CN114288559A - 经颅磁刺激导航方法、系统及计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请适用于医疗技术领域，提供一种经颅磁刺激导航方法、系统及计算机设备，减少经颅磁刺激技术进行临床治疗流程的复杂度，减轻患者进行临床治疗的经济负担。本申请的方法主要包括：选定预设的标准头模型头皮上中X个虚拟特征点，对应在患者头部的头皮采集X个实际特征点；将X个实际特征点映射到标准头模型中对应的虚拟特征点，建立初步映射关系；根据初步映射关系计算患者头部与标准头模型的全局映射关系；接收对标准头模型的一个指定拾取点，得到一个刺激靶点；根据全局映射关系将刺激靶点在标准头模型的坐标转化为导航坐标；将导航坐标发送给磁刺激执行机构，以使得磁刺激执行机构按照导航坐标对患者头部执行磁刺激。

Description

经颅磁刺激导航方法、系统及计算机设备

技术领域

本申请属于医疗技术领域，尤其涉及一种经颅磁刺激导航方法、系统及计算机设备。

背景技术

经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation，TMS)技术是一种无创、无明显副作用的神经调控技术，其基本原理是：利用脉冲磁场作用于中枢神经系统(主要是大脑皮层)，脉冲磁场产生的感应电流会改变皮层神经细胞的膜电位，进而影响脑内代谢活动和神经活动。目前经颅磁刺激技术的刺激模式主要有：单脉冲、双脉冲以及重复性脉冲三种刺激模式。单脉冲和双脉冲刺激模式常用于常规电生理检查。重复性脉冲模式可应用于运动障碍类疾病、精神类疾病、病理性疼痛、癫痫、成瘾以及神经系统受损后的功能性恢复等方面的治疗。

精准定位中枢神经系统的刺激靶点是使用经颅磁刺激技术进行临床治疗的前提。目前临床中常用的刺激靶点定位方法主要有：人工定位方法和光学导航定位方法。人工定位方法主要依赖于医生的解剖学知识，定位精度难以保证。而光学导航定位方法虽然定位精度高，但是其定位设备主要依靠进口，价格昂贵，目前只有在少数一线城市的三甲医院才有。

目前市场上实现光学导航定位方法的经颅磁刺激系统必须通过采集患者的磁共振影像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)，利用患者的磁共振影像进行患者头部模型的精准三维建模，以便得到精准的患者三维头部模型用以指导磁刺激线圈的定位。为了创建出精度更好的患者三维头部模型，采集的磁共振影像需要很高的分辨率，而在临床诊断中采集的磁共振影像往往没有这么高的分辨率，并且目前采集磁共振影像费用昂贵，增加了治疗流程的复杂度和时间，对患者来说造成了额外的经济负担。

发明内容

本申请提供一种经颅磁刺激导航方法、系统及计算机设备，旨在减少经颅磁刺激技术进行临床治疗流程的复杂度，节约医生与患者的治疗时间，同时减轻患者进行经颅磁刺激技术临床治疗的经济负担。

第一方面，本申请提供一种经颅磁刺激导航方法，包括：

选定预设的标准头模型中头皮的X个虚拟特征点，所述X为大于或等于3的正整数，所述X个虚拟特征点中至少有3个所述虚拟特征点之间为非共线且非共面；

对应所述X个虚拟特征点在患者头部的头皮采集X个实际特征点；

将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点，建立所述实际特征点与所述虚拟特征点的初步映射关系；

根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系；

接收对所述标准头模型的一个指定拾取点，得到一个刺激靶点；

根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标转化为导航坐标；

将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构，以使得所述磁刺激执行机构按照所述导航坐标对所述患者头部执行磁刺激。

可选的，在选定预设的标准头模型中头皮的X个虚拟特征点之前，所述方法还包括：

获取标准模板图像，所述标准模板图像中描述有大脑皮层脑区功能分布信息；

根据所述标准模板图像创建三维的所述标准头模型；

使用气球膨胀法将所述大脑皮层脑区功能分布信息映射到所述标准头模型的外头皮表面。

可选的，所述将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点包括：

将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点，使得每个所述实际特征点与所述虚拟特征点进行刚性配准；

所述根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系包括：

基于所述实际特征点与所述虚拟特征点的所述初步映射关系，得到所述患者头部与所述标准头模型的粗略映射关系。

可选的，所述根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系包括：

选定所述标准头模型中头皮的Y个虚拟特征点，所述Y为大于或等于6的正整数，所述Y个虚拟特征点均匀分布在所述标准头模型；

对应所述Y个虚拟特征点在所述患者头部的头皮采集Y个实际特征点；

通过仿射变换优化所述Y个虚拟特征点与所述Y个实际特征点之间的映射关系，得到所述患者头部与所述标准头模型的优化映射关系。

可选的，在得到所述患者头部与所述标准头模型的优化映射关系之后，所述方法还包括：

使用基于法线的方法选定所述标准头模型中头皮的K个虚拟特征点，所述K为大于0的正整数；

采集所述患者头部的头皮K个实际特征点，所述K个实际特征点均匀分布在所述患者头部；

通过相干点漂移法将所述K个实际特征点与所述K个虚拟特征点进行非刚性配准，得到所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系。

可选的，在将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构之前，所述方法还包括：

获取所述患者头部的头部实时图像；

分析所述头部实时图像得到所述患者头部的位移坐标；

所述根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标转化为导航坐标包括：

根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标加上所述位移坐标，得到所述导航坐标；

触发执行将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构的步骤。

可选的，所述获取所述患者头部的头部实时图像包括：

通过红外双目相机获取所述患者头部特定位置的红外反光点的头部实时图像；

所述分析所述头部实时图像得到所述患者头部的位移坐标包括：

计算所述头部实时图像中所述红外反光点所处的头部跟踪坐标系与预设初始位置坐标系的坐标系转换关系；

将所述坐标系转换关系作为所述患者头部的位移坐标；

根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标加上所述位移坐标，得到所述导航坐标包括：

将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标经过所述坐标系转换关系转换后得到所述导航坐标。

可选的，所述磁刺激执行机构为多轴机械臂，磁刺激线圈固定在多轴机械臂末端。

第二方面，本申请提供一种经颅磁刺激导航系统，包括：

选定单元，用于选定预设的标准头模型中头皮的X个虚拟特征点，所述X为大于或等于3的正整数，所述X个虚拟特征点中至少有3个所述虚拟特征点之间为非共线且非共面；

采集单元，用于对应所述X个虚拟特征点在患者头部的头皮采集X个实际特征点；

映射单元，用于将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点，建立所述实际特征点与所述虚拟特征点的初步映射关系；

计算单元，用于根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系；

接收单元，用于接收对所述标准头模型的一个指定拾取点，得到一个刺激靶点；

转化单元，用于根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标转化为导航坐标；

发送单元，用于将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构，以使得所述磁刺激执行机构按照所述导航坐标对所述患者头部执行磁刺激。

可选的，所述系统还包括：

获取单元，用于获取标准模板图像，所述标准模板图像中描述有大脑皮层脑区功能分布信息；

创建单元，用于根据所述标准模板图像创建三维的所述标准头模型；

映射单元，还用于使用气球膨胀法将所述大脑皮层脑区功能分布信息映射到所述标准头模型的外头皮表面。

可选的，所述映射单元将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点时，具体用于：

将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点，使得每个所述实际特征点与所述虚拟特征点进行刚性配准；

所述计算单元根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系时，具体用于：

基于所述实际特征点与所述虚拟特征点的所述初步映射关系，得到所述患者头部与所述标准头模型的粗略映射关系。

可选的，所述计算单元根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系时，具体用于：

选定所述标准头模型中头皮的Y个虚拟特征点，所述Y为大于或等于6的正整数，所述Y个虚拟特征点均匀分布在所述标准头模型；

对应所述Y个虚拟特征点在所述患者头部的头皮采集Y个实际特征点；

通过仿射变换优化所述Y个虚拟特征点与所述Y个实际特征点之间的映射关系，得到所述患者头部与所述标准头模型的优化映射关系。

可选的，所述系统还包括：

选定单元，还用于使用基于法线的方法选定所述标准头模型中头皮的K个虚拟特征点，所述K为大于0的正整数；

采集单元，还用于采集所述患者头部的头皮K个实际特征点，所述K个实际特征点均匀分布在所述患者头部；

映射单元，还用于通过相干点漂移法将所述K个实际特征点与所述K个虚拟特征点进行非刚性配准，得到所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系。

可选的，所述系统还包括：

获取单元，还用于获取所述患者头部的头部实时图像；

分析单元，用于分析所述头部实时图像得到所述患者头部的位移坐标；

所述转化单元根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标转化为导航坐标时，具体用于：

根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标加上所述位移坐标，得到所述导航坐标；

触发执行将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构的步骤。

可选的，所述获取单元获取所述患者头部的头部实时图像时，具体用于：

通过红外双目相机获取所述患者头部特定位置的红外反光点的头部实时图像；

所述分析单元分析所述头部实时图像得到所述患者头部的位移坐标时，具体用于：

计算所述头部实时图像中所述红外反光点所处的头部跟踪坐标系与预设初始位置坐标系的坐标系转换关系；

将所述坐标系转换关系作为所述患者头部的位移坐标；

转化单元根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标加上所述位移坐标，得到所述导航坐标时，具体用于：

将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标经过所述坐标系转换关系转换后得到所述导航坐标。

可选的，所述磁刺激执行机构为多轴机械臂，磁刺激线圈固定在多轴机械臂末端。

第三方面，本申请提供一种计算机设备，包括：

处理器、存储器、总线、输入输出接口、无线网络接口；

所述处理器通过总线与所述存储器、所述输入输出接口、所述无线网络接口相连；

所述存储器中存储有程序；

所述处理器执行所述存储器中存储的所述程序时，实现前述第一方面所述经颅磁刺激导航方法。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质中存储有指令，所述指令在计算机上执行时，使得所述计算机执行如前述第一方面所述经颅磁刺激导航方法。

第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上执行时，使得所述计算机执行如前述第一方面所述经颅磁刺激导航方法。

以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请经颅磁刺激导航方法通过先在预设的标准头模型中的头皮选定X个虚拟特征点，其中X为大于或等于3的正整数，X个虚拟特征点中至少有3个虚拟特征点之间为非共线且非共面；再对应X个虚拟特征点在患者头部的头皮采集X个实际特征点，再将X个实际特征点注册到该标准头模型对应的虚拟特征点，建立实际特征点与虚拟特征点的初步映射关系，根据该初步映射关系计算得到患者头部与标准头模型的全局映射关系；再接收对标准头模型的一个指定拾取点，得到一个刺激靶点，然后根据全局映射关系将刺激靶点在标准头模型的坐标转化为导航坐标，将导航坐标发送给磁刺激执行机构，以使得磁刺激执行机构按照导航坐标对患者头部执行磁刺激。可见，本申请实施例不需要采集患者的高分辨率磁共振影像，同样可以实现对患者的经颅磁刺激导航，减少经颅磁刺激技术进行临床治疗流程的复杂度，节约医生与患者的治疗时间，同时减轻患者进行经颅磁刺激技术临床治疗的经济负担。

附图说明

图1为本申请经颅磁刺激导航方法的一个实施例流程示意图；

图2为本申请经颅磁刺激导航方法的另一个实施例流程示意图；

图3为本申请经颅磁刺激导航方法的另一个实施例流程示意图；

图4为本申请经颅磁刺激导航系统的一个实施例结构示意图；

图5为本申请计算机设备的一个实施例结构示意图；

图6为本申请模拟展示红外反光小球的支撑架被固定在患者头部的一个实施例效果示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

众所周知，人的精神疾病和大脑皮层功能异常具有密切关系，例如经研究表明：抑郁症与大脑前额叶功能异常有关，因此准确提供大脑皮层功能分区信息对于经颅磁刺激治疗至关重要。目前大部分医疗相关系统只采集患者磁共振影像(Magnetic ResonanceImaging，MRI)，未提供大脑皮层脑区功能分布信息；还有一部分医疗相关系统需要同时采集患者的磁共振影像和功能性磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)，这种方法虽然可以提供大脑皮层功能分布信息，但这种方法会使得患者需承担更高的经济负担。鉴于此，本申请提供一种无需患者头部自身个性化磁共振影像，也能实现经颅磁刺激导航的方法。

所谓经颅磁刺激导航是指：经颅磁刺激导航系统根据在指定头模型选定的虚拟特征点的坐标，将该虚拟特征点坐标转化为磁刺激执行机构的导航坐标，以实现磁刺激执行机构根据该导航坐标对患者特定部位磁刺激的过程。

请参阅图1，本申请经颅磁刺激导航方法的一个实施例，包括：

101、选定预设的标准头模型中头皮的X个虚拟特征点，X为大于或等于3的正整数，X个虚拟特征点中至少有3个虚拟特征点之间为非共线且非共面。

本步骤预设的标准头模型即为上述经颅磁刺激导航中的指定头模型，可以理解的是，由于人类头部的大脑皮层功能分区是类似的，鉴于此，本步骤可以采用标准头模型视为患者头部对应的虚拟三维模型，以便省略采集患者头部的磁共振影像和功能性磁共振成像来创建患者头部对应的个性化虚拟三维模型的过程，以便减轻患者的经济负担，同时简化医疗程序。

本步骤选定预设的标准头模型中头皮的X个虚拟特征点，其中X为大于或等于3的正整数，X个虚拟特征点中至少有3个虚拟特征点之间为非共线且非共面，非共线且非共面的至少有3个虚拟特征点可以较为清楚地反映一个具有三维空间结构的标准头模型的确切位置。该预设的标准头模型在经颅磁刺激导航系统中具有确定的空间坐标，具体为空间坐标点的集合。例如，本步骤在标准头模型的头皮上选取3个虚拟特征点，该3个虚拟特征点之间为非共线且非共面。

102、对应X个虚拟特征点在患者头部的头皮采集X个实际特征点。

对应步骤101选定的X个虚拟特征点在患者头部的头皮同样采集X个实际特征点，以便确定现实中患者头部的头皮与标准头模型的头皮之间的对应点，理论上对应点的数量X越多，患者头部与标准头模型之间后续步骤建立的映射关系就越准确。例如，对应步骤101在标准头模型的头皮上选取3个虚拟特征点，本步骤为该3个虚拟特征点分别在患者头部的头皮上采集对应的实际特征点。例如，本步骤可以使用光学探针对患者头部的实际特征点进行定位采集。

103、将X个实际特征点映射到标准头模型中对应的虚拟特征点，建立实际特征点与虚拟特征点的初步映射关系。

将步骤102中采集的X个实际特征点映射到标准头模型中对应的虚拟特征点，使得每个实际特征点与虚拟特征点进行刚性配准，得到实际特征点与虚拟特征点的初步映射关系。所谓刚性配准是指使得对应点的两个坐标重合。例如，将步骤101中选定的X个虚拟特征点的坐标分别与步骤102中对应采集的实际特征点重合，建立实际特征点与虚拟特征点的初步映射关系。

104、根据初步映射关系计算患者头部与标准头模型的全局映射关系。

基于步骤103建立的实际特征点与虚拟特征点的初步映射关系，那么可以直接将标准头模型视为患者头部对应的三维虚拟模型，其中该标准头模型与患者头部之间有步骤103中X个虚拟特征点与X个实际特征点是绝对一一对应的，其余标准头模型的点坐标与患者头部之间的实际点是大概对应的，可见，这样也可以建立了患者头部与标准头模型的粗略映射关系(粗略的全局映射关系)。

进一步的，在上述患者头部与标准头模型的粗略映射关系的基础上，还可以选定标准头模型中头皮的Y个虚拟特征点，其中Y为大于或等于6的正整数，Y个虚拟特征点均匀分布在标准头模型，对应Y个虚拟特征点在患者头部的头皮采集Y个实际特征点，通过仿射变换优化Y个虚拟特征点与Y个实际特征点之间的映射关系，使得患者头部与标准头模型之间具有更多相互对应的对应点，得到患者头部与标准头模型的优化映射关系(优化的全局映射关系)。

更进一步的，在上述患者头部与标准头模型的优化映射关系基础上，还可以使用基于法线的方法选定标准头模型头皮的K个虚拟特征点，其中K为大于0的正整数，且K越大越好；采集患者头部的头皮K个实际特征点，K个实际特征点均匀分布在患者头部；通过相干点漂移法将患者头部的K个虚拟特征点与标准头模型的K个虚拟特征点进行非刚性配准，使得标准头模型与患者头部的轮廓更加贴近，得到患者头部与标准头模型的全局映射关系(最终的全局映射关系)。

105、接收对标准头模型的一个指定拾取点，得到一个刺激靶点。

在步骤104得到患者头部与标准头模型之间的全局映射关系之后，本步骤可以接收操作人员对标准头模型的指定拾取点，该拾取点为即将对患者头部进行磁刺激的目标点，得到一个刺激靶点。在另外的实施例中，此处的指定拾取点的个数优选根据磁刺激执行机构一次性能进行磁刺激的个数进行确定。

106、根据全局映射关系将刺激靶点在标准头模型的坐标转化为导航坐标。

由于步骤104已经建立了患者头部与标准头模型的全局映射关系，那么磁刺激执行机构可以得知患者头部所在的空间位置，刺激靶点与患者头部存在有对应的实际特征点，刺激执行机构对患者头部对应的实际特征点进行磁刺激时，通常磁刺激执行机构的磁线圈与刺激靶点形成特定的角度、与刺激靶点具有特定的空间距离等，本步骤则将刺激靶点在标准头模型的坐标转化为导航坐标，该导航坐标用于指引刺激执行机构对患者头部对应的实际特征点进行磁刺激。

107、将导航坐标发送给磁刺激执行机构，以使得磁刺激执行机构按照导航坐标对患者头部执行磁刺激。

本步骤的磁刺激执行机构优选为多轴机械臂，磁刺激线圈固定在多轴机械臂末端，多轴机械臂具体可以为六轴柔性机械臂。磁刺激线圈为经颅磁刺激设备的一部分，该部分被固定在多轴机械臂的末端。

可见，本申请实施例不需要采集患者的高分辨率磁共振影像，同样可以实现对患者的经颅磁刺激导航，减少经颅磁刺激技术进行临床治疗流程的复杂度，节约医生与患者的治疗时间，同时减轻患者进行经颅磁刺激技术临床治疗的经济负担。

请参阅图2，在上述图1的步骤101之前，本申请实施例需要提前建立预设的标准头模型，并进行备份，以便为每一个患者进行经颅磁刺激导航时都具有一个基础的标准头模型，图2实施例描述标准头模型的建立过程。本申请经颅磁刺激导航方法的另一个实施例还包括：

201、获取标准模板图像，标准模板图像中描述有大脑皮层脑区功能分布信息。

例如，获取脑图谱的标准模板图像为：Anatomical Automatic Labeling(AAL)模板、或Brodmann模板等，其中ALL模板是基于磁共振影像将大脑皮层划分成90个脑区，每个脑区都有不同的颜色和名称，即标准模板图像中描述有大脑皮层脑区功能分布信息。标准模板图像目前已经有开放的数据库，可以在相关网站上直接下载，在此对标准模板图像的类型不做限定。

202、根据标准模板图像创建三维的标准头模型。

由于标准模板图像中包含有创建三维的标准头模型的所需信息，本步骤可以根据标准模板图像创建三维的标准头模型，创建的标准头模型主要包括灰质、白质、脑脊液、颅骨以及头皮五个部分，创建好的标准头模型可以保存下来，只需重建一次就可以实现重复使用。

例如，通过医学影像分析软件MRIcron分割标准模板图像，并保存为bmp图片序列，所谓bmp图片序列是指Bitmap位图图像；再将Bitmap位图图像导入Simpleware软件中进行患者头部的三维虚拟头模型构建，并将该三维虚拟头模型导出保存为STL格式。

203、使用气球膨胀法将大脑皮层脑区分布信息映射到标准头模型的外头皮表面。

本步骤可以利用气球膨胀法(ballon-inflation)将标准模板图像中的大脑皮层脑区分布信息映射到标准头模型的外头皮表面，使得操作人员在选择磁刺激靶点时可以基于大脑皮层功能信息作为参考，使得选择的磁刺激靶点更加精准。

可以理解的是，患者头部在进行经颅磁刺激的磁刺激治疗的过程中有可能会发生偏移、旋转等空间位置变化，导致磁刺激执行机构对准的磁刺激靶点脱靶，影响经颅磁刺激的治疗效果，为了解决上述问题，请参阅图3，在上述图1的步骤106之前，本申请经颅磁刺激导航方法的另一个实施例还包括：

301、获取患者头部的头部实时图像。

例如，请参阅图6，图6为本申请模拟展示红外反光小球的支撑架被固定在患者头部的一个实施例效果示意图，本步骤可以在患者头部固定3个或3个以上的红外反光小球，这些红外反光小球中至少有3个小球之间的空间位置关系是不共线且不共面，由于红外反光小球是固定在患者头部(例如3个红外反光小球通过一个支撑架固定在患者头部)，可以通过红外双目视觉相机实时采集患者头部固定的支撑架上3个红外反光小球的标记点图像。

302、分析头部实时图像得到患者头部的位移坐标。

具体的，计算所述头部实时图像中所述红外反光点所处的头部跟踪坐标系与预设初始位置坐标系的坐标系转换关系，此处的预设初始位置坐标可以为预设原点坐标、也可以是特定时刻(例如前一时刻)的该红外反光点的坐标、或者是红外双目视觉相机的相机坐标系。此处的差值坐标可以为正数或负数。

例如，通过红外双目视觉相机识别患者头部红外反光小球的标记点所代表的头部跟踪坐标系，由于这些标记点可以通过标准的支撑架固定在患者头部，使得支撑架上的标记点可以很好地被红外双目视觉相机的双目视觉系统准确识别，并通过分析前后时刻间标记点图像中反映出的头部跟踪坐标系的运行轨迹，得到头部跟踪坐标系的运动补偿坐标，此时红外双目视觉相机不需要知道头部跟踪坐标系中患者头部的实际空间位置，只需要得知得到头部跟踪坐标系的运动补偿坐标，就是患者头部的运动补偿坐标，因为患者头部在头部跟踪坐标系是绝对位置关系。

303、根据全局映射关系将刺激靶点在标准头模型的坐标加上位移坐标，得到导航坐标。

由于全局映射关系是标准头模型与患者头部初始位置之间的对应关系，当患者头部在进行经颅磁刺激的磁刺激治疗的过程中发生空间位置变化时，本步骤需要将刺激靶点在标准头模型的坐标加上位移坐标，得到导航坐标，该导航坐标为刺激靶点在标准头模型的坐标经过坐标系转换关系转换后得到补偿后的导航坐标，使经颅磁刺激过程的磁刺激线圈在磁刺激执行机构的带动下处于最合适刺激位置，实现较好的磁刺激治疗效果。

304、触发执行将导航坐标发送给磁刺激执行机构的步骤。

刺激靶点在磁刺激执行机构空间中的导航坐标通过上位机软件发送给磁刺激执行机构，控制磁刺激执行机构的末端磁刺激线圈移动到刺激靶点并进行磁刺激治疗，磁刺激治疗过程中通过图3实施例过程进行实时跟踪，控制磁刺激执行机构实时补偿移动，保证刺激线圈不脱靶。

在另外的实施例中，还可以通过手眼标定法将刺激靶点坐标映射到磁刺激执行机构的空间坐标中，由红外双目相机配合磁刺激执行机构执行图3类似过程得到患者头部的位移坐标，并对刺激靶点坐标进行补偿，同样可以达到精准对刺激靶点进行治疗的目的。

上述实施例对本申请经颅磁刺激导航方法进行了描述说明，下面对本申请经颅磁刺激导航系统进行描述，请参阅图4，经颅磁刺激导航系统的实施例包括：

选定单元401，用于选定预设的标准头模型中头皮的X个虚拟特征点，所述X为大于或等于3的正整数，所述X个虚拟特征点中至少有3个所述虚拟特征点之间为非共线且非共面；

采集单元402，用于对应所述X个虚拟特征点在患者头部的头皮采集X个实际特征点；

映射单元403，用于将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点，建立所述实际特征点与所述虚拟特征点的初步映射关系；

计算单元404，用于根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系；

接收单元405，用于接收对所述标准头模型的一个指定拾取点，得到一个刺激靶点；

转化单元406，用于根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标转化为导航坐标；

发送单元407，用于将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构，以使得所述磁刺激执行机构按照所述导航坐标对所述患者头部执行磁刺激。

可选的，所述系统还包括：

获取单元408，用于获取标准模板图像，所述标准模板图像中描述有大脑皮层脑区功能分布信息；

创建单元409，用于根据所述标准模板图像创建三维的所述标准头模型；

映射单元403，还用于使用气球膨胀法将所述大脑皮层脑区功能分布信息映射到所述标准头模型的外头皮表面。

可选的，所述映射单元403将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点时，具体用于：

将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点，使得每个所述实际特征点与所述虚拟特征点进行刚性配准；

所述计算单元404根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系时，具体用于：

基于所述实际特征点与所述虚拟特征点的所述初步映射关系，得到所述患者头部与所述标准头模型的粗略映射关系。

可选的，所述计算单元404根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系时，具体用于：

选定所述标准头模型中头皮的Y个虚拟特征点，所述Y为大于或等于6的正整数，所述Y个虚拟特征点均匀分布在所述标准头模型；

对应所述Y个虚拟特征点在所述患者头部的头皮采集Y个实际特征点；

通过仿射变换优化所述Y个虚拟特征点与所述Y个实际特征点之间的映射关系，得到所述患者头部与所述标准头模型的优化映射关系。

可选的，所述系统还包括：

选定单元401，还用于使用基于法线的方法选定所述标准头模型中头皮的K个虚拟特征点，所述K为大于0的正整数；

采集单元402，还用于采集所述患者头部的头皮K个实际特征点，所述K个实际特征点均匀分布在所述患者头部；

映射单元403，还用于通过相干点漂移法将所述K个实际特征点与所述K个虚拟特征点进行非刚性配准，得到所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系。

可选的，所述系统还包括：

获取单元408，还用于获取所述患者头部的头部实时图像；

分析单元410，用于分析所述头部实时图像得到所述患者头部的位移坐标；

所述转化单元406根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标转化为导航坐标时，具体用于：

根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标加上所述位移坐标，得到所述导航坐标；

触发执行将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构的步骤。

可选的，所述获取单元408获取所述患者头部的头部实时图像时，具体用于：

通过红外双目相机获取所述患者头部特定位置的红外反光点的头部实时图像；

所述分析单元410分析所述头部实时图像得到所述患者头部的位移坐标时，具体用于：

计算所述头部实时图像中所述红外反光点所处的头部跟踪坐标系与预设初始位置坐标系的坐标系转换关系；

将所述坐标系转换关系作为所述患者头部的位移坐标；

所述转化单元406根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标加上所述位移坐标，得到所述导航坐标时，具体用于：

将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标经过所述坐标系转换关系转换后得到所述导航坐标。

可选的，所述磁刺激执行机构为多轴机械臂，磁刺激线圈固定在多轴机械臂末端。

本申请实施例的经颅磁刺激导航系统，其所执行的操作与前述图1、图2以及图3实施例中所执行的操作类似，在此不再进行赘述。

可见，本申请实施例不需要采集患者的高分辨率磁共振影像，同样可以实现对患者的经颅磁刺激导航，减少经颅磁刺激技术进行临床治疗流程的复杂度，节约医生与患者的治疗时间，同时减轻患者进行经颅磁刺激技术临床治疗的经济负担。

下面对本申请实施例的计算机设备进行描述，请参阅图5，本申请实施例中计算机设备的一个实施例包括：

该计算机设备500可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU)501和存储器502，该存储器502中存储有一个或一个以上的应用程序或数据。其中，存储器502是易失性存储或持久存储。存储在存储器502的程序可以包括一个或一个以上模块，每个模块可以包括对计算机设备中的一系列指令操作。更进一步地，处理器501可以设置为与存储器502通信，在计算机设备500上执行存储器502中的一系列指令操作。计算机设备500还可以包括一个或一个以上无线网络接口503，一个或一个以上输入输出接口504，和/或，一个或一个以上操作系统，例如Windows Server，Mac OS，Unix,Linux，FreeBSD等。该处理器501可以执行前述图1至图3所示实施例中所执行的操作，具体此处不再赘述。

在本申请实施例所提供的几个实施例中，本领域技术人员应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，该单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，read-only memory)、随机存取存储器(RAM，randomaccess memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种经颅磁刺激导航方法，其特征在于，包括：

选定预设的标准头模型中头皮的X个虚拟特征点，所述X为大于或等于3的正整数，所述X个虚拟特征点中至少有3个所述虚拟特征点之间为非共线且非共面；

对应所述X个虚拟特征点在患者头部的头皮采集X个实际特征点；

将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点，建立所述实际特征点与所述虚拟特征点的初步映射关系；

根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系；

接收对所述标准头模型的一个指定拾取点，得到一个刺激靶点；

根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标转化为导航坐标；

将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构，以使得所述磁刺激执行机构按照所述导航坐标对所述患者头部执行磁刺激。

2.根据权利要求1所述的经颅磁刺激导航方法，其特征在于，在选定预设的标准头模型中头皮的X个虚拟特征点之前，所述方法还包括：

获取标准模板图像，所述标准模板图像中描述有大脑皮层脑区功能分布信息；

根据所述标准模板图像创建三维的所述标准头模型；

使用气球膨胀法将所述大脑皮层脑区功能分布信息映射到所述标准头模型的外头皮表面。

3.根据权利要求2所述的经颅磁刺激导航方法，其特征在于，所述将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点包括：

将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点，使得每个所述实际特征点与所述虚拟特征点进行刚性配准；

所述根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系包括：

基于所述实际特征点与所述虚拟特征点的所述初步映射关系，得到所述患者头部与所述标准头模型的粗略映射关系。

4.根据权利要求3所述的经颅磁刺激导航方法，其特征在于，所述根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系包括：

选定所述标准头模型中头皮的Y个虚拟特征点，所述Y为大于或等于6的正整数，所述Y个虚拟特征点均匀分布在所述标准头模型；

对应所述Y个虚拟特征点在所述患者头部的头皮采集Y个实际特征点；

通过仿射变换优化所述Y个虚拟特征点与所述Y个实际特征点之间的映射关系，得到所述患者头部与所述标准头模型的优化映射关系。

5.根据权利要求4所述的经颅磁刺激导航方法，其特征在于，在得到所述患者头部与所述标准头模型的优化映射关系之后，所述方法还包括：

使用基于法线的方法选定所述标准头模型中头皮的K个虚拟特征点，所述K为大于0的正整数；

采集所述患者头部的头皮K个实际特征点，所述K个实际特征点均匀分布在所述患者头部；

通过相干点漂移法将所述K个实际特征点与所述K个虚拟特征点进行非刚性配准，得到所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系。

6.根据权利要求1所述的经颅磁刺激导航方法，其特征在于，在将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构之前，所述方法还包括：

获取所述患者头部的头部实时图像；

分析所述头部实时图像得到所述患者头部的位移坐标；

所述根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标转化为导航坐标包括：

根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标加上所述位移坐标，得到所述导航坐标；

触发执行将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构的步骤。

7.根据权利要求6所述的经颅磁刺激导航方法，其特征在于，所述获取所述患者头部的头部实时图像包括：

通过红外双目相机获取所述患者头部特定位置的红外反光点的头部实时图像；

所述分析所述头部实时图像得到所述患者头部的位移坐标包括：

计算所述头部实时图像中所述红外反光点所处的头部跟踪坐标系与预设初始位置坐标系的坐标系转换关系；

将所述坐标系转换关系作为所述患者头部的位移坐标；

根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标加上所述位移坐标，得到所述导航坐标包括：

将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标经过所述坐标系转换关系转换后得到所述导航坐标。

8.根据权利要求1所述的经颅磁刺激导航方法，其特征在于，所述磁刺激执行机构为多轴机械臂，磁刺激线圈固定在多轴机械臂末端。

9.一种经颅磁刺激导航系统，其特征在于，包括：

选定单元，用于选定预设的标准头模型中头皮的X个虚拟特征点，所述X为大于或等于3的正整数，所述X个虚拟特征点中至少有3个所述虚拟特征点之间为非共线且非共面；

采集单元，用于对应所述X个虚拟特征点在患者头部的头皮采集X个实际特征点；

映射单元，用于将X个所述实际特征点映射到所述标准头模型中对应的虚拟特征点，建立所述实际特征点与所述虚拟特征点的初步映射关系；

计算单元，用于根据所述初步映射关系计算所述患者头部与所述标准头模型的全局映射关系；

接收单元，用于接收对所述标准头模型的一个指定拾取点，得到一个刺激靶点；

转化单元，用于根据所述全局映射关系将所述刺激靶点在所述标准头模型的坐标转化为导航坐标；

发送单元，用于将所述导航坐标发送给磁刺激执行机构，以使得所述磁刺激执行机构按照所述导航坐标对所述患者头部执行磁刺激。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括：

处理器、存储器、总线、输入输出接口、无线网络接口；

所述处理器通过总线与所述存储器、所述输入输出接口、所述无线网络接口；

所述存储器中存储有程序；

所述处理器执行所述存储器中存储的所述程序时，实现如权利要求1至8中任意一项所述的经颅磁刺激导航方法。

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