一种基于多轴机器人视觉动态跟踪的磁刺激系统和方法与流程

本发明涉及一种劲旅磁刺激系统，具体涉及一种基于多轴机器人视觉动态跟踪的磁刺激系统和方法。

背景技术：

经颅磁刺激(tms)是一种无创无痛、有效刺激大脑皮层作用的新方法，被广泛应用于临床治疗。传统的磁刺激方法是将拍头位置固定不变，标定好拍头和患者特定穴位位姿态后，患者躺在特定的座椅上进行治疗。tms疗效很大程度上受到拍头与颅腔相对位姿决定，但患者长时间保持一个特定姿态是非常困难的。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可有效提高患者治疗的舒适度、同时显著增强tms拍头的磁刺激效果的基于多轴机器人视觉动态跟踪的磁刺激系统和方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于多轴机器人视觉动态跟踪的磁刺激系统，其特征在于，包括：

末端设置有执行器的多轴机器人；

固定于多轴机器人的执行器上的tms拍头；

设置于患者头部待治疗区域、与tms拍头保持相对位置不变的靶点；

用于监测并反馈靶点位姿的视觉相机；

接收视觉相机的监测信息并控制多轴机器人调整tms拍头空间姿态的控制系统。

进一步，上述的tms拍头与靶点的相对位置为tms拍头的法线方向与靶点的法线方向垂直。且，上述的tms拍头与靶点之间的距离为2-20mm。

且上述的多轴机器人具有六个自由度。

而为了保证监测效果，上述的视觉相机设置于患者头部上方，且视野覆盖患者头部磁刺激区域。

本发明还提供了一种基于多轴机器人视觉动态跟踪的磁刺激系统的方法，包括以下步骤：

s1：系统初始化：系统启动开始运行后，首先进行视觉相机初始化标定，调整多轴机器人的tms拍头与靶点位姿相对位置；

s2：动态跟踪靶点：视觉相机实时监测位于患者头部的靶点，如靶点位姿变化，则进入下一步，如靶点位姿未发生变化，则直接进行磁刺激治疗；

s3：tms拍头的空间姿态与靶点的位姿匹配：视觉相机获取最新的靶点位姿，并将最新的靶点位姿传输给控制系统，控制系统控制多轴机器人运动，调整执行器末端的tms拍头的空间姿态，tms拍头与靶点的相对位置达到初始化状态，则进行磁刺激治疗。

进一步，步骤s1中所述的视觉相机动态实时监测的方式为：视觉相机基于3d人脸识别技术将患者的面部特征点位姿通过坐标变换解算出靶点位姿，并实时更新靶点位姿。

而上述的多轴机器人的动态响应时间小于50ms。

本发明的有益之处在于：本发明通过实时动态跟踪靶点，保证了tms拍头与靶点之间的相对位置，一方面提高了患者的使用舒适度，另一方面，大幅度增强了磁刺激的精度和效率。

附图说明

图1是本发明一个优选实施例的结构示意图；

图2为本发明所述的方法流程图。

图中附图标记的含义：

1、多轴机器人2、tms拍头3、视觉相机4、靶点5、患者。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

实施例

图1是本发明一个优选实施例的结构示意图。

参见图1，基于多轴机器人视觉动态跟踪的磁刺激系统，包括：末端设置有执行器且具有六个自由度的多轴机器人1；固定于多轴机器人1的执行器上的tms拍头2；设置于患者5头部待治疗区域、与tms拍头2保持相对位置不变的靶点4；用于监测并反馈靶点位姿的视觉相机3(本实施例采用的是双目深度相机)，视觉相机3设置于患者5头部上方，且视野覆盖患者5头部磁刺激区域；以及接收视觉相机3的监测信息并控制多轴机器人1调整tms拍头2空间姿态的控制系统。

在本实施例中，tms拍头2与靶点4的相对位置为tms拍头2的法线方向与靶点4的法线方向垂直，且tms拍头2与靶点4之间的距离为15-20mm。

图2为本发明所述的方法流程图。

如图2所示：基于多轴机器人视觉动态跟踪的磁刺激系统的方法，包括以下步骤：

首先，患者躺在医用躺椅上，将靶点4贴在患者头部相应位置。

s1：系统初始化：系统启动开始运行后，首先进行视觉相机3初始化标定，调整多轴机器人1的tms拍头2与靶点4位姿的相对位置，对靶点4位置进行标定，保证tms拍头2与靶点4的法线方向垂直，且距离2-20mm之间；

s2：动态跟踪靶点：视觉相机3实时监测位于患者5头部的靶点4，如靶点4位姿变化，即当患者5在进行磁刺激的过程中，如头部移动，视觉相机3会实时跟踪并捕捉靶点4的位姿，然后进入下一步，如靶点4的位姿未发生变化，则直接进行磁刺激；

s3：tms拍头的空间姿态与靶点的位姿匹配：视觉相机3基于3d人脸识别技术将患者5的面部特征点(鼻子、嘴、耳朵等)位姿通过坐标变换解算出靶点4位姿，并实时更新靶点4位姿，并将最新的靶点4位姿传输给控制系统，控制系统接收到更新后的靶点4位姿信息后控制多轴机器人1运动，调整执行器末端的tms拍头2的空间姿态，tms拍头2与靶点4的相对位置达到初始化状态(预先设定的状态)，则进行磁刺激治疗，此过程中，tms拍头2的运动轨迹与患者5的头部无干涉(不发生碰撞)，且保证多轴机器人1的动态响应时间小于50ms。

后续过程与传统磁刺激流程相同，如磁刺激完成后，多轴机器人1按照设定的轨迹回归初始化，患者5站起或者坐起过程，视觉相机3动态跟踪患者5头部的靶点4，直至患者5移出到视觉相机3的视野，揭下头部的靶点4，流程完成。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于多轴机器人视觉动态跟踪的磁刺激系统，包括：末端设置有执行器的多轴机器人；固定于多轴机器人的执行器上的TMS拍头；设置于患者头部待治疗区域、与TMS拍头保持相对位置不变的靶点；用于监测并反馈靶点位姿的视觉相机；接收视觉相机的监测信息并控制多轴机器人调整TMS拍头空间姿态的控制系统。本发明通过实时动态跟踪靶点，保证了TMS拍头与靶点之间的相对位置，一方面提高了患者的使用舒适度，另一方面，大幅度增强了磁刺激的精度和效率。

技术研发人员：黄河;张强
受保护的技术使用者：南京伟思医疗科技股份有限公司
技术研发日：2019.07.24
技术公布日：2019.10.18