一种高效的TMS重复定位方法与流程

本发明涉及tms治疗技术领域，具体涉及一种高效的tms重复定位方法。

背景技术：

tms技术是目前在全世界范围内精神康复与神经调控领域广泛应用的一种物理诊疗技术，其使用导电线圈产生脉冲磁场，来对患者进行治疗。传统的tms治疗方式通常包括以下步骤：操作者在患者头部找到治疗靶点区域(凭经验定位)；将tms线圈置于该区域上，保证线圈中心正对靶点，线圈平面与头皮相切；使用机械装置将tms线圈夹持固定；启动tms，开始治疗。

由于tms治疗通常需要长时间，按疗程治疗，纯粹靠经验和记忆的方式来定位的靶点无法保证每次治疗的精准性。患者每次治疗的靶点位置都不一样是普遍情况，并且由于磁场的衰落特性以及有效靶点区域较小的原因，如果不能保证治疗的靶点精准性，tms治疗的疗效就会大打折扣。因而找到一种方法来保证靶点的精准是很有必要的。

tms精准重复定位的问题在世界范围内有一些研究，但是目前其他方法大多是基于导光球的红外定位法。该方法每次定位时都必须给患者和tms线圈佩戴专用导光球，根据导光球在红外拍摄装置中的相对位置来进行定位。因为每次佩戴的位置都不固定，所以还需要额外使用一种专用的定位笔通过复杂的定位来确定导光球和人头的相对位置，因此操作起来颇为不便，且效率低下，目前使用基于导光球的红外定位法中，用于佩戴和定位导光球的时间大约为30分钟/人，由于一次tms治疗也仅需10-20分钟，因此目前的这种定位方法不适用于tms的高效重复定位。

申请号2017207206945的中国专利公开了一种经颅磁刺激治疗设备，包括tms线圈、支架、机械臂、控制器及定位装置，其定位装置能检测到人体头部的准确位置，从而控制机械臂将tms线圈精确地定位至人体头部，减少人工操作，但是其缺点是仅依赖拍摄装置获取患者头部及tms线圈的位置，重复定位的准确度较低，无法保证每次治疗的精确性。

因此，急需提供一种高效的tms重复定位方法，既无需佩戴导光球定位，又能保证每次治疗时靶点的精准。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种高效的tms重复定位方法，其基于人脸识别算法，通过机械手结合拍摄装置的方式获取tms线圈和患者头部的相对位置，在后续重复治疗时，通过与首次治疗时记录的相对位置进行比对来进行tms线圈的重复定位，提高了tms重复定位的精准度，减少了tms重复定位的时间，且操作简单、实用性强，大大改善了tms治疗效率。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种高效的tms重复定位方法，包括以下步骤：

s01、操作人员打开tms治疗系统，患者准备就位后，操作人员调整tms线圈，确定治疗靶点，并通过软件记录下首次治疗时tms线圈对于患者头部的相对距离和角度；

s02、患者在进行下一次tms治疗时，利用拍摄装置拍摄患者头部的位置信息，通过识别算法获得患者头部对于拍摄装置的相对距离和角度；

s03、通过预先设置的参考值计算得到tms线圈对于拍摄装置的相对距离和角度；

s04、基于所述的患者头部对于拍摄装置的相对距离和角度以及tms线圈对于拍摄装置的相对距离和角度，计算得到tms线圈对于患者头部的相对距离和角度；

s05、将当前tms线圈对于患者头部的相对距离和角度与首次治疗时记录的相对距离和角度进行比对，若一致，则开始当前的tms治疗；若不一致，则调整当前tms线圈对于患者头部的相对距离和角度。

优选地，s02进一步包括：让患者在坐或躺的状态下保持头部平静，将拍摄装置固定到能将患者头部完整纳入视野范围内的位置。

优选地，s02进一步包括：通过拍摄装置获取患者头部位置图像的深度信息，并根据获取的位置图像深度信息计算患者头部对于拍摄装置的相对距离和角度。

优选地，s03进一步包括：tms线圈由夹持装置夹持，所述夹持装置与所述拍摄装置相连，所述夹持装置夹持的tms线圈对于所述拍摄装置的相对距离和角度的参考值预先已设置，当所述夹持装置移动时，所述的tms线圈对于所述拍摄装置的相对距离和角度的值也随之变化，所述的相对距离和角度的实时的值依据预先设置的参考值计算得到。

优选地，s05进一步包括：调整tms线圈对于患者头部的相对距离和角度的步骤通过手动操作完成或者通过机械手完成。

一种高效的tms重复定位装置，包括：

拍摄装置，用于拍摄患者头部的位置信息；

支架，用于固定所述拍摄装置；

夹持装置，用于夹持tms线圈；

机械手，与所述夹持装置连接，用于调整所述tms线圈对于患者头部的相对距离和角度；

处理装置，与所述拍摄装置和夹持装置连接，用于接收所述拍摄装置发送的患者头部的位置信息并进行处理识别得到患者头部对于所述拍摄装置的相对距离和角度、接收所述夹持装置的位置变化信息并计算得到tms线圈对于所述拍摄装置的相对距离和角度，以及计算得到tms线圈对于患者头部的相对距离和角度；

控制器，与所述处理装置和机械手连接，用于接收所述处理装置的处理结果并根据所述处理结果控制所述机械手的活动。

优选地，所述拍摄装置固定于所述支架上能够将患者头部完整纳入视野范围的位置；所述夹持装置设置于所述机械手端部，所述机械手接收所述控制器的命令控制所述夹持装置夹持tms线圈置于患者头部，所述处理装置对患者头部的位置信息、所述夹持装置的位置变化信息进行处理计算得到tms线圈对于患者头部的相对距离和角度，所述控制器根据所述处理装置的处理结果控制所述机械手活动，进而带动所述夹持装置夹持tms线圈置于患者头部的正确位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，1)本发明利用人脸识别算法直接获取患者头部对于拍摄装置的位置信息，包括患者头部对于拍摄装置的相对距离和角度，获取方式快速直接，经人脸识别算法处理后得到的位置信息更加准确；2)相对于现有的单纯依靠拍摄装置获取相对位置的方式而言，本发明通过机械手结合拍摄装置的方式获取tms线圈对于患者头部的相对位置，无需为tms线圈配置额外的定位辅助装置即可进行tms线圈的重复定位，提高了tms的重复定位的准确性，同时也提高了tms治疗的有效性；3)本发明的tms重复定位方法避免了使用导光球之类的定位辅助设备，所需的成本价格更加低廉、操作更加简便，且本发明的方法完全消除了用于佩戴和定位导光球的时间，大大提高了tms治疗的效率，有利于tms治疗的进一步发展应用。

附图说明

图1为根据实施例的一种高效的tms重复定位方法的流程图；

图2为根据实施例的一种高效的tms重复定位装置的示意图；

图3为根据实施例的本发明中构建的空间坐标系的示意图；

图中：1、拍摄装置；2、支架；3、夹持装置；4、机械手；5、tms线圈；6、患者头部。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供一种高效的tms重复定位方法，如附图所示，包括以下步骤：

一种高效的tms重复定位方法，包括以下步骤：

s01、操作人员打开tms治疗系统，患者准备就位后，操作人员调整tms线圈，确定治疗靶点，并通过软件记录下首次治疗时tms线圈对于患者头部的相对距离和角度；这里记录下的tms线圈对于患者头部的相对距离和角度即为后续tms重复定位时进行比对的参考值；

s02、患者在进行下一次tms治疗时，利用拍摄装置拍摄患者头部的位置信息，通过识别算法获得患者头部对于拍摄装置的相对距离和角度；进一步包括：让患者在躺着的状态下保持头部平静，将拍摄装置固定到能将患者头部完整纳入视野范围内的位置，通过拍摄装置获取患者头部位置图像的深度信息，所述深度信息包括鼻尖、鼻根、眼角、嘴角、眉毛等人脸面部特征，并根据获取的位置图像深度信息计算患者头部对于拍摄装置的相对距离和角度；

具体地，计算患者头部对于拍摄装置的相对距离和角度的步骤进一步包括：首先构建空间坐标系，根据已有的方法利用人的面部特征点(鼻尖、鼻根、眼角、嘴角、眉毛等)构建人的头部模型，再将获取的患者头部图像映射到头部模型上，各面部特征点分别对应头部模型上的特征点；如图3所示，在头部模型上，以人的左眼外眼角(a点)、右眼外眼角(b点)和鼻尖(c点)三个点创建一个平面，以a点和b点的中点o点作为坐标系原点，垂直该平面的方向为z轴，a点和b点连线的方向为x轴，c点与o点的连线方向作为y轴，构建基于人脸的空间坐标系，其中x轴与y轴垂直；在该空间坐标系中，a点、b点和c点的坐标已知，通过计算坐标系原点到拍摄装置的连线得到患者头部对于拍摄装置的相对距离，然后分别计算所述的原点到拍摄装置的连线与x轴、y轴、z轴之间的夹角α、β、γ，即可得到患者头部对于拍摄装置的角度(rx,ry,rz)，具体地，所述拍摄装置选用红外摄像头；

s03、通过预先设置的参考值计算得到tms线圈对于拍摄装置的相对距离和角度；进一步包括：利用夹持装置夹持tms线圈，所述夹持装置与所述拍摄装置相连接，所述夹持装置设置在一可活动的机械手上，所述机械手具有预设的活动范围，所述夹持装置的位置随着所述机械手的活动而改变，所述夹持装置夹持的tms线圈对于所述拍摄装置的相对距离和角度也随之改变；所述夹持装置夹持的tms线圈对于所述拍摄装置的相对距离和角度的参考值预先设置并存储起来，所述夹持装置每移动一定距离或转动一角度，即可通过预先设置并存储的参考值计算得到当前夹持装置对于拍摄装置的实际的相对距离和角度，得到夹持装置夹持的tms线圈对于拍摄装置的相对距离和角度；

具体地，所述夹持装置对于某一固定点的相对距离和角度在产品出厂时就已进行了设置，所述夹持装置与其夹持的tms线圈可认为是一个整体，所述的相对距离和角度是预先已知的，在实际使用中，通过调整将拍摄装置设置在该固定点的位置，即可得到所述夹持装置对于拍摄装置的相对距离和角度，即得到所述夹持装置夹持的tms线圈对于所述拍摄装置的相对距离和角度；

s04、基于所述的患者头部对于拍摄装置的相对距离和角度以及tms线圈对于拍摄装置的相对距离和角度，计算得到tms线圈对于患者头部的相对距离和角度；具体地，在得知患者头部对于拍摄装置的相对距离和角度以及夹持装置对于拍摄装置的相对距离和角度这两者的情况下，实时计算当前的tms线圈对于患者头部的相对距离和角度；

具体地，将患者头部、拍摄装置、夹持装置夹持的tms线圈认为是空间中的三个点，结合上述说明，将患者头部作为坐标原点，构建一个空间坐标轴，利用已计算得到的患者头部对于拍摄装置的相对距离和角度，以及tms线圈对于拍摄装置的相对距离和角度，即可计算得到tms线圈对于患者头部的相对距离和角度；在实际使用中，这些计算过程通过计算机程序实现，计算准确且高效；

s05、将当前tms线圈对于患者头部的相对距离和角度与首次治疗时记录的相对距离和角度进行比对，若一致，则开始当前的tms治疗；若不一致，则调整当前tms线圈对于患者头部的相对距离和角度，调整tms线圈对于患者头部的相对距离和角度的步骤通过手动操作完成或者通过机械手完成。

本发明的一种高效的tms重复定位方法中，操作人员根据经验确定首次tms治疗的靶点，并将此时对应的tms线圈对于患者头部的相对距离和角度用软件记录下来；在下一次tms治疗时，首先将拍摄装置固定在能够将患者头部完整纳入其视野内的位置，利用人脸识别算法获取患者头部对于拍摄装置的相对位置，所述相对位置包括相对距离和角度；然后利用夹持装置夹持tms线圈，并且所述夹持有tms线圈的夹持装置与拍摄装置相连接，计算获得所述夹持装置对于拍摄装置的相对距离和角度，这里的相对距离和角度的参考值是预先设置的，在后续所述夹持装置随着机械手移动的过程中，其实际移动的距离和转动的角度都可以通过预先设置的参考值进行计算得到，例如，夹持装置转动一周，相应的夹持装置对于拍摄装置的角度变化5°或-5°，或者，夹持装置移动一定距离，相应的夹持装置对于拍摄装置的相对距离增大或减小一参考距离，利用这些预先设置的参考值可以实时计算得到当前的tms线圈对于拍摄装置的相对距离和角度；最后，利用患者头部对于拍摄装置的相对位置，以及tms线圈对于拍摄装置的相对位置，计算得到tms线圈对于患者头部的相对位置，将当前的tms线圈对于患者头部的相对位置与记录的首次治疗时的相对位置进行比对，若一致，则进行tms治疗，若不一致，则调整机械手的活动范围，使当前的相对位置与记录中的相对位置一致，以此确保每次治疗时tms线圈都能治疗到患者头部的同一位置，提高tms治疗的有效性。

作为本发明的另一种技术方案，还提供一种高效的tms重复定位装置，如附图所示，包括：

拍摄装置，用于拍摄患者头部的位置信息；所述拍摄装置包括摄像头；

支架，用于固定所述拍摄装置；

夹持装置，用于夹持tms线圈；

机械手，与所述夹持装置连接，用于调整所述tms线圈对于患者头部的相对距离和角度；

处理装置，与所述拍摄装置和夹持装置连接，用于接收所述拍摄装置发送的患者头部的位置信息并进行处理识别得到患者头部对于所述拍摄装置的相对距离和角度、接收所述夹持装置的位置变化信息并计算得到tms线圈对于所述拍摄装置的相对距离和角度，以及计算得到tms线圈对于患者头部的相对距离和角度；

控制器，与所述处理装置和机械手连接，用于接收所述处理装置的处理结果并根据所述处理结果控制所述机械手的活动。为方便说明起见，图2中仅示出主要机械连接部分，处理装置、控制器与其他部分的连接关系可以参考现有技术得知，故图中未示出。

具体地，所述拍摄装置固定于所述支架上能够将患者头部完整纳入视野范围的位置；所述夹持装置设置于所述机械手端部，所述机械手接收所述控制器的命令控制所述夹持装置夹持tms线圈置于患者头部，所述处理装置对患者头部的位置信息、所述夹持装置的位置变化信息进行处理计算得到tms线圈对于患者头部的相对距离和角度，所述控制器根据所述处理装置的处理结果控制所述机械手活动，进而带动所述夹持装置夹持tms线圈置于患者头部的正确位置。

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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案。