CN116440419A - 一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置及方法，包括：采集个体颅脑MRI数据，将所述个体颅脑MRI数据与预设的分区模板进行配准，得到个体颅脑功能分区和颅脑皮层靶点的MNI坐标；根据个体颅脑功能分区和颅脑皮层靶点的MNI坐标，通过神经光学导航系统定位经颅磁刺激靶点；根据经颅磁刺激靶点建立靶点映射模型，基于所述靶点映射模型制作经颅磁刺激治疗辅助定位装置。本发明整合了脑解剖结构和脑功能区域的脑网络图谱信息，融和个体化脑结构影像和光学神经导航系统定位，最终以简易的经颅磁刺激治疗辅助定位装置形式呈现，具有定位客观精准、操作方便快捷、患者配合度高、体验感好、临床适用性广的优势，有助于提高TMS总体疗效。
Description
技术领域
本发明涉及经颅磁刺激治疗技术领域，具体地，涉及一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置及方法。
背景技术
经颅磁刺激技术是一种基于电磁感应与电磁转换原理，利用刺激发生器内高压电容产生高压电流作用于刺激线圈，产生时变磁场无衰减地穿透颅骨，刺激大脑皮层以及外周神经，改变神经细胞动作电位，从而引发系列生理生化反应的磁刺激技术。重复经颅磁刺激(Repeated Transcranial Magnetic Stimulation，rTMS)作为一种无痛无创的神经调控方法，目前已应用在多种神经精神类疾病中，如抑郁症、强迫症、脑梗死后遗症等。
在临床实践中，rTMS疗效在个体间存在较大差异，其主要原因之一是缺乏精准便捷的靶点定位方法及辅助工具，导致经颅磁靶点定位的盲目性及随意性。此外，患者在治疗过程中容易因头部移动导致靶点脱位，以上原因均极大影响TMS发挥有效的治疗作用。因此，亟需对现有经颅磁定位方法及定位辅助工具进行改进。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置及方法，提高了经颅磁治疗靶点定位的准确性和临床操作的便捷性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种经颅磁刺激治疗辅助定位方法，包括：
采集个体颅脑MRI数据，将所述个体颅脑MRI数据与预设的分区模板进行配准，得到个体颅脑功能分区和颅脑皮层靶点的MNI坐标；
根据个体颅脑功能分区和颅脑皮层靶点的MNI坐标，通过神经光学导航系统定位经颅磁刺激靶点；
根据经颅磁刺激靶点建立靶点映射模型，基于所述靶点映射模型制作经颅磁刺激治疗辅助定位装置。
进一步地，上述预设的分区模板为Brainnetome Atlas分区模板，所述个体颅脑功能分区包括情绪相关回路、认知相关回路和运动相关回路对应的42个精细脑区。
进一步地，上述通过神经光学导航系统定位经颅磁刺激靶点包括：
对神经光学导航系统进行校准；
导入个体颅脑MRI数据，对所述个体颅脑MRI数据进行分割，得到用于导航的3D头模；
根据颅脑皮层靶点的MNI坐标在所述3D头模上定位经颅磁刺激靶点。
进一步地，上述根据经颅磁刺激靶点建立靶点映射模型包括：
采集个体头部位姿并进行头型扫描，根据头型扫描结果、个体颅脑功能分区和及10-20衍生系统布局确定3D头模的结构；
根据10-20脑电导联系统的电极布局在3D头模上设置若干个无电极的定位靶点并保留64位导联系统中的辅助靶点；
根据10-20衍生系统256导联的布局在3D头模上设置横竖经纬线；
沿与经颅磁治疗一致的方向，使用指针工具在3D头模上确定与经颅磁刺激靶点对应的位点；
根据个体颅脑MRI数据，通过神经光学导航系统获取位点的坐标信息；
根据位点的坐标信息，通过机器聚类学习方法，建立靶点映射模型。
进一步地，上述对个体颅脑MRI数据进行分割包括：
根据Nasion-Ear基准坐标确定鼻根-左耳-右耳三点并标记得到第一基准点集；
进行AC-PC标记，确定前连合点、后连合点以及半球点并标记得到第二基准点集；
根据第一基准点集和第二基准点集创建3D头模；
根据预设分割阈值对3D头模进行头皮分割和脑分割。
进一步地，上述根据预设分割阈值对3D头模进行头皮分割和脑分割包括：
调整预设分割阈值，直到大脑与其它头部结构达到目标分离度；
对3D头模进行光滑或腐蚀处理，直到得到理想的3D头模。
一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置，包括壳体，所述壳体上设有固定装置和两个耳孔，所述壳体包括额叶区、顶叶区、枕叶区和颞叶区，所述壳体表面设有横竖经纬线，所述横竖经纬线之间标记有若干个经颅磁刺激靶点。
进一步地，上述额叶区、顶叶区、枕叶区和颞叶区根据Brainnetome Atlas分区模板划分为情绪相关回路、认知相关回路和运动相关回路对应的42个精细脑区。
进一步地，上述壳体为半球状，所述壳体材料为弹性材料。
进一步地，上述壳体上还根据10-20脑电导联系统的电极布局设置有若干个无电极的定位靶点，并保留有64位导联系统中的辅助靶点。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
本发明提供的一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置及方法整合了脑解剖结构和脑功能区域的脑网络图谱信息，融和个体化脑结构影像和光学神经导航系统定位，最终以简易的经颅磁刺激治疗辅助定位装置形式呈现，具有定位客观精准、操作方便快捷、患者配合度高、体验感好、临床适用性广等优势，有助于提高TMS总体疗效。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施方式中经颅磁刺激治疗辅助定位方法流程示意图；
图2是本发明实施方式中经颅磁刺激治疗辅助定位装置俯视结构示意图；
图3是本发明实施方式中经颅磁刺激治疗辅助定位装置俯视结构示意图；
图4是本发明实施方式中经颅磁刺激治疗辅助定位装置俯视结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1，在本发明的其中一个实施方式中，一种经颅磁刺激治疗辅助定位方法，包括：
S101：采集个体颅脑MRI数据，将所述个体颅脑MRI数据与预设的分区模板进行配准，得到个体颅脑功能分区和颅脑皮层靶点的MNI坐标；
在本实施方式中，MRI数据由西门子3T(20单元头部线圈)采集所得，具体序列及参数如下：脑结构：序列:3D MPRAGE-T1：TR/TE/inversion time(TI)/FA＝2530ms/2.98ms/1100ms/7°；Matrix＝256×256；resolution＝256×256；thickness＝1.0mm；扫描:沿着矢状位slices＝192,最后体素voxel size＝1×1×1mm3。随后将个体MRI数据与BrainnetomeAtlas分区模板进行配准，得到个体化的功能分区，并得到各皮层靶点确切的MNI坐标位置。采用中科院自动化研究所脑网络组研究中心团队图谱，分区模板Brainnetome Atlas将大脑皮层解剖划分为246个精细脑区亚区。本发明方案选取情绪相关回路、认知相关回路以及运动相关回路涉及的42个精细脑区，基本覆盖经颅磁刺激的可能治疗靶点。这些相关脑区涉及额上回、额中回、额下回、顶上小叶和顶下小叶、楔前叶以及枕外侧回部分脑区，该部分脑区包含传统的经颅磁治疗靶点前额叶背外侧皮层DLPFC、运动皮层M1以及辅助运动区(supplementary motor area，SMA)。由此得到个体感兴趣脑区靶点的MNI空间坐标位置。
S102：根据个体颅脑功能分区和颅脑皮层靶点的MNI坐标，通过神经光学导航系统定位经颅磁刺激靶点；
在本实施方式中，在得到个体颅脑MRI结构数据以及感兴趣脑区皮层靶点确切的MNI空间坐标位置后，通过经颅磁光学导航设备Visor2实现精准定位导航，Visor2导航系统支持导入个体或标准MRI数据，并可实时显示经颅磁刺激靶点脑区，轻松实现线圈位置、距离、旋转和翻转角度信息的定位。Visor2导航系统通过NDI公司的光学定位系统Polaris对头部运动以及刺激线圈进行追踪，实现无框架定位。
其中，Visor2导航系统的工作步骤包括：
对Visor2导航系统进行校准。校准板在3D导航校准线圈时使用，校准时需将线圈中心与校准板中心刻度重合并固定，确保线圈上的控制点是固定的，并保证线圈与校准板能够同时被NDI摄像头追踪到；
设备校准后，导入个体MRI数据并对数据进行分割生成用于导航的3D头模。创建头模前需设置MRI基准点，首先根据Nasion-Ear基准坐标确定鼻根-左耳-右耳三点并标记，然后可进行AC-PC标记，确定前连合点、后连合点以及半球点三点并标记。在基准点标记完成后创建头模，并设置阈值进行头皮分割和脑分割。针对头皮分割可调整阈值直到头部伪影消失，针对大脑分割需要调整阈值使得大脑和其余头部结构间达到足够程度的分离，若头模生成不理想可对头模进行光滑或腐蚀处理，或可重新调整阈值；
3D头模生成后需要定义刺激靶点，本实施方式中选择预先设定的感兴趣脑区皮层靶点并以MNI坐标形式键入。
确定刺激靶点后可实施在线精准导航，导航过程中线圈跟踪器必须牢固连接到线圈上，并可在导航期间跟踪线圈的位置和方向。同时患者头部需要佩戴包含四个红外反光小球的定位辅助器件头部追踪器，红外摄像机发射红外光源，通过红外小球可以间接获得患者的头部位姿。在线导航首先需要用指针工具进行耳-鼻坐标系标定，并结合患者的头皮形状信息进行头型扫描。
S103：根据经颅磁刺激靶点建立靶点映射模型，基于所述靶点映射模型制作经颅磁刺激治疗辅助定位装置。
在本实施方式中，将已重建的个体3D头模结合患者头皮形状信息进行头型扫描，采用红外光学摄像和导光装置，实施刺激线圈与头皮距离和角度的严格控制，再将颅内皮层靶点落实于经颅磁定位帽实现刺激靶点精准定位。
其中，建立靶点映射模型首先需要通过结合大脑结构功能分区以及10-20衍生系统布局确定经颅磁刺激治疗辅助定位装置的结构和形状。经颅磁刺激治疗辅助定位装置设置为半球形状的外壳体，包括两耳孔和松紧带，耳孔设置在外壳体左右两侧中部边缘处。帽子采用白色的具有弹性的材质构成，同时根据大脑重要沟回划分额叶、顶叶、枕叶、颞叶。依照10-20脑电导联系统的电极布局设置多个无电极的定位靶点，保留64位导联系统重要参考点Fp1、Fp2、Iz等以及F3、F4、P3、P4等重要辅助靶点位置。在定位帽表面依据10-20衍生系统256导联的布局设置横竖经纬线，作为靶点定位的精细坐标辅助参考。在精细划分脑区和光学精准导航的基础上，依照与经颅磁治疗相一致的方向，使用指针工具在经颅磁定位帽上确定与刺激靶点对应的位点。通过同一个体颅内皮层靶点与经颅磁刺激治疗辅助定位装置位点多次匹配比较，减小经颅磁刺激治疗辅助定位装置位点间距误差，随后收集大量个体化核磁数据进行精准导航，依照经颅磁刺激治疗辅助定位装置的精细布局分辨率得到经颅磁刺激治疗辅助定位装置位点的具体坐标信息。然后，采用聚类的机器学习方法建立颅内皮层靶点和经颅磁刺激治疗辅助定位装置位点的精准映射关系，得到靶点映射模型。
在本实施方式中，经颅磁刺激治疗辅助定位方法包括三个核心步骤：个体脑网络组图谱划分；基于神经光学导航系统的靶点精准定位；靶点映射模型的建立和经颅磁刺激治疗辅助定位装置的制作。本申请在中科院脑网络组图谱的基础上，结合神经光学导航系统，使用患者颅脑核磁共振扫描图像结合患者头皮形状信息重建三维模型，对经颅磁刺激线圈位置进行实时跟踪，实现经颅磁刺激定位；基于脑网络组图谱和神经光学导航将靶点可视化于经颅磁刺激治疗辅助定位装置，经颅磁刺激治疗辅助定位装置的结构和形状的确定依据大脑结构功能分区以及10-20衍生系统布局，根据大脑重要沟回划分额叶、顶叶、枕叶、颞叶，包含情绪、认知、运动相关神经环路的42个精细脑区，由于脑网络组图谱采用中科院自动化研究所脑网络组研究中心团队图谱，分区模板Brainnetome Atlas将大脑皮层解剖划分为246个精细脑区亚区，脑区亚区间的多模态连接模式比传统的Brodmann图谱精细4-5倍。该图谱突破了传统脑图谱绘制的瓶颈，利用脑解剖和功能连接信息对脑区进行精细划分，定位客观精准。而经颅磁刺激治疗辅助定位装置设置靶点不仅包含经颅磁传统刺激靶区，还包含情绪、认知、运动相关神经环路的42个精细脑区，基本覆盖经颅磁刺激的可能治疗靶点，临床适用性广。患者在经颅磁治疗前只需测量一次，3D打印生成个体化经颅磁刺激治疗辅助定位装置，在随后20次经颅磁治疗中佩戴使用，避免了每次治疗均需全程在神经导航引导下(耗时耗力)及患者长时间保持固定坐姿。通过一人一帽的设置确保治疗过程中刺激靶区的一致性，靶点定位准确、操作方便快捷、患者体验感好、配合度高。
参照图2-4，在本发明的其中一个实施方式中，一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置，包括壳体，所述壳体上设有固定装置和两个耳孔，所述壳体包括额叶区、顶叶区、枕叶区和颞叶区，所述壳体表面设有横竖经纬线，所述横竖经纬线之间标记有若干个经颅磁刺激靶点。所述额叶区、顶叶区、枕叶区和颞叶区根据Brainnetome Atlas分区模板划分为情绪相关回路、认知相关回路和运动相关回路对应的42个精细脑区。所述壳体为半球状，所述壳体材料为弹性材料。所述壳体上还根据10-20脑电导联系统的电极布局设置有若干个无电极的定位靶点，并保留有64位导联系统中的辅助靶点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种经颅磁刺激治疗辅助定位方法，其特征在于，包括：
采集个体颅脑MRI数据，将所述个体颅脑MRI数据与预设的分区模板进行配准，得到个体颅脑功能分区和颅脑皮层靶点的MNI坐标；
根据个体颅脑功能分区和颅脑皮层靶点的MNI坐标，通过神经光学导航系统定位经颅磁刺激靶点；
根据经颅磁刺激靶点建立靶点映射模型，基于所述靶点映射模型制作经颅磁刺激治疗辅助定位装置。
2.根据权利要求1所述的经颅磁刺激治疗辅助定位方法，其特征在于，所述预设的分区模板为Brainnetome Atlas分区模板，所述个体颅脑功能分区包括情绪相关回路、认知相关回路和运动相关回路对应的42个精细脑区。
3.根据权利要求1或2所述的经颅磁刺激治疗辅助定位方法，其特征在于，所述通过神经光学导航系统定位经颅磁刺激靶点包括：
对神经光学导航系统进行校准；
导入所述个体颅脑MRI数据，对所述个体颅脑MRI数据进行分割，得到用于导航的3D头模；
根据颅脑皮层靶点的MNI坐标在所述3D头模上定位经颅磁刺激靶点。
4.根据权利要求3所述的经颅磁刺激治疗辅助定位方法，其特征在于，所述根据经颅磁刺激靶点建立靶点映射模型包括：
采集个体头部位姿并进行头型扫描，根据头型扫描结果、个体颅脑功能分区和及10-20衍生系统布局确定所述3D头模的结构；
根据10-20脑电导联系统的电极布局在所述3D头模上设置若干个无电极的定位靶点并保留64位导联系统中的辅助靶点；
根据10-20衍生系统256导联的布局在所述3D头模上设置横竖经纬线；
沿与经颅磁治疗一致的方向，使用指针工具在所述3D头模上确定与所述经颅磁刺激靶点对应的位点；
根据所述个体颅脑MRI数据，通过所述神经光学导航系统获取位点的坐标信息；
根据位点的坐标信息，通过机器聚类学习方法，建立所述靶点映射模型。
5.根据权利要求3所述的经颅磁刺激治疗辅助定位方法，其特征在于，所述对个体颅脑MRI数据进行分割包括：
根据Nasion-Ear基准坐标确定鼻根-左耳-右耳三点并标记得到第一基准点集；
进行AC-PC标记，确定前连合点、后连合点以及半球点并标记得到第二基准点集；
根据所述第一基准点集和所述第二基准点集创建所述3D头模；
根据预设分割阈值对所述3D头模进行头皮分割和脑分割。
6.根据权利要求5所述的经颅磁刺激治疗辅助定位方法，其特征在于，所述根据预设分割阈值对所述3D头模进行头皮分割和脑分割还包括：
调整预设分割阈值，直到大脑与其它头部结构达到目标分离度；
对所述3D头模进行光滑或腐蚀处理，直到得到理想的3D头模。
7.一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体上设有固定装置和两个耳孔，所述壳体包括额叶区、顶叶区、枕叶区和颞叶区，所述壳体表面设有横竖经纬线，所述横竖经纬线之间标记有若干个经颅磁刺激靶点。
8.根据权利要求7所述的经颅磁刺激治疗辅助定位装置，其特征在于，所述额叶区、顶叶区、枕叶区和颞叶区根据Brainnetome Atlas分区模板划分为情绪相关回路、认知相关回路和运动相关回路对应的42个精细脑区。
9.根据权利要求7所述的经颅磁刺激治疗辅助定位装置，其特征在于，所述壳体为半球状，所述壳体材料为弹性材料。
10.根据权利要求8所述的经颅磁刺激治疗辅助定位装置，其特征在于，所述壳体上还根据10-20脑电导联系统的电极布局设置有若干个无电极的定位靶点，并保留有64位导联系统中的辅助靶点。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310279549.8A CN116440419A (zh) | 2023-03-20 | 2023-03-20 | 一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310279549.8A CN116440419A (zh) | 2023-03-20 | 2023-03-20 | 一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116440419A true CN116440419A (zh) | 2023-07-18 |
Family
ID=87132893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310279549.8A Pending CN116440419A (zh) | 2023-03-20 | 2023-03-20 | 一种经颅磁刺激治疗辅助定位装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116440419A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117138239A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 北京航空航天大学 | 一种经颅磁刺激的神经定位方法、装置、系统及电子设备 |
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2023
- 2023-03-20 CN CN202310279549.8A patent/CN116440419A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117138239A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 北京航空航天大学 | 一种经颅磁刺激的神经定位方法、装置、系统及电子设备 |
| CN117138239B (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-26 | 北京航空航天大学 | 一种经颅磁刺激的神经定位方法、装置、系统及电子设备 |
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