CN114225223A - 一种经颅磁刺激装置、经颅磁刺激系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种经颅磁刺激装置、经颅磁刺激系统和方法，包括刺激驱动控制模块和磁信号发生组件。磁信号发生组件用于与头颅固定连接，并向靶点区域发射电磁波，磁信号发生组件包括第一和第二电磁发生线圈组，分别包括两个结构相同的第一线圈和第二线圈，并分别各自构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，以靶点区域进行磁刺激。其中，两个第一线圈和两个第二线圈的中轴线重合，且第一线圈与第二线圈的直径大小不同。刺激驱动控制模块按预设的线圈刺激强度和刺激时序，分别对第一线圈或第二线圈进行驱动电流的时序控制。由于通过两组偶聚焦型磁刺激线圈组对磁刺激进行精确控制，使得经颅磁刺激更精准，刺激深度和刺激范围更可控，大大减少磁刺激带来的并发症。

Description

一种经颅磁刺激装置、经颅磁刺激系统和方法

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，具体涉及一种经颅磁刺激装置、经颅磁刺激系统和方法。

背景技术

经颅磁刺激 (Transcranial Magnetic Stimulation，TMS) 是生物医学工程领域一项重要的技术，是一种基于脑部电场电磁感应原理通过高场强的脉冲电磁场可以穿透颅骨，作用于较深位置的神经组织，进行神经刺激和神经调节，且不需穿透皮肤安装装置，具有无创无痛等优点。用于TMS的磁场可以具有足以使神经元去极化的强度和密度，并且当重复施加TMS脉冲时，当选用的磁刺激的参数（频率、幅值、脉宽、脉宽梯度等）时，经颅磁刺激可以调节大脑皮层兴奋性，甚至在整个刺激期间都可以调节皮层的兴奋性。在过去的数十年中，TMS在研究各种神经系统和精神疾病的认知，脑行为关系和病理生理学方面的应用迅速增加。

现有技术中应用的经颅磁刺激系统，在实际使用时，经颅磁刺激会有轻微疼痛、不适、精神波动、昏厥、晕厥，甚至会诱发癫痫发作等不良副作用，产生这些不良副作用的主要原因是TMS的刺激范围区域大，磁刺激功率和磁刺激方式选择不适当等。其中，最主要的原因是磁刺激靶点定位不准，不能精准针对磁刺激靶点或区域进行精准定位，进而不能实现精准定量、定范围的磁刺激。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是经颅磁刺激在深度磁刺激时如何实现精准定量、可控刺激深度和可控刺激范围的磁刺激。

根据第一方面，一种实施例中提供一种经颅磁刺激装置，包括刺激驱动控制模块和磁信号发生组件；

所述磁信号发生组件用于通过定位固定连接装置与头颅固定连接，并向所述头颅内的靶点区域发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述磁信号发生组件包括第一电磁发生线圈组和第二电磁发生线圈组；

所述第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个所述第一线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于所述定位固定连接装置的中心点上；所述第二电磁发生线圈组包括两个结构相同的第二线圈，两个所述第二线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于定位固定连接装置的中心点上；所述第二线圈的直径小于与所述第一线圈的直径；

所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述第二电磁发生线圈组的两个所述第二线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

两个所述第一线圈的中轴线与两个所述第二线圈的中轴线重合；

所述刺激驱动控制模块分别与所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈和所述第二电磁发生线圈组的两个所述第二线圈电连接；所述刺激驱动控制模块用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，对所述第一线圈和/或所述第二线圈进行驱动电流的时序控制。

根据第二方面，一种实施例中提供一种经颅磁刺激装置，包括刺激驱动控制模块和磁信号发生组件；

所述磁信号发生组件用于通过定位固定连接装置与头颅固定连接，并向所述头颅内的靶点区域发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述磁信号发生组件包括三个第一电磁发生线圈组；每个所述第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个所述第一线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于所述定位固定连接装置的中心点上；

每个所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈的中轴线共面；

每个所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述刺激驱动控制模块分别与每个所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈电连接；所述刺激驱动控制模块用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，对两个所述第一线圈进行驱动电流的时序控制。

根据第三方面，一种实施例中提供一种经颅磁刺激装置，包括刺激驱动控制模块和磁信号发生组件；

所述磁信号发生组件用于通过定位固定连接装置与头颅固定连接，并向所述头颅内的靶点区域发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述磁信号发生组件包括四个第一电磁发生线圈组；每个所述第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个所述第一线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于所述定位固定连接装置的中心点上；

四个所述第一电磁发生线圈组中的一个所述第一线圈的外圆有公共切点；

每个所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述刺激驱动控制模块分别与每个所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈电连接；所述刺激驱动控制模块用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，对两个所述第一线圈进行驱动电流的时序控制。

根据第四方面，一种实施例中提供一种经颅磁刺激系统,包括：

影像获取模块，用于获取医学影像数据；所述医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像；

模型重建模块，用于对所述医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型；所述虚拟三维模型包括所述靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，所述虚拟三维模型还包括所述标志区域三维重建后的标志区三维模型；

定位固定连接装置，用于建立空间定位坐标体系，并将所述头颅固定连接在所述空间定位坐标体系中；

靶点坐标获取模块，用于将所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，并依据所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述靶点区三维模型的空间位置关系，将所述头颅内部待磁刺激的靶点区域固定设置在所述定位固定连接装置的中心点上，并将该中心点作为靶点坐标；

还包括第一方面、第二方面或第三方面所述的经颅磁刺激装置；所述经颅磁刺激装置，用于向所述靶点区域发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激。

根据第五方面，一种实施例中提供一种经颅磁刺激方法,包括：

获取医学影像数据；所述医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像；

对所述医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型；所述虚拟三维模型包括所述靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，所述虚拟三维模型还包括所述标志区域三维重建后的标志区三维模型；

通过定位固定连接装置建立空间定位坐标体系，并将所述头颅固定连接在所述空间定位坐标体系中；

将所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，再依据所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述靶点区三维模型的空间位置关系，将所述头颅内部待磁刺激的靶点区域固定设置在所述定位固定连接装置的中心点上，并将该中心点作为靶点坐标；

将经颅磁刺激装置与所述定位固定连接装置固定连接；

通过所述经颅磁刺激装置向所述靶点区域发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激。

依据上述实施例的经颅磁刺激装置,由于通过两组偶聚焦型磁刺激线圈组对磁刺激进行精确控制，使得经颅磁刺激更精准，刺激范围更可控，大大减少磁刺激带来的并发症。

依据上述实施例的经颅磁刺激系统，由于依据医学影像对大脑深度的靶点区域进行精确定位，再通过偶聚焦型磁刺激线圈对磁刺激强度进行精确控制，使得经颅磁刺激更精准，刺激范围更可控，在大大提高经颅磁刺激的治疗效果的前提下，减少磁刺激带来的并发症。

附图说明

图1为一种实施例中经颅磁刺激系统的结构连接示意图；

图2为一种实施例中经颅磁刺激装置的结构连接示意图；

图3为一种实施例中磁信号发生组件的结构示意图；

图4为一种实施例中经颅磁刺激装置的结构连接示意图；

图5为一种实施例中定位固定连接装置的结构示意图；

图6为一种实施例中圆形导轨的结构示意图；

图7为一种实施例中经颅磁刺激方法的流程示意图；

图8为另一种实施例中磁信号发生组件的结构示意图；

图9为另一种实施例中磁信号发生组件的结构示意图；

图10为一种实例中经颅磁刺激装置的时序控制和驱动示意图；

图11为另一种实例中中心控制系统的结构连接示意图；

图12为另一种实施例中多目标优化算法的流程示意图；

图13为一种实施例中经颅磁刺激示意图；

图14为一种实施例中磁刺激装置的磁刺激时序控制示意图；

图15为一种实施例中球状固定架的连接示意图；

图16为一种实施例中球状固定架的连接示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

现有技术中，经颅磁脑刺激的通常深度一般约1-3厘米，仅仅能刺激大脑的浅层区域，难以达到额叶、丘脑、扣带回、壳核、尾状核、海马、腹侧纹状体和杏仁核等大脑的深部区域，或者难以对大脑深部区域的精确磁刺激。仅仅通过增加经颅磁刺激线圈的磁场强度的方法，产生的头疼、昏厥甚至诱发的癫痫等不良效应，限制了经颅磁脑刺激的应用。亟待开发具有深度脑磁刺激能力或者深度聚焦型磁刺激功能的新型经颅磁刺激仪设备有重要意义。

在TMS技术中，短暂的磁脉冲用于利用法拉第电磁感应定律来引起大脑中的靶向神经元去极化。当以重复的方式进行TMS(被称为rTMS)时，可以实现神经质长期增强样或抑郁样效果。常规的磁刺激技术和线圈大多被设计用于大脑组织的表面刺激，但通常不能施加更深的刺激。因为表面刺激不会引起腹侧前额叶皮质以及其他奖赏及情绪相关的大脑结构(诸如伏隔核(腹侧纹状体))的有效刺激，可预测，更深的大脑刺激可更有效地治疗重度抑郁症及其他精神病和神经疾病。刺激深部大脑区域(dTMS)，被称为深部的TMS，需要高的强度和准确度，这种高的强度和准确度是不可能通过当前可得到的常规磁刺激器使用标准线圈配置在不造成不希望的副作用(例如，癫痫发作或与过度刺激皮质区域相关的其他问题) 的情况下达到的。过去，rTMS过程不能直接刺激大于颅骨表面以下2cm的靶标。正研发深部rTMS技术以改进利用H-线圈的电磁场的深度穿刺，其中多个绕组被布置成使得由此生成的磁场汇总在一起，以允许直接模拟到颅骨表面以下4cm。

在过去的十年中，功能成像的进展识别了特定脑部区域，其具有与特定精神病症状和病征相关的改变的活动和体积，这可能跨越心理精神疾病的疾病与针对患者和陪护人员两者的脑神经疾病的疾病之间的理论差距(Downar和Daskalakis 2013；Zhang 等人，2014年)。生物工程的对应进展经由dTMS实现了这些改变的脑部区域的非侵入式调节，从而形成精神病患者广泛使用的有效的逻辑治疗并且整体地减少精神疾病的耻辱感。

虽然深层刺激也可以用大型圆形线圈或双锥形线圈来完成，但是它们的电磁场比H-线圈衰减得更厉害并且达到很深的靶标，在表面上必须使用比H-线圈更高的强度 (Roth等人，2007年；Pell等人，2011年)。更高的强度可能对患者而言不愉快且可能不安全。H-线圈刺激了比数字8线圈更广泛的区域，这消除了对成像和神经导航的需要；在没有导航的情况下，常规rTMS在27-32％的患者中丢失了靶标，为实现缓解，因治疗(NNT)所需要的高数量而使常规rTMS治疗变得昂贵(Johnson等人， 2013年；George等人，2010年)。H-线圈刺激更大区域(与常规线圈的3cm³相比，为18cm³)和更深结构的能力是与H-线圈同步地有效治疗dTMS的原因。

在本发明实施例中，公开了一种经颅磁刺激系统,包括影像获取模块、模型重建模块、定位固定连接装置、靶点坐标获取模块和磁刺激装置。影像获取模块用于获取医学影像数据，模型重建模块用于对医学影像数据进行三维重建以获取虚拟三维模型，定位固定连接装置用于建立空间定位坐标体系，并将头颅固定连接在空间定位坐标体系中，靶点坐标获取模块用于依据虚拟三维模型获取头颅内部待磁刺激的靶点区域在空间定位坐标体系中的坐标值，经颅磁刺激装置用于对靶点区域进行磁刺激。由于依据医学影像对大脑深度的靶点区域进行精确定位，再通过偶聚焦型磁刺激线圈对磁刺激强度进行精确控制，使得经颅磁刺激更精准，刺激范围更可控，在大大提高经颅磁刺激的治疗效果的前提下，减少磁刺激带来的并发症，在脑科学、神经科学的研究中具有重要意义。

实施例一

请参考图1，为一种实施例中经颅磁刺激系统的结构连接示意图，经颅磁刺激系统包括影像获取模块1、模型重建模块2、定位固定连接装置3、靶点坐标获取模块4和经颅磁刺激装置5。影像获取模块1用于获取医学影像数据。医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像。模型重建模块2用于对医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型。虚拟三维模型包括靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，虚拟三维模型还包括标志区域三维重建后的标志区三维模型。定位固定连接装置3用于建立空间定位坐标体系，并将头颅固定连接在空间定位坐标体系中。靶点坐标获取模块4用于将虚拟三维模型中的标志区三维模型与空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，并依据虚拟三维模型中的标志区三维模型与靶点区三维模型的空间位置关系，将头颅内部待磁刺激的靶点区域固定设置在定位固定连接装置的中心点上，并将该中心点作为靶点坐标。经颅磁刺激装置5用于向靶点区域发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。

请参考图2，为一种实施例中经颅磁刺激装置的结构连接示意图，经颅磁刺激装置5包括刺激驱动控制模块51和磁信号发生组件52。磁信号发生组件52用于通过定位固定连接装置3与头颅固定连接，并向头颅内的靶点区域发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。

请参考图3，为一种实施例中磁信号发生组件的结构示意图，磁信号发生组件包括第一电磁发生线圈组和第二电磁发生线圈组。第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈11，两个第一线圈11成中心对称的设置在定位固定连接装置3上，且中心对称点位于定位固定连接装置3的中心点10上。第二电磁发生线圈组包括两个结构相同的第二线圈12，两个第二线圈12成中心对称的设置在定位固定连接装置3上，且中心对称点位于定位固定连接装置3的中心点10上。第二线圈12的直径小于与第一线圈11的直径。第一电磁发生线圈组的两个第一线圈11构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向中心对称点发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。第二电磁发生线圈组的两个第二线圈12构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向中心对称点发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。两个第一线圈11的中轴线与两个第二线圈12的中轴线重合。刺激驱动控制模块51分别与第一电磁发生线圈组的两个第一线圈11和第二电磁发生线圈组的两个第二线圈12电连接。刺激驱动控制模块51用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，对第一线圈和/或第二线圈进行驱动电流的时序控制。

请参考图4，为一种实施例中经颅磁刺激装置的结构连接示意图，一实施例中，通过多个特定布局的线圈构成增强型经颅磁刺激线圈组（如第一电磁发生线圈组），实现对特定深度的大脑组织进行增强磁刺激，利用布置在特定位置的多个线圈构成补偿经颅磁刺激线圈组（如第二电磁发生线圈组），可实现对对增强型经颅磁刺激线圈与目标部位路径上的脑部皮层和邻近组织的先导性预防刺激，调制皮层组织的兴奋性和抑制性，防止增强型经颅磁刺激线圈组对目标区域聚焦刺激时引发癫痫和其它不良副作用。

刺激驱动控制模块包括增强型经颅磁刺激线圈组，补偿经颅磁刺激线圈组，磁脑电图检测装置，经颅磁线圈控制驱动装置和中心控制系统模块，增强型经颅磁刺激线圈组实现对脑部较深目标部位的增强、聚焦刺激，补偿经颅磁刺激线圈组可实现对增强型经颅磁刺激线圈组与目标部位路径上的脑部皮层的先导性预防刺激，调制皮层组织的兴奋性和抑制性，防止增强型经颅磁刺激线圈组对目标区域聚焦刺激时引发癫痫和其它不良副作用，磁脑电图检测装置检测脑部的磁视图，以便引导增强型经颅磁刺激线圈组和补偿经颅磁刺激线圈组的位置布置和激发，经颅磁控制驱动装置负责对增强型经颅磁刺激线圈组和补偿经颅磁刺激线圈组进行驱动和时序控制，中心控制系统负责整个增强型深度聚焦经颅磁刺激装置的运行。

一实施例中，增强型经颅磁刺激线圈和补偿经颅磁刺激线圈组采用多种工作模式，优选模式1，补偿经颅磁线圈组单独刺激，主要用于增强型经颅磁刺激线圈刺激以后，实现对深度目标脑区的恢复性磁刺激；优选模式2，增强型经颅磁刺激线圈与补偿经颅磁刺激线圈组异步刺激模式，补偿经颅磁刺激线圈组先单独刺激一定量磁脉冲，一般100-300脉冲，紧接着，增强型经颅磁刺激线圈刺激单独一定量刺激脉冲，一般1000个脉冲以上，最后补偿经颅磁刺激线圈组再单独刺激一定量刺激脉冲，一般不少于500脉冲，此种模式一般应用在治疗的前期阶段和后期阶段；优选模式3，增强型经颅磁刺激线圈与补偿经颅磁刺激线圈组同步刺激模式，此种模式下，增强型经颅磁刺激线圈与补偿经颅磁刺激线圈组同时刺激目标区域，增强型经颅磁刺激线圈的刺激模式（频率，强度，脉冲数等）和补偿经颅磁刺激线圈组的刺激模式（频率，强度，脉冲数等）没严格要求，只需要按照补偿经颅磁刺激线圈组的刺激磁脉冲比增强型经颅磁刺激线圈的刺激磁脉冲提前0.35个脉宽-0.75个脉宽，可实现补偿经颅磁刺激线圈组对深度目标脑区的预刺激和增强型经颅磁刺激线圈的刺激的有效叠加，实现对深度目标脑区的增强刺激，也可实现补偿经颅磁刺激线圈组对深度目标脑区邻近区域的预刺激，并引发邻近预期刺激效果向深度目标脑区的传播，进而可实现与后发的增强型经颅磁刺激线圈的刺激有效叠加，实现对深度目标脑区的增强刺激，此种模式优选应用于治疗的中期阶段。

一实施例中，第一线圈的有效直径为200mm，线圈的绕制铜线尺寸3 ✕ 2毫米平方，匝数为20-60匝。

请参考图5，为一种实施例中定位固定连接装置的结构示意图，定位固定连接装置包括可拆开为两个完全相同半球状的球状固定架，球状固定架上设置有至少一个圆形导轨31，每个圆形导轨31的中心都位于同一条过球状固定架中心点的直线上。第一电磁发生线圈组通过圆形导轨31固定连接定位固定连接装置。

一实施例中，球状固定架上设置有三个圆形导轨31，每个圆形导轨31所在的圆平面互相成60度夹角。

请参考图6，为一种实施例中圆形导轨的结构示意图，每个圆形导轨31上设置有至少两个线圈固定接口32，每个线圈固定接口32均匀分布在圆形导轨31上，线圈固定接口32用于固定连接第一线圈和圆形导轨31。

一实施例中，第一线圈的形状为椭圆形、圆形或“8”字形。一实施例中，第二线圈的形状为椭圆形、圆形或“8”字形。

一实施例中，经颅磁刺激装置用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，同时对两个第一线圈或其中的一个第一线圈进行驱动电流的时序控制。线圈刺激强度的获取公式包括：

B=0.5×μ₀×N×I×R²×[R²+（d/2+x）²]^-（3/2）;

μ₀=4×π×10^-7Tm/A；

其中, N为第一线圈的线圈匝数，I为线圈电流，R为第一线圈有效等效圆面积的半径，x为第一线圈的中心对称点到第一线圈有效圆的圆心的距离，d为第一线圈的宽度。

请参考图7，为一种实施例中经颅磁刺激方法的流程示意图，本申请一实施例中还公开了一种经颅磁刺激方法，包括：

步骤110，获取医学影像数据。

医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像。

步骤120，获取虚拟三维模型。

对医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型。虚拟三维模型包括靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，虚拟三维模型还包括标志区域三维重建后的标志区三维模型。

步骤130，建立空间定位坐标体系。

通过定位固定连接装置建立空间定位坐标体系，并将头颅固定连接在空间定位坐标体系中。

步骤140，获取靶点位置。

将所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，再依据虚拟三维模型中的标志区三维模型与靶点区三维模型的空间位置关系，将头颅内部待磁刺激的靶点区域固定设置在定位固定连接装置的中心点上，并将该中心点作为靶点位置。

步骤150，连接经颅磁刺激装置。

将经颅磁刺激装置与定位固定连接装置固定连接。

步骤160，开始磁刺激。

通过经颅磁刺激装置向定位固定连接装置的中心点发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。

在本申请实施例中，公开的经颅磁刺激方法,首先对获取医学影像数据进行三维重建；再将重建的虚拟三维模型与定位固定连接装置的空间定位坐标体系建立对应关系；然后依据虚拟三维模型中的标志区三维模型与靶点区三维模型的空间位置关系，将头颅内部待磁刺激的靶点区域设置在定位固定连接装置的中心点上；最后将经颅磁刺激装置与定位固定连接装置固定连接，以通过经颅磁刺激装置向定位固定连接装置的中心点发射电磁波，以实现对靶点区域进行磁刺激。由于依据医学影像对大脑深度的靶点区域进行精确定位，再通过偶聚焦型磁刺激线圈对磁刺激强度进行精确控制，使得经颅磁刺激更精准，刺激深度和范围更可控，在大大提高经颅磁刺激的治疗效果的前提下，减少磁刺激带来的并发症。

本实施例中公开的经颅磁刺激装置包括刺激驱动控制模块和磁信号发生组件。磁信号发生组件用于与头颅固定连接，并向靶点区域发射电磁波，磁信号发生组件包括第一和第二电磁发生线圈组，分别包括两个结构相同的第一线圈和第二线圈，并分别各自构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，以靶点区域进行磁刺激。其中，两个第一线圈和两个第二线圈的中轴线重合，且第一线圈与第二线圈的直径大小不同。刺激驱动控制模块按预设的线圈刺激强度和刺激时序，分别对第一线圈或第二线圈进行驱动电流的时序控制。由于通过两组偶聚焦型磁刺激线圈组对磁刺激进行精确控制，使得经颅磁刺激更精准，刺激范围更可控，大大减少磁刺激带来的并发症。

实施例二

请参考图8，为另一种实施例中磁信号发生组件的结构示意图，经颅磁刺激装置包括包括刺激驱动控制模块和磁信号发生组件。磁信号发生组件用于通过定位固定连接装置与头颅固定连接，并向头颅内的靶点区域发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。磁信号发生组件包括三个第一电磁发生线圈组。每个第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈11，两个第一线圈11成中心对称的设置在定位固定连接装置3上，且中心对称点位于定位固定连接装置3的中心点上。三个第一电磁发生线圈组的两个第一线圈11的中轴线共面。每个第一电磁发生线圈组的两个第一线圈11构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向中心对称点发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。刺激驱动控制模块分别与每个第一电磁发生线圈组的两个第一线圈11电连接，刺激驱动控制模块用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，对每个第一线圈11进行驱动电流的时序控制。

实施例三

请参考图9，为另一种实施例中磁信号发生组件的结构示意图，经颅磁刺激装置包括刺激驱动控制模块和磁信号发生组件。磁信号发生组件用于通过定位固定连接装置与头颅固定连接，并向头颅内的靶点区域发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。磁信号发生组件包括四个第一电磁发生线圈组。每个第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈11，两个第一线圈11成中心对称的设置在定位固定连接装置3上，且中心对称点位于定位固定连接装置3的中心点上。四个第一电磁发生线圈组中的一个第一线圈11的外圆有公共切点。每个第一电磁发生线圈组的两个第一线圈11构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向中心对称点发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。刺激驱动控制模块分别与每个第一电磁发生线圈组的两个第一线圈11电连接。刺激驱动控制模块用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，对每个第一线圈11进行驱动电流的时序控制。

一实施例中经颅磁刺激系统还包括磁视图检测装置，包括磁力计阵列模块，磁视图数据处理模块，磁视图显示模块，用于检测脑部的磁视图，磁力计阵列模块包括48路原子磁力计阵列和固定架具，磁视图数据处理模块接收磁力计阵列模块检测的脑部磁电信号，进行智能化处理，并生成脑磁视图，所示磁视图显示模块用于显示磁视图数据处理模块解算得到的脑磁视图。

请参考图10，为一种实例中经颅磁刺激装置的时序控制和驱动示意图，刺激驱动控制模块包括经颅磁控制驱动装置，经颅磁控制驱动装置包括增强型经颅磁刺激线圈对的控制驱动和补偿经颅磁刺激线圈对的驱动和控制，具体包括时序产生模块，线圈电流模式产生模块，驱动控制模块，所述的时序产生模块产生增强型经颅磁刺激线圈和补偿经颅磁刺激线圈的驱动激发时序，可对单个的线圈产生独立激发时序，也可产生多个线圈产生组合激发时序，所述线圈电流模式产生模块对驱动电路的输出电流强度，频率和波形进行设置，可产生单个线圈驱动模块的独立电流模式，也可产生多个线圈的驱动模块产生组合同步电流模式，所述驱动控制模块按照特定的时序、电流模式产生驱动单个线圈的驱动电流，也可产生驱动多个线圈的组合驱动电流。

请参考图11，为另一种实例中中心控制系统的结构连接示意图，经颅磁刺激系统包括中心控制系统，中心控制系统包括脑磁视图处理模块，时序模式解算模块，脑磁视图模式库，基于区域特征的多目标优化算法的模式评估模块，系统协调控制模块，包括脑磁视图处理模块负责对磁视图检测装置检测的脑磁视图进行智能化处理，得出智能化状态报告，所述时序模式解算模块根据待刺激目标部位的脑磁视图状态特征，以及磁刺激线圈与待刺激目标部位路径临近脑皮层部位的脑磁视图状态特征，基于区域特征的多目标优化算法的模式评估模块，结合脑磁视图模式库综合解算出增强型经颅磁刺激线圈和补偿经颅磁刺激线圈的最优刺激模式，所述的脑磁视图模式库模块记录有业内权威的经颅磁刺激激发模式，所述的基于区域特征的多目标优化算法的模式评估模块能基于待刺激目标区域磁视图特征，磁刺激线圈与待刺激目标部位路径临近脑皮层部位的脑磁视图状态特征，以及磁刺激线圈的激发磁场参数特征，解算出多个可能优化刺激模式，并与脑磁视图模式库模块中存储的所有权威刺激模式进行评比和演进优化，得出多个优选刺激模式，以便所述的供经颅磁控制驱动装置优选采用，所述的系统协调控制模块控制整个增强型深度聚焦经颅磁刺激装置的运行以及采用基于快速收敛的多目标粒子群优化算法对脑磁视图模式库中所有权威模式和现行执行刺激模式进行综合优化，选出特定目标刺激区域的多个优化刺激模式，对脑磁视图模式库的优化更新，并作为后续刺激时的优选刺激模式。

请参考图12，为另一种实施例中多目标优化算法的流程示意图，基于区域特征的多目标优化算法的模式评估模块所采用的基于区域特征的多目标优化算法，包括：

步骤一，产生初始试验磁刺激模式；

步骤二，评价初始磁刺激模式并且初始化pbest（目标最优磁刺激模式）；

步骤三，从i=1到NP（种群个数，NP取值为大于等于8的整数） 对于第i个试验磁刺激模式的pbest，识别最近的（基于试验磁刺激模式的代价最低、效益最高原则 ）nsize个邻域最优；

步骤四，更新试验磁刺激模式的优化进度速度，更新速度的获取公式为：

；

；

其中，

是在[0,4.1/nsize]范围内均匀分布的随机数，

是

的总和，

是第就i个试验磁刺激模式的个体最优的第j个最近的邻近试验磁刺激模式；

步骤五，更新试验磁刺激模式的位置，更新公式为：

；

步骤六，评价新产生的试验磁刺激模式；

步骤七，更新第i个试验磁刺激模式的pbest，结束循环；

步骤八，若终止条件满足，则结束，否则转到步骤三。

请参考图13，为一种实施例中经颅磁刺激示意图，经颅磁刺激装置包括两个第一电磁发生线圈组，一个第一电磁发生线圈组包括第一线圈1和第一线圈2，另一第一电磁发生线圈组包括第一线圈3和第一线圈4。两个第一电磁发生线圈组分别构成对偶聚焦型深度磁刺激线圈组，依据对偶聚焦型深度磁刺激线圈组的磁刺激聚焦原理，以圆形线圈为例，一组对偶聚焦型深度磁刺激线圈组产生的磁场强度近似为：

B₁=0.5×μ₀×N₁×I₁×R₁ ²×[R₁ ²+（d₁/2+x₁）²]^-（3/2）;

其中，x₁为轴线上一点到一线圈圆心的距离，磁场方向沿着轴线。

另一组对偶聚焦型深度磁刺激线圈组产生的磁场强度近似为：

B₂=0.5×μ₀×N₂×I₂×R₂ ²×[R₂ ²+（d₂/2+x₂）²]^-（3/2）;

其中，x₂为轴线上一点到一线圈圆心的距离，磁场方向沿着轴线。

两组对偶型磁刺激线圈组的轴线的空间交点就是磁场强度的最大聚焦点，且聚焦点的磁场大小为：

B=（B₁ ²+ B₂ ²+2×B₁×B₂×cosα）^1/2；

其中，α为两轴线的夹角，聚焦点的位置完全有对偶型磁刺激线圈组的轴线交点决定， 可以非常简便的决定磁刺激的刺激深度（聚焦点位置）和强度（聚焦点的合成磁场强度）。

请参考图14，为一种实施例中磁刺激装置的磁刺激时序控制示意图，刺激驱动控制模块包括时序控制和驱动电路1、时序控制和驱动电路2和时序控制和驱动电路3。两个第一线圈为完全同步磁刺激线圈，电流的时序和大小由时序控制和驱动电路1分流得到，分别为时序1和驱动电流I1。两个第二线圈为完全同步磁刺激线圈，电流的时序和大小由时序控制和驱动电路2分流得到，分别为时序2和驱动电流I2。一实施例中，时序1和时序2可相同也可不同。一实施例中，驱动电流I1和驱动电流I2可相同也可不同。刺激驱动控制模块可对第一线圈和第二线圈智能激发，实现对特定点的磁场强度和方向的智能控制。

请参考图15，为一种实施例中球状固定架的连接示意图，球状固定架与头颅固定连接后将第一线圈定位在头部的前后方。一实施例中，球状固定架的一个半球状框架设置在额头前方（前额叶前方），另一个半球状框架设置在头后部，两个半球状框架处同一水平高度位置或者与水平面成不大于15度的夹角。

请参考图16，为一种实施例中球状固定架的连接示意图，球状固定架与头颅固定连接后将第一线圈定位在头部的左右方。一实施例中，球状固定架的一个半球状框架设置在头颅的左方，另一个半球状框架设置在头颅的右方，两个半球状框架处同一水平高度位置或者与水平面成不大于15度的夹角。

一实施例中，驱动电流的值大小为1A至10kA。一实施例中，时序的频率为1kHz至10kHz。两个第一线圈在头部中产生足以使皮层神经元去极化的电场。

一实施例中，磁刺激装置预进行磁刺激的靶点区域包括以下之一：额叶、丘脑、扣带回、壳核、尾状核、海马、腹侧纹状体和杏仁核。

本发明采用精密、灵巧的结构设计，实现了经颅磁线圈刺激的刺激深度可控制，实现了线圈磁刺激的磁刺激聚焦可控；基于线圈电流的智能控制可实现经颅磁线圈刺激磁场聚焦点强度和方向的智能控制，可为经颅磁刺激治疗中的精准刺激治疗，可为脑科学、神经科学的研究提供强有力工具。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种经颅磁刺激装置，其特征在于，包括刺激驱动控制模块和磁信号发生组件；

所述磁信号发生组件用于通过定位固定连接装置与头颅固定连接，并向所述头颅内的靶点区域发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述磁信号发生组件包括第一电磁发生线圈组和第二电磁发生线圈组；

所述第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个所述第一线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于所述定位固定连接装置的中心点上；所述第二电磁发生线圈组包括两个结构相同的第二线圈，两个所述第二线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于定位固定连接装置的中心点上；所述第二线圈的直径小于与所述第一线圈的直径；

所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述第二电磁发生线圈组的两个所述第二线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

两个所述第一线圈的中轴线与两个所述第二线圈的中轴线重合；

所述刺激驱动控制模块分别与所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈和所述第二电磁发生线圈组的两个所述第二线圈电连接；所述刺激驱动控制模块用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，对所述第一线圈和/或所述第二线圈进行驱动电流的时序控制。

2.一种经颅磁刺激装置，其特征在于，包括刺激驱动控制模块和磁信号发生组件；

所述磁信号发生组件用于通过定位固定连接装置与头颅固定连接，并向所述头颅内的靶点区域发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述磁信号发生组件包括三个第一电磁发生线圈组；每个所述第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个所述第一线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于所述定位固定连接装置的中心点上；

三个所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈的中轴线共面；

每个所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述刺激驱动控制模块分别与每个所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈电连接；所述刺激驱动控制模块用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，对每个所述第一线圈进行驱动电流的时序控制。

3.一种经颅磁刺激装置，其特征在于，包括刺激驱动控制模块和磁信号发生组件；

所述磁信号发生组件用于通过定位固定连接装置与头颅固定连接，并向所述头颅内的靶点区域发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述磁信号发生组件包括四个第一电磁发生线圈组；每个所述第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个所述第一线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于所述定位固定连接装置的中心点上；

四个所述第一电磁发生线圈组中的一个所述第一线圈的外圆有公共切点；

每个所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激；

所述刺激驱动控制模块分别与每个所述第一电磁发生线圈组的两个所述第一线圈电连接；所述刺激驱动控制模块用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，对每个所述第一线圈进行驱动电流的时序控制。

4.一种经颅磁刺激系统, 其特征在于，包括：

影像获取模块，用于获取医学影像数据；所述医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像；

模型重建模块，用于对所述医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型；所述虚拟三维模型包括所述靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，所述虚拟三维模型还包括所述标志区域三维重建后的标志区三维模型；

定位固定连接装置，用于建立空间定位坐标体系，并将所述头颅固定连接在所述空间定位坐标体系中；

靶点坐标获取模块，用于将所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，并依据所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述靶点区三维模型的空间位置关系，将所述头颅内部待磁刺激的靶点区域固定设置在所述定位固定连接装置的中心点上，并将该中心点作为靶点坐标；

还包括如权利要求1至3中任一项所述的经颅磁刺激装置；所述经颅磁刺激装置，用于向所述靶点区域发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激。

5.如权利要求4所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，所述定位固定连接装置包括可拆开为两个完全相同半球状的球状固定架，所述球状固定架上设置有至少一个圆形导轨，每个所述圆形导轨的中心都位于同一条过所述球状固定架中心点的直线上；所述第一电磁发生线圈组通过所述圆形导轨固定连接所述定位固定连接装置。

6.如权利要求5所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，所述球状固定架上设置有三个所述圆形导轨，每个所述圆形导轨所在的圆平面互相成60度夹角；每个所述圆形导轨上设置有至少两个线圈固定接口，每个所述线圈固定接口均匀分布在所述圆形导轨上，所述线圈固定接口用于固定连接所述第一线圈和所述圆形导轨。

7.如权利要求4所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，所述第一线圈的形状为椭圆形或圆形。

8.如权利要求4所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，所述线圈刺激强度的获取公式包括：

B=0.5×μ₀×N×I×R²×[R²+（d/2+x）²]^-（3/2）;

μ₀=4×π×10^-7Tm/A；

其中, N为所述第一线圈的线圈匝数，I为线圈电流，R为所述第一线圈有效等效圆面积的半径，x为所述第一线圈的中心对称点到所述第一线圈有效圆的圆心的距离，d为所述第一线圈的宽度。

9.一种经颅磁刺激方法，其特征在于，包括：

获取医学影像数据；所述医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像；

对所述医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型；所述虚拟三维模型包括所述靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，所述虚拟三维模型还包括所述标志区域三维重建后的标志区三维模型；

通过定位固定连接装置建立空间定位坐标体系，并将所述头颅固定连接在所述空间定位坐标体系中；

将所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，再依据所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述靶点区三维模型的空间位置关系，将所述头颅内部待磁刺激的靶点区域固定设置在所述定位固定连接装置的中心点上，并将该中心点作为靶点位置；

将经颅磁刺激装置与所述定位固定连接装置固定连接；

通过所述经颅磁刺激装置向所述靶点区域发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求9中任一项所述的方法。

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