CN111249622B - 基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法 - Google Patents
基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法，基于增强现实技术，可以通过将被试头颅的磁共振结构像投射于现实头颅，将精准的颅内干预位点和干预路径可视化，在线引导经颅磁刺激线圈的精准摆放，有效提高经颅磁刺激的精准性；将操作平台从远端的电脑屏幕转移至被试的实际头颅，经颅磁刺激实施者只需要根据可视化的模型放置线圈，大幅降低了操作难度，降低了对昂贵的、不可便携的现有神经导航硬件的依赖；可与常规的经颅磁刺激设备及各种型号线圈配合使用，增强现实设备具有操作简便、可便携、可移动、成本低优势，易于推广，将极大提高设备的使用效率和应用范围，惠及基础研究和临床应用，具有更广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于经颅磁刺激技术领域，具体涉及一种基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法。
背景技术
经颅磁刺激是一种新兴的具有代表性的颅外无创神经调控技术，被广泛应用于认知神经科学领域内的脑功能探索，在精神科、神经科、康复科等的临床应用也日益受到关注。经颅磁刺激通过在颅外以一定强度施加特定频率的磁脉冲，穿透颅骨到达大脑皮层产生感应电流，引起局部神经源去极化，起到兴奋或抑制的作用。经颅磁刺激中待干预的实际位点位于颅内大脑皮层，是关键参数，将决定经颅磁刺激对大脑功能的调控作用。而经颅磁刺激线圈实际放置在颅外，直接干预位点位于头皮表面，如何建立颅外头皮位点和颅内皮层位点间的精准映射关系，引导经颅磁刺激线圈准确地摆放，是该领域的一个重要问题。
目前，经颅磁刺激颅外头皮位点的选择主要有三种:一是根据“5cm”法则，以初级运动皮层“热点”前移5cm作为背外侧前额叶干预位点；二是依据脑电的10-20定位系统，选择合适的导联位置作为干预位点。这两种方法均无法获得被试个体的实际颅内皮层位点信息，个体的差异性可能导致实际颅内干预位点不准确，非实际希望干预的位点；第三种方法则是借助神经导航系统，以被试个体的磁共振影像引导，通过导航系统跟踪实际个体的位置信息和经颅磁刺激线圈的位置信息，实现颅外位点的精准定位。但神经导航系统昂贵、非便携式，且操作者需跟随远端电脑屏幕进行定位操作，操作难度大、耗时久，需要操作者有较好的解剖学背景，熟悉大脑结构，不易推广和普及。CN109701160A公开了一种影像引导下可见光定位导航装置及方法，包括图像工作站及配套功能软件系统、经颅磁刺激线圈、标记件、空间定位传感器、探针、双目相机。本发明的有益效果：利用可见光光学空间定位重建图像技术，采用基于光学的双目相机结合由医学影像建立的大脑三维模型数据进行导航。该专利虽然利用可见光光学定位新技术替代了传统的近红外技术进行空间定位，但是仍然存在系统非便携式、操作难度大、耗时久、不宜推广等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法，以解决现有技术中的不足。
为了达到上述目的，本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
提供一种基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法，其中，包括：
S1、获取被试的头部磁共振结构的影像信息；
S2、生成待接受经颅磁刺激被试的三维头颅模型，三维头颅模型包括颅外表面模型和颅内皮层模型；
S3、在颅内皮层模型上确定经颅磁刺激待干预的颅内皮层位点，在颅外表面模型上确定颅外干预位点，并形成干预路径；
S4、确定经颅磁刺激线圈在头颅表面上的位置和方向，在三维头颅模型上生成经颅磁刺激线圈的模型；
S5、通过增强现实装置将被试的三维头颅模型投射到被试的实际头颅，实现配准；
S6、将经颅磁刺激线圈放入三维头颅模型的线圈模型位置并加以固定。
上述基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法，其中，在步骤S3中，选择手动定义颅外干预位点，连接颅外干预位点和颅内皮层位点，形成干预路径。
上述基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法，其中，在步骤S4中，经颅磁刺激线圈的摆放位置保证线圈磁场方向和干预的颅内皮层方向保持相切，在颅内皮层定义一个参考位点形成拟干预的颅内皮层方向，颅内皮层位点和参考位点的连线定义经颅磁刺激线圈方向；将颅内皮层模型与颅外表面模型相结合；生成并导入经颅磁刺激线圈模型，调整方位，使经颅磁刺激线圈模型满足如下三个条件：a、贴合在三维头颅模型的表面；b、三维中的Z轴指向颅内皮层位点且与干预路径垂直；c、三维中的Y轴与磁刺激方向平行。
上述基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法，其中，增强现实装置可采用HoloLens实现。
本发明技术方案的有益效果是：
--针对现有经颅磁刺激无法精准定位颅外位点的不足，本技术方案基于增强现实技术，可以通过将被试头颅的磁共振结构像投射于现实头颅，将精准的颅内干预位点和干预路径可视化，在线引导经颅磁刺激线圈的精准摆放，可有效提高经颅磁刺激的精准性；
--相较于现有神经导航定位方法，本技术方案将操作平台从远端的电脑屏幕转移至被试的实际头颅，经颅磁刺激实施者只需要根据可视化的模型放置线圈，不需要熟悉脑解剖学位置，大幅降低了操作难度，且降低了对昂贵的、不可便携的现有神经导航硬件的依赖；
--可与常规的经颅磁刺激设备及各种型号线圈配合使用，增强现实设备具有操作简便、可便携、可移动、成本低的优势，在保证实现经颅磁刺激精准定位的同时易于推广，将极大提高设备的使用效率和应用范围，惠及基础研究和临床应用，具有更广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为本发明方法的效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参看图1和图2所示，本发明基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法，包括：
S1、获取被试的头部磁共振结构的影像信息。通过磁共振扫描获取被试完整的头部磁共振结构像图像，要求包括被试颈部以上部位的三维扫描图像。
S2、生成待接受经颅磁刺激被试的三维头颅模型，三维头颅模型包括颅外表面模型和颅内皮层模型，即包括颅外表面重建以及内部的颅内皮层重建。颅外表面模型包括被试头皮、双耳和面部五官在内的三维几何模型，颅内皮层模型是剥离颅骨后获得大脑皮层的三维几何模型。
S3、在颅内皮层模型上确定经颅磁刺激待干预的颅内皮层位点，在颅外表面模型上确定颅外干预位点，并形成干预路径。
颅内皮层位点(左侧背外侧前额叶)的确定，可根据解剖学位置人工标记，或标准坐标系的精确坐标，该点在本实施例的颅内皮层模型中的具体位置为图中的T点。确定经颅磁刺激干预路径，方法可选择手动定义颅外干预位点，连接颅外干预位点和颅内皮层位点，如本实施例中参考点S，连接S和T，形成干预路径。
S4、确定经颅磁刺激线圈在头颅表面上的位置和方向，在三维头颅模型上生成经颅磁刺激线圈的模型。
进一步地，在步骤S4中，经颅磁刺激线圈的摆放位置保证线圈磁场方向和干预的颅内皮层方向保持相切，在颅内皮层定义一个参考位点形成拟干预的颅内皮层方向，颅内皮层位点和参考位点的连线定义经颅磁刺激线圈方向，如本实施例中参考点V，参考点T和V的连线定义线圈方向。将颅内皮层模型与颅外表面模型相结合，根据干预左侧背外侧前额叶将采用的线圈型号，依据其外形生成并导入经颅磁刺激线圈模型，调整方位，使经颅磁刺激线圈模型满足如下三个条件：a、贴合在三维头颅模型的表面；b、三维中的Z轴指向颅内皮层位点且与干预路径垂直；c、三维中的Y轴与磁刺激方向平行。
S5、通过增强现实装置将被试的三维头颅模型投射到被试的实际头颅，实现配准。本实施例采用的混合现实装置是微软的HoloLens，采用的被试是一个三维打印的头颅实体。通过HoloLens将被试的三维头颅模型和线圈模型投射到头颅实体上的结果如图2所示。由于线圈模型与头颅模型的相对位置是固定的，当头颅模型与头颅实体吻合后，线圈模型相对于头颅实体的方位也即确定。
S6、将经颅磁刺激线圈放入三维头颅模型的线圈模型位置并加以固定。佩戴混合现实装置，在混合现实的视野范围内操作，将实际的经颅磁刺激线圈放置到与线圈模型一致的位置，加以固定，之后即刻实施经颅磁刺激干预。
本发明针对现有经颅磁刺激无法精准定位颅外位点的不足，本技术方案基于增强现实技术，可以通过将被试头颅的磁共振结构像投射于现实头颅，将精准的颅内干预位点和干预路径可视化，在线引导经颅磁刺激线圈的精准摆放，可有效提高经颅磁刺激的精准性；相较于现有神经导航定位方法，本技术方案将操作平台从远端的电脑屏幕转移至被试的实际头颅，经颅磁刺激实施者只需要根据可视化的模型防止线圈，不需要熟悉脑解剖学位置，大幅降低了操作难度，且降低了对昂贵的、不可便携的现有神经导航硬件的依赖；可与常规的经颅磁刺激设备及各种型号线圈配合使用，增强现实设备具有操作简便、可便携、可移动、成本低的优势，在保证实现经颅磁刺激精准定位的同时易于推广，将极大提高设备的使用效率和应用范围，惠及基础研究和临床应用，具有更广阔的应用前景。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于增强现实的精准经颅磁刺激在线导航方法，其特征在于，包括：
S1、获取被试的头部磁共振结构的影像信息；
S2、生成待接受经颅磁刺激被试的三维头颅模型，三维头颅模型包括颅外表面模型和颅内皮层模型；
S3、在颅内皮层模型上确定经颅磁刺激待干预的颅内皮层位点，在颅外表面模型上确定颅外干预位点，并形成干预路径；
S4、确定经颅磁刺激线圈在头颅表面上的位置和方向，在三维头颅模型上生成经颅磁刺激线圈的模型；
S5、通过增强现实装置将被试的三维头颅模型投射到被试的实际头颅，实现配准；
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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