一种用于经颅磁刺激器的电磁定位导航装置制造方法及图纸

一种用于经颅磁刺激器的电磁定位导航装置，由电磁定位导航模块(1)、线圈姿态控制模块(2)、三维移动座椅(3)、图像采集和处理模块(4)、电磁场计算模块(5)、显示模块(6)和经颅磁刺激器线圈(7)组成。电磁定位导航模块(1)和线圈姿态控制模块(2)、三维移动座椅(3)相连，线圈姿态控制模块(2)安装在经颅磁刺激器线圈(7)上。图像采集和处理模块(4)可在图像空间重建患者三维头模型，标记治疗靶点。电磁定位导航模块(1)记录患者头部(8)空间位置和线圈姿态，并将图像空间和传感器空间的头部位置和经颅磁刺激器线圈(7)位置进行配准。通过电磁场计算模块(5)的计算在显示模块(6)中显示患者头部感应电场分布。

【技术实现步骤摘要】
一种用于经颅磁刺激器的电磁定位导航装置
本专利技术涉及一种医疗器械设备，特别涉及一种磁刺激器的定位导航装置。
技术介绍
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-evokedpotentials，MEPs)。这也标志着经颅磁刺激(TranscranialMagneticStimulation,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(RepetitiveTranscranialMagneticStimulation,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。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提出一种定位精度高，无需定位帽，不受遮挡的经颅磁刺激器定位导航装置。在对患者进行经颅磁刺激时，通常由医师确定治疗靶点，但是实际刺激的位置，即刺激靶点，一般会与医生制定的治疗靶点存在偏差，这是由经颅磁刺激导航定位中存在的误差引起的，为了消除这种误差，本专利技术采用了以下技术方案：本专利技术用于经颅磁刺激磁定位导航的装置主要由电磁定位导航模块、线圈姿态控制模块、三维移动座椅、图像采集和处理模块、电磁场计算模块、显示模块和经颅磁刺激器线圈七个部分组成。其中电磁定位导航模块和线圈姿态控制模块及三维移动座椅相连；线圈姿态控制模块安装在经颅磁刺激器线圈上，线圈姿态控制模块和三维移动座椅将其携带的传感器空间的患者头部空间位置和线圈姿态信息送至电磁定位导航模块；图像采集和处理模块的输出端连接电磁定位导航模块的输入端，电磁场计算模块的输出端连接显示模块的输入端；所述的图像采集和处理模块对患者头部进行成像并在图像空间进行三维重建，在重建后的三维头模型上标记治疗靶点位置和感应电场方向，之后送入电磁定位导航模块，电磁定位导航模块将图像空间的头部和线圈位置进行配准；电磁场计算模块实时对患者头部中的感应电场分布进行仿真计算，并在显示模块中显示。所述的电磁导航模块包含位置传感器和配准单元，位置传感器与配准单元相连，位置传感器将位置信息送入配准单元。配准单元将图像空间内的坐标系与传感器空间内的坐标系进行配准。所述的图像空间是指由患者头部图像、线圈模型等虚拟物体或模型所在的空间，传感器空间是指线圈、患者头部等真实物体所在的空间。所述的图像采集和处理模块对患者头部进行扫描得到断层图像，并将断层图像进行三维重建，进而得到图像空间的患者头部模型。在患者头部模型中标记治疗靶点位置和所需感应电场方向，然后传送至电磁定位导航模块中的配准单元。图像采集和处理模块可以采用如磁共振成像系统等装置。在图像空间中加入经颅磁刺激器线圈模型，使线圈表面与头皮相切，线圈的垂直轴通过治疗靶点。经颅磁刺激器线圈通常是8字线圈，8字线圈两个圆的切线方向与所需感应电场方向平行。所述的电磁定位导航模块分别和线圈姿态控制模块、三维移动座椅、图像采集和处理模块、电磁场计算模块相连。经颅磁刺激器线圈和线圈姿态控制模块相连；显示模块和电磁场计算模块相连。图像采集和处理模块对患者头部进行成像，并在图像空间进行三维重建，在重建后的几何三维头模型上标记治疗靶点位置和感应电场方向，之后将标记好的几何三维头模型送入电磁定位导航模块。线圈姿态控制模块安装在经颅磁刺激器线圈上，患者坐于三维移动座椅上，三维移动座椅上的头部固定装置可确保头部相对于座椅的位置不发生变化。电磁导航模块的位置传感器将传感器空间的患者头部空间位置和线圈姿态信息送至电磁导航模块的配准单元，与图像空间的患者头部位置和线圈姿态进行配准。电磁场计算模块实时对患者头部中的感应电场分布进行仿真计算，并在显示模块中显示。所述的位置传感器输出传感器的坐标，该坐标位于传感器空间。患者坐在三维移动座椅上，固定好头部，用位置传感器标记头部位置和线圈姿态，将传感器空间的患者头部位置和线圈姿态信息送至配准单元。配准单元将传感器空间的患者头部位置、线圈姿态和图像空间的患者头部位置、线圈姿态进行配准，并控制三维移动平台移动，通过线圈姿态控制模块使线圈旋转，最终使得线圈轴线通过患者头部图像的治疗靶点，实现刺激靶点与治疗靶点的重合，且头部感应场方向与图像空间中标注的感应电场方向一致。所述的电磁场计算模块根据电磁定位导航模块中线圈和头部的位置计算一定刺激强度下头部感应电场分布，并在显示模块上显示。本专利技术装置的工作流程如下：第一步，图像采集和处理模块对患者头部进行成像，并将断层图像进行三维重建，进而得到图像空间的患者几何头模型，在图像空间的患者几何头模型中标记三个参考点，分别为左右两个耳尖和两眼连线之中点，建立图像空间几何头模型坐标系，人体垂直轴为Z轴，矢状轴为Y轴，冠状轴为X轴，原点为选定的一个参考点，如两眼连线之中点。第二步，由临床医师确定需要刺激的位置，即治疗靶点；利用图像采集和处理模块在图像空间的患者几何头模型中标记治疗靶点位置和所需感应电场方向，感应电场方向应垂直于治疗靶点处大脑沟回所在平面。所需感应电场大小由医师确定。第三步，图像采集和处理模块在图像空间对图像进行分割，包括头皮、颅骨、大脑灰质、大脑皮质、脑脊液等区域，并赋予电学参数，即电导率和介电常数，形成电磁头模型。第四步，图像采集和处理模块在图像空间中加入经颅磁刺激器线圈模型，建立经颅磁刺激器线圈坐标系，刺激线圈通常是8字线圈，经颅磁刺激器线圈中心为坐标系原点O，Z轴通过线圈中心且垂直于线圈表面，X轴通过8字线圈两个圆的圆心，Y轴通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于经颅磁刺激器的电磁定位导航装置，其特征在于，所述的经颅磁刺激磁定位导航装置由电磁定位导航模块(1)、线圈姿态控制模块(2)、三维移动座椅(3)、图像采集和处理模块(4)、电磁场计算模块(5)、显示模块(6)和经颅磁刺激器线圈(7)组成；其中电磁定位导航模块(1)和线圈姿态控制模块(2)及三维移动座椅(3)相连；线圈姿态控制模块(2)安装在经颅磁刺激器线圈(7)上，线圈姿态控制模块(2)和三维移动座椅(3)将其携带的传感器空间的患者头部(8)空间位置和线圈姿态信息送至电磁定位导航模块(1)；图像采集和处理模块(4)的输出端连接电磁定位导航模块(1)的输入端，电磁场计算模块(5)的输出端连接显示模块(6)的输入端；所述的图像采集和处理模块(4)对患者头部(8)进行成像并在图像空间进行三维重建，在重建后的三维头模型上标记治疗靶点位置和感应电场方向，之后送入电磁定位导航模块(1)，电磁定位导航模块(1)将图像空间的头部和线圈位置进行配准；电磁场计算模块(5)实时对患者头部中的感应电场分布进行仿真计算，并在显示模块(6)中显示。

【技术特征摘要】
1.一种用于经颅磁刺激器的电磁定位导航装置，其特征在于，所述的经颅磁刺激器的电磁定位导航装置由电磁定位导航模块(1)、线圈姿态控制模块(2)、三维移动座椅(3)、图像采集和处理模块(4)、电磁场计算模块(5)、显示模块(6)和经颅磁刺激器线圈(7)组成；其中电磁定位导航模块(1)和线圈姿态控制模块(2)及三维移动座椅(3)相连；线圈姿态控制模块(2)安装在经颅磁刺激器线圈(7)上，线圈姿态控制模块(2)和三维移动座椅(3)将其携带的传感器空间的患者头部(8)空间位置和线圈姿态信息送至电磁定位导航模块(1)；图像采集和处理模块(4)的输出端连接电磁定位导航模块(1)的输入端，电磁场计算模块(5)的输出端连接显示模块(6)的输入端；所述的图像采集和处理模块(4)对患者头部(8)进行成像并在图像空间进行三维重建，在重建后的三维头模型上标记治疗靶点位置和感应电场方向，之后送入电磁定位导航模块(1)，电磁定位导航模块(1)将图像空间的头部和线圈位置进行配准；电磁场计算模块(5)实时对患者头部中的感应电场分布进行仿真计算，并在显示模块(6)中显示；所述的电磁定位导航模块(1)包括位置传感器(1a)和配准单元(1b)；所述位置传感器(1a)包括电磁场发射装置(11)和接收线圈(12)，电磁场发射装置(11)向外部空间发射各向同性的高频电磁场，接收线圈(12)由三个彼此正交的线圈组成，根据三个线圈记录的电磁场信息计算接收线圈(12)的位置。2.如权利要求1所述的一种用于经颅磁刺激器的电磁定位导航装置，其特征在于，所述的经颅磁刺激磁定位导航装置工作过程为：第一步，图像采集和处理模块(4)对患者头部(8)进行成像，并将断层图像进行三维重建，进而得到图像空间的患者几何头模型；在图像空间的患者几何头模型中标记三个参考点，分别为左右两个耳尖和两眼连线之中点，建立图像空间几何头模型坐标系X’Y’Z’O’，人体垂直轴为Z’轴，矢状轴为Y’轴，冠状轴为X’轴，原点为两眼连线之中点；第二步，由临床医师确定需要刺激的位置，即治疗靶点；图像采集和处理模块(4)在图像空间的患者几何头模型中标记治疗靶点位置和所需感应电场方向，感应电场方向(10)垂直于治疗靶点处大脑沟回所在平面；第三步，图像采集和处理模块(4)在图像空间对图像进行分割，并赋予电学参数，即电导率和介电常数，形成电磁头模型；第四步，图像采集和处理模块(4)在图像空间中加入经颅磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广浩，霍小林，吴昌哲，张丞，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11