线圈定位部件包括线圈接触面2和连接柱3，线圈接触面2通过连接柱3连接头套1，线圈接触面2上设有和线圈4外形相适应的凹槽用于固定线圈4，使得线圈4刺激范围和术前医生计划的治疗区域重合。线圈接触面2上所设的凹槽可以根据线圈4的具体形状大小进行调整匹配，目的是使线圈4放置在线圈接触面2上可以固定不移动滑落。线圈4通过连接线5连接经颅磁刺激仪。可以根据任意品牌的经颅磁刺激仪的刺激范围和线圈4的实际三维形状设置线圈接触面2的大小形状，制定个性化的治疗方案。
该头套1是根据每个病人头部的脑结构和功能影像数据打印出来的，该头套1与患者头皮的间隔适度，医生计划时可根据患者实际情况任意调节为既佩戴舒适又能稳固固定的距离，该间隔距离为2-3.5mm。头套1的厚度为2-3.5mm。
该头套1用头部的轮廓来定位，在治疗中不会左右移动。
该头套1上的线圈接触面2即是根据病人的病症所指定的特定的刺激区域。
如图4所示，本发明基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置的构建方法，包括如下操作步骤：
第一步，患者进行影像扫描（根据实际情况，影像扫描可以是MRI、fMRI、PET等），得到头部扫描成像图片（即DICOM图像），该图像通过网络或其他介质输入到客户终端（医生的计算机或手机）的手术计划软件；术前计划软件可对患者的影像数据进行三维重建，根据脑表三维图像制定治疗区域，并结合特定品牌电磁线圈的实际形状和刺激区域，确定电磁线圈和患者头部的相对位置，并输出该定位装置的三维数据进行打印。
第二步，对患者影像进行三维模型重建，如脑表结构图；
第三步，根据患者的三维模型重建图及医生治疗经验，确定患者病症所对应的刺激区域；所述确定患者病症所对应的刺激区域具体为：根据三维模型重建图直接在三维模型上标记刺激区域；或者采用下述步骤对刺激区域进行优化和修正：
1）为提高计划的准确性可对每张DICOM图像中的感兴趣区域进行勾画；
2) 对勾画的区域进行分割；
3)对分割后的刺激区域进行三维模型重建，标示出不同的颜色，或者再结合MNI坐标系统或Talairach坐标系统（MNI坐标系统或Talairach坐标系统为扫描若干正常人大脑得到的标准脑图谱），或者再进行基于大数据的智能运算，也可再结合脑磁图等对刺激区域进行修正。
第三步中，对不同的疾病选择不同的刺激区域时，计划的线圈的位置做出相应的改变。例如忧郁症，刺激区域一般为左侧前额背外侧皮质和右侧前额背外侧皮质。
第四步，根据计划的刺激区域和线圈的作用范围，计算线圈和患者头部的相对位置，以确保刺激区域和计划一致；
第五步，三维重建头皮表面，考虑患者发量及头形，确定头套相对头皮的合适偏移距离（2-3.5mm，优选3mm），从而得到头套轮廓面；
第六步，在头套的轮廓面基础上，根据线圈实际形状，在计划的线圈位置放置电磁线圈定位部件，使电磁线圈定位部件上的凹槽位置与计划的线圈位置一致，从而保证线圈刺激区域与计划刺激区域重合；所述在计划的线圈位置放置电磁线圈定位部件，具体为：先放置线圈接触面，再用连接柱连接线圈接触面和头套，连接柱和线圈接触面组成电磁线圈定位部件。
第七步，输出头套和电磁线圈定位部件的三维模型，并打印(头套的厚度为2-3.5mm)。
该头套使线圈精准定位，并且使线圈刺激焦点和指定刺激点重合。给病人带上头套，固定线圈，用经颅磁刺激仪实现磁刺激治疗。该头套与头皮的距离是2-3.5mm，以便即使在保留病人头发的基础上也可以进行治疗。由于该头套是根据病人的实际尺寸打印出来的，所以与病人之间的配合比较好。用人头部的生物特征来定位。同时在头套上有线圈的定位装置，使得线圈刺激焦点和指定刺激点重合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种基于3D打印的个性化经颅磁刺激治疗的定位装置，其特征在于，包括头套和位于该头套上的电磁线圈定位部件，所述头套和位于该头套上的电磁线圈定位部件是通过对由头套和电磁线圈定位部件构建的三维模型进行打印形成的，所述电磁线圈定位部件包括线圈接触面和连接柱，线圈接触面通过连接柱连接头套，线圈接触面上设有和线圈外形相适应的凹槽用于固定线圈，使得线圈刺激范围和术前医生计划的治疗区域重合；该头套的三维模型是根据患者头部的脑结构和功能影像数据重建得到的，该头套与患者头皮的间隔为2-3.5mm，所述脑结构和功能影像数据包括核磁共振成像数据MRI、功能核磁共振成像数据fMRI、正电子发射断层扫描数据PET，所述头套上设置有计划的刺激区域，所述计划的刺激区域通过对脑结构和功能影像数据进行三维模型重建获得，所述线圈刺激区域与计划的刺激区域重合。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述头套的厚度为2-3.5mm。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线圈通过连接线连接经颅磁刺激仪。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的装置的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，患者进行影像扫描，得到DICOM图像，该图像通过网络或其他介质输入到客户终端的手术计划软件,其中，影像扫描获得核磁共振成像数据MRI、功能核磁共振成像数据fMRI、正电子发射断层扫描数据PET；
第二步，对患者影像进行三维模型重建；
第三步，根据患者的三维模型重建图及医生治疗经验，确定患者病症所对应的计划的刺激区域；确定患者病症所对应的计划的刺激区域具体为：根据三维模型重建图直接在三维模型上标记计划的刺激区域；或者采用下述步骤对计划的刺激区域进行优化和修正：
1）对每张DICOM图像中的感兴趣区域进行勾画；
2) 对勾画的区域进行分割；
3)对分割后的计划的刺激区域进行三维模型重建，标示出不同的颜色，再结合MNI坐标系统或Talairach坐标系统或进行基于大数据的智能运算，对计划的刺激区域进行修正；
第四步，根据计划的刺激区域和线圈的作用范围，计算线圈和患者头部的相对位置，以确保刺激区域和计划一致；
第五步，三维重建头皮表面，考虑患者发量及头形，确定头套相对头皮的合适偏移距离，从而得到头套轮廓面；
第六步，在头套的轮廓面基础上，根据线圈实际形状，在计划的线圈位置放置电磁线圈定位部件，使电磁线圈定位部件上的凹槽位置与计划的线圈位置一致，从而保证线圈刺激区域与计划的刺激区域重合；
第七步，输出头套和电磁线圈定位部件的三维模型，并打印。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，第三步中，确定患者病症所对应的计划的刺激区域时，对不同的疾病选择不同的计划的刺激区域，计划的线圈的位置做出相应的改变。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，第六步中，所述在计划的线圈位置放置电磁线圈定位部件，具体为：先放置线圈接触面，再用连接柱连接线圈接触面和头套，连接柱和线圈接触面组成电磁线圈定位部件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20180518 Assignee: Suzhou Lihe Medical Technology Co.,Ltd. Assignor: SHANGHAI LIHE MEDICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Contract record no.: X2019310000004 Denomination of invention: Individualized transcranial magnetic stimulation positioning apparatus and method based on 3D printing License type: Exclusive License Record date: 20190819 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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