基于神经纤维走向的矢量经颅磁刺激方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种经颅磁刺激方法。特别是涉及一种基于神经纤维走向的矢量经颅 磁刺激方法。
【背景技术】
[0002] 经颅磁刺激（TMS)是近30年发展起来的一种新的刺激技术，由于磁刺激具有无 仓|J，操作简便，相比于电刺激技术具有电安全性好等优势，在神经、精神、信息等领域，尤其 是抑郁症，强迫症，帕金森症，癫痫以及创伤后应激障碍等的治疗方面，具有很好的应用前 景，成为近年来研宄的热点。
[0003] 经颅磁刺激装置是通过大功率电容向电感线圈放电，短时间的在线圈上产生变化 的电流。根据电磁感应定律，变化的电流会在线圈周围产生变化的磁场。
[0004] 将这种变化的磁场作用于大脑，透过头骨、脑脊液、大脑皮层等组织，到达到神经 纤维处。变化的磁场在神经纤维上会感生出感应电场。当感应电场达到一定数值时，会改 变神经纤维内外的电位差异，称之为去极化作用。这种作用在神经纤维上进行传递，并通过 神经树突在神经之间进行传递，从而达到改变神经传导的刺激效果。
[0005] 多年来，经颅磁刺激仪器在功能和刺激效果上都有了很大发展。现有的技术是基 于大脑的核磁共振图像进行刺激。通过扫描人脑的核磁共振图像，重建大脑皮质的三维图 像，使用定位导航技术确定要刺激的脑区进行刺激。但其存在如下不足：
[0006] 1.对于刺激区域的分辨率太低，神经刺激主要是针对神经轴突的刺激，通过改变 轴突内外电位来达到神经传导的目的，而定位与皮质层面的刺激器其刺激位置分辨率太 低。
[0007] 2.刺激效果难以精确评估。线圈放电产生的磁场会在大脑刺激区域的神经纤维上 产生感应电场，感应电场强度直接关系到刺激效果。感应电场强度的计算与线圈放电电流， 线圈与大脑刺激区域位置关系有关，现有技术很难实现基于神经纤维走向的精确磁刺激。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高神经刺激的空间分辨率的基于 神经纤维走向的矢量经颅磁刺激方法。
[0009] 本发明所采用的技术方案是：一种基于神经纤维走向的矢量经颅磁刺激方法，包 括如下步骤：
[0010] 1)确定目标脑神经纤维的刺激方向；
[0011] 2)将线圈产生的刺激最强的点与目标刺激点进行位置叠加，同时将线圈产生的磁 场最强的方向与目标刺激方向相重合；
[0012] 3)分别计算基于目标神经纤维走向的脑神经纤维各空间体素点感应电场矢量，以 及感应电流矢量。
[0013] 步骤1)所述的脑神经纤维的刺激方向，首先获取人脑扩散张量成像数据，根据纤 维示踪技术，得到目标神经纤维；在目标神经纤维上提取一定数量的空间体素点，并对所述 的空间体素点进行线性拟合，得到初次拟合矢量方向；逐次增加相同数量的像素点再次进 行拟合，每拟合一次都要计算拟合后的矢量方向与初始拟合矢量方向之间的夹角，当夹角 角度大于设定值时，拟合终止，取终止前一次的矢量方向作为最佳拟合方向，确定为目标神 经纤维的刺激方向。
[0014] 所述的线性拟合，是首先在目标神经纤维上确定目标刺激点，并以目标刺激点为 起点，沿目标神经纤维，以大脑皮层后联合至前联合方向或者前联合至后联合方向，取若干 空间体素点，并对由空间体素点组成的纤维采用空间求回归直线法进行线性拟合，得到拟 合方向。
[0015] 所述的计算拟合后的矢量方向与初次拟合矢量方向之间的夹角，是指首先在笛卡 尔坐标系下的图像中，分别提取两个矢量上任意一点坐标及目标刺激点坐标，然后依据坐 标点分别计算出两个矢量的单位矢量，最后计算单位矢量夹角作为两个矢量的夹角。
[0016] 步骤2)包括：
[0017] (1)线圈采用八字线圈，使用三维定位导航技术对线圈形状和人脑轮廓进行定位， 使用笛卡尔坐标系统一线圈轮廓及人脑头皮、目标脑神经纤维上各点坐标；
[0018] (2)在笛卡尔坐标系下的目标脑神经纤维上各个空间体素坐标数据集中， 选定目标刺激点坐标S1 (X1,Y1,Z1)，计算得到目标刺激点投影到人脑头皮上点的坐标 a'i(x'i，y'i，z'J，并将线圈产生磁场最强的点与a'i进行位置叠加，确保目标刺激点的刺激 磁场最强，所述最强的点是八字线圈中心位置点；
[0019] (3)做基于八字线圈平面的三个正交方向x、y、z，根据线圈形状及电磁感应原理， 线圈y方向产生的磁场最强，将线圈y方向与目标脑神经纤维的刺激方向相重合，确保线圈 沿目标刺激方向进行刺激。
[0020] 步骤（3)所述的将线圈y方向与目标脑神经纤维的刺激方向相重合，包括：
[0021] 基于八字线圈平面的三个正交方向x、y、z存在三个正交面xy、yz、xz，设A为目标 神经纤维的刺激方向，A到正交面xy的投影为<v)，到正交面yz的投影为，到正交面xz的投影为;将线圈y方向与A之间的夹角用Y表示，线圈y方向与<v)之间的夹角 用a表示，线圈y方向与^^2)的夹角用0表示，线圈y方向与 的夹角用0表示；
[0022] 线圈绕X轴方向的转动，调整夹角0的角度；线圈绕y轴方向的转动，调整夹角 0的角度；线圈绕z轴方向的转动，调整夹角a的角度，通过线圈的调整，将其中任意两个 夹角的角度调整为〇°，然后再调节第三个夹角的角度，来调节线圈y方向与A之间的夹角 y，此时第三个夹角的角度与夹角y的角度一一对应，当夹角y角度为0°时，线圈y方向 与A方向相同。
[0023] 步骤3)包括：
[0024](1)在确保步骤2)中的第⑵步和第⑶步实现的条件下，提取目标 神经纤维上各空间体素坐标S1 (X1,Y1,Z1)，a2 (x2,y2,Z2)…an(xn,yn,zn)，设线圈 周长为m，则提取线圈单位长度矢量j了的坐标(I1 (xdl,ydl,zdl)，d2 (xd2,yd2,zd2)… dm(xdm，ydm，Zdffl)，计算目标神经纤维任一个空间体素点到线圈单位长度矢量的距离r为
【主权项】
1. 一种基于神经纤维走向的矢量经颅磁刺激方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 确定目标脑神经纤维的刺激方向； 2) 将线圈产生的刺激最强的点与目标刺激点进行位置叠加，同时将线圈产生的磁场最 强的方向与目标刺激方向相重合； 3) 分别计算基于目标神经纤维走向的脑神经纤维各空间体素点感应电场矢量，以及感 应电流矢量。
2. 根据权利要求1所述的基于神经纤维走向的矢量经颅磁刺激方法，其特征在于，步 骤1)所述的脑神经纤维的刺激方向，首先获取人脑扩散张量成像数据，根据纤维示踪技 术，得到目标神经纤维；在目标神经纤维上提取一定数量的空间体素点，并对所述的空间体 素点进行线性拟合，得到初次拟合矢量方向；逐次增加相同数量的像素点再次进行