一种经颅磁刺激器的导航定位装置及定位方法与流程

本发明涉及医疗辅助领域，特别涉及了一种经颅磁刺激器的导航定位装置及定位方法。

背景技术：

19世纪的80年代初，英国科学家贝克等人开始研究利用磁刺激对大脑神经活动进行干预，并于1985年首次成功刺激了人脑的运动中枢，用肌电测得了运动皮层诱发电位(Motor-evoked potentials，MEPs)。这也标志着经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)进入了历史舞台。随着大功率器件发展和电路的改进，80年代末出现了重复磁刺激器(Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation,rTMS)，这种刺激器每秒可以产生1–100个脉冲。磁刺激器是根据电磁感应的原理，将电容器中储存的能量在短时间内释放刺激线圈中，形成脉冲电流，进而在其附近空间中形成脉冲磁场和和感应电场。当刺激线圈刺激人体时，人体神经组织中产生感应电流，并使神经细胞的细胞膜去极化，产生动作电位。根据刺激部位的不同可以产生不同的效果，如刺激大脑皮层主运动区，皮层兴奋可传导至四肢肌肉。利用肌电图仪可记录到运动诱发电位，利用诱发电位的波幅和潜伏期可以评价神经系统的功能。也可刺激大脑皮层的其他区域对抑郁症、偏头痛等疾病进行治疗。

经颅磁刺激的定位是诊断与治疗过程中的关键问题，一般采用手动定位，刺激时手持刺激线圈，根据人手指的响应改变线圈位置寻找靶点，最终确定位置后固定线圈。较精确的定位方法可采用经颅磁刺激导航系统，目前有两种，一种是机器视觉定位导航系统，如中国专利“经颅磁刺激导航系统及经颅磁刺激线圈定位方法”201210281507.X，201210281472.X；另一种是光学定位导航系统，如中国专利“一种导航经颅磁刺激治疗系统”201010235826.8，“一种用于重复经颅磁刺激光学定位导航系统的校准装置和方法”201010235828.7。机器视觉定位导航系统需要定位帽，定位帽的厚度增加了线圈与大脑皮层的距离，增加了刺激强度，造成能量的浪费，特别是在需要经颅磁刺激和脑电记录同时进行时，同时佩戴定位帽和脑电电极帽会增加更多的线圈与大脑皮层距离。在光学定位导航系统中，由于物体对光的阻碍作用，对光学传感器和光源的位置提出了很高的要求，也在一定程度上限制了光学定位系统的使用。其次，现有导航系统并没有实时显示头部的感应电场分布，特别是感应电场的方向信息。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺点，特提供了无需定位帽的经颅磁刺激器的导航定位装置及定位方法。

本发明提供了一种经颅磁刺激器的导航定位装置，其特征在于：所述的经颅磁刺激器的导航定位装置，包括视觉定位模块1，计算机2，座椅3，经颅磁刺激器线圈4，机械臂5，机械臂控制器6，基座7；

其中：视觉定位模块1与计算机2连接，座椅3通过滑道与基座7和视觉定位模块1之间定位，经颅磁刺激器线圈4安装在机械臂5前端，机械臂5安装在基座7上，机械臂5与机械臂控制器6连接；机械臂控制器6与计算机2连接。

所述的机械臂5包括I轴501，I轴501，II轴502，III轴503，IV轴504，V轴505，VI轴506；

其中：I轴501底部与基座7连接，I轴501的上部与II轴502的底部铰接，II轴502的上部与III轴503的右端铰接，III轴503的左端与IV轴504的右端以能相互同轴转动方式连接，IV轴504的左端与V轴505右端铰接，V轴505的左端与VI轴506的右端以能相互同轴转动方式连接。

所述的座椅3，包括承载部分301，靠背302，头托303，腿托304；其中：靠背302的底部承载部分301后面铰接；头托303与靠背302之间铰接，并能纵向伸缩；腿托304与承载部分301前面铰接。

一种经颅磁刺激器的导航定位装置的定位方法，其特征在于：

第一步，建立头模：在患者第一次治疗时，通过影像系统对患者头部建立数据模型，产生一个以眉心为原点的头部3D模型；

第二步，影像采集及处理：通过视觉定位模块1对坐在座椅3上的患者头部实时测量计算出患者头部位置和姿态数据；

第三步，计算靶点坐标：将坐在座椅3上的患者头部数据与计算机2中的3D头模结合，并计算出治疗靶点在世界坐标系中的位置及姿态值；

第四步，线圈定位：通过机械臂5将经颅磁刺激器线圈4移动到靶点位置，通过医生测试和微调确定最佳刺激位置，并将头模数据和靶点位置保存到此患者的病例中；

第五步，重复定位：如果患者不是第一次治疗，可越过第二、三四步，直接调出病例中上次治疗的头模数据和靶点数据，并控制经颅磁刺激器线圈4到达最佳刺激位置，达到重复定位的目的；

第六步，刺激治疗：在刺激过程中如检测到患者头部移动，将产生告警或自动跟随到新的位置上，保证刺激过程一直是有效的；

第七步，结束治疗：完成刺激后可控制线圈回到待机位置。

视觉定位系统通过摄像头对患者头部实时测量并配合电脑中的标准3D头模对靶点位置进行定位。影像定位导航系统基于影像3D建模和人脑特征识别技术，不需要在患者头部安装标靶等辅助装置，操作简单快捷。

线圈位置姿态控制机械臂是由6个关节组成的机械臂，每个关节由步进电机及光电编码器组成闭环系统，可以精确定位和测量各关节的角度。通过影像系统检测到的数据控制机械臂将线圈移动到靶点位置。

本发明的优点：

本发明采用机器视觉直接检测人脸并定位，实时性强、不需要在患者头部佩戴任何辅助工具；本发明采用机械臂控制经颅磁刺激器线圈位置，定位精度高，解决精确定位和重复定位的问题；采用3D模型技术，将头部模型、经颅磁刺激器线圈、靶点位置等实时建模并显示，直观和方便操作；定位快速、重复精度高，解决了经颅磁刺激线圈的自动导航和重复定位等问题，大大减少了定位的时间和工作量。并且可以通过前部安装的接触传感器来保证人员安全并可以在刺激的过程中患者头部移动报警信息通知医生。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为经颅磁刺激器的导航定位装置结构示意图；

图2为机械臂结构示意图；

图3为座椅结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种经颅磁刺激器的导航定位装置，其特征在于：所述的经颅磁刺激器的导航定位装置，包括视觉定位模块1，计算机2，座椅3，经颅磁刺激器线圈4，机械臂5，机械臂控制器6，基座7；

其中：视觉定位模块1与计算机2连接，座椅3通过滑道与基座7和视觉定位模块1之间定位，经颅磁刺激器线圈4安装在机械臂5前端，机械臂5安装在基座7上，机械臂5与机械臂控制器6连接；机械臂控制器6与计算机2连接。

所述的机械臂5包括I轴501，I轴501，II轴502，III轴503，IV轴504，V轴505，VI轴506；

其中：I轴501底部与基座7连接，I轴501的上部与II轴502的底部铰接，II轴502的上部与III轴503的右端铰接，III轴503的左端与IV轴504的右端以能相互同轴转动方式连接，IV轴504的左端与V轴505右端铰接，V轴505的左端与VI轴506的右端以能相互同轴转动方式连接。

所述的座椅3，包括承载部分301，靠背302，头托303，腿托304；其中：靠背302的底部承载部分301后面铰接；头托303与靠背302之间铰接，并能纵向伸缩；腿托304与承载部分301前面铰接。

一种经颅磁刺激器的导航定位装置的定位方法，其特征在于：

第一步，建立头模：在患者第一次治疗时，通过影像系统对患者头部建立数据模型，产生一个以眉心为原点的头部3D模型；

第二步，影像采集及处理：通过视觉定位模块1对坐在座椅3上的患者头部实时测量计算出患者头部位置和姿态数据；

第三步，计算靶点坐标：将坐在座椅3上的患者头部数据与计算机2中的3D头模结合，并计算出治疗靶点在世界坐标系中的位置及姿态值；

第四步，线圈定位：通过机械臂5将经颅磁刺激器线圈4移动到靶点位置，通过医生测试和微调确定最佳刺激位置，并将头模数据和靶点位置保存到此患者的病例中；

第五步，重复定位：如果患者不是第一次治疗，可越过第二、三四步，直接调出病例中上次治疗的头模数据和靶点数据，并控制经颅磁刺激器线圈4到达最佳刺激位置，达到重复定位的目的；

第六步，刺激治疗：在刺激过程中如检测到患者头部移动，将产生告警或自动跟随到新的位置上，保证刺激过程一直是有效的；

第七步，结束治疗：完成刺激后可控制线圈回到待机位置。

视觉定位系统通过摄像头对患者头部实时测量并配合电脑中的标准3D头模对靶点位置进行定位。影像定位导航系统基于影像3D建模和人脑特征识别技术，不需要在患者头部安装标靶等辅助装置，操作简单快捷。

线圈位置姿态控制机械臂是由6个关节组成的机械臂，每个关节由步进电机及光电编码器组成闭环系统，可以精确定位和测量各关节的角度。通过影像系统检测到的数据控制机械臂将线圈移动到靶点位置。

实施例2

本实施例提供了一种经颅磁刺激器的导航定位装置，其特征在于：所述的经颅磁刺激器的导航定位装置，包括视觉定位模块1，计算机2，座椅3，经颅磁刺激器线圈4，机械臂5，机械臂控制器6，基座7；

其中：视觉定位模块1与计算机2连接，座椅3通过滑道与基座7和视觉定位模块1之间定位，经颅磁刺激器线圈4安装在机械臂5前端，机械臂5安装在基座7上，机械臂5与机械臂控制器6连接；机械臂控制器6与计算机2连接。

所述的机械臂5包括I轴501，I轴501，II轴502，III轴503，IV轴504，V轴505，VI轴506；

其中：I轴501底部与基座7连接，I轴501的上部与II轴502的底部铰接，II轴502的上部与III轴503的右端铰接，III轴503的左端与IV轴504的右端以能相互同轴转动方式连接，IV轴504的左端与V轴505右端铰接，V轴505的左端与VI轴506的右端以能相互同轴转动方式连接。

一种经颅磁刺激器的导航定位装置的定位方法，其特征在于：

第一步，建立头模：在患者第一次治疗时，通过影像系统对患者头部建立数据模型，产生一个以眉心为原点的头部3D模型；

第二步，影像采集及处理：通过视觉定位模块1对坐在座椅3上的患者头部实时测量计算出患者头部位置和姿态数据；

第三步，计算靶点坐标：将坐在座椅3上的患者头部数据与计算机2中的3D头模结合，并计算出治疗靶点在世界坐标系中的位置及姿态值；

第四步，线圈定位：通过机械臂5将经颅磁刺激器线圈4移动到靶点位置，通过医生测试和微调确定最佳刺激位置，并将头模数据和靶点位置保存到此患者的病例中；

第五步，重复定位：如果患者不是第一次治疗，可越过第二、三四步，直接调出病例中上次治疗的头模数据和靶点数据，并控制经颅磁刺激器线圈4到达最佳刺激位置，达到重复定位的目的；

第六步，刺激治疗：在刺激过程中如检测到患者头部移动，将产生告警或自动跟随到新的位置上，保证刺激过程一直是有效的；

第七步，结束治疗：完成刺激后可控制线圈回到待机位置。

视觉定位系统通过摄像头对患者头部实时测量并配合电脑中的标准3D头模对靶点位置进行定位。影像定位导航系统基于影像3D建模和人脑特征识别技术，不需要在患者头部安装标靶等辅助装置，操作简单快捷。

线圈位置姿态控制机械臂是由6个关节组成的机械臂，每个关节由步进电机及光电编码器组成闭环系统，可以精确定位和测量各关节的角度。通过影像系统检测到的数据控制机械臂将线圈移动到靶点位置。

实施例3

本实施例提供了一种经颅磁刺激器的导航定位装置，其特征在于：所述的经颅磁刺激器的导航定位装置，包括视觉定位模块1，计算机2，座椅3，经颅磁刺激器线圈4，机械臂5，机械臂控制器6，基座7；

其中：视觉定位模块1与计算机2连接，座椅3通过滑道与基座7和视觉定位模块1之间定位，经颅磁刺激器线圈4安装在机械臂5前端，机械臂5安装在基座7上，机械臂5与机械臂控制器6连接；机械臂控制器6与计算机2连接。

所述的座椅3，包括承载部分301，靠背302，头托303，腿托304；其中：靠背302的底部承载部分301后面铰接；头托303与靠背302之间铰接，并能纵向伸缩；腿托304与承载部分301前面铰接。

一种经颅磁刺激器的导航定位装置的定位方法，其特征在于：

第一步，建立头模：在患者第一次治疗时，通过影像系统对患者头部建立数据模型，产生一个以眉心为原点的头部3D模型；

第二步，影像采集及处理：通过视觉定位模块1对坐在座椅3上的患者头部实时测量计算出患者头部位置和姿态数据；

第三步，计算靶点坐标：将坐在座椅3上的患者头部数据与计算机2中的3D头模结合，并计算出治疗靶点在世界坐标系中的位置及姿态值；

第四步，线圈定位：通过机械臂5将经颅磁刺激器线圈4移动到靶点位置，通过医生测试和微调确定最佳刺激位置，并将头模数据和靶点位置保存到此患者的病例中；

第五步，重复定位：如果患者不是第一次治疗，可越过第二、三四步，直接调出病例中上次治疗的头模数据和靶点数据，并控制经颅磁刺激器线圈4到达最佳刺激位置，达到重复定位的目的；

第六步，刺激治疗：在刺激过程中如检测到患者头部移动，将产生告警或自动跟随到新的位置上，保证刺激过程一直是有效的；

第七步，结束治疗：完成刺激后可控制线圈回到待机位置。

视觉定位系统通过摄像头对患者头部实时测量并配合电脑中的标准3D头模对靶点位置进行定位。影像定位导航系统基于影像3D建模和人脑特征识别技术，不需要在患者头部安装标靶等辅助装置，操作简单快捷。

线圈位置姿态控制机械臂是由6个关节组成的机械臂，每个关节由步进电机及光电编码器组成闭环系统，可以精确定位和测量各关节的角度。通过影像系统检测到的数据控制机械臂将线圈移动到靶点位置。