一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法技术

本发明专利技术提出了一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法，通过设立头盔坐标系、借助光学扫描获得三维图像坐标、依靠空间标记点和配准算法进行图像配准以实现快速精准定位所有OPM；本发明专利技术所述方法使用光学扫描来快速获取OPM阵列和被试头部图像，采样速度快，省时省力；使用空间标记点和刚性头盔上插槽的先验知识，从光学扫描的三维图像中快速获取所有OPM的位置，且能将OPM位置与插槽快速对应。应。应。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法


[0001]本专利技术涉及计算机技术
，具体涉及一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法。
技术背景
[0002]脑磁图(以下简称MEG)是一种通过测量神经电流在头外产生的磁场来推断头内脑活动的无损脑功能，脑成像和脑疾病诊断的技术。近年来逐渐成熟的原子磁强计(以下简称OPM)因其高灵敏度，小体积，被开发作为脑磁图的探测单元。
[0003]OPM往往以单通道进行封装，每一个OPM在MEG探测器阵列中的位置均是可调的，这使得MEG能适配不同的头型和不同的测量需求。为了兼顾探测器阵列的稳定性，MEG可以采用刚性头盔来固定OPM，同时OPM能在刚性头盔的插槽中上下滑动，这样也能通过改变插入深度来适配不同的头型，保持探测器阵列的灵活性。
[0004]利用OPM测量的脑磁场分布，若能得知每一个探头和被试大脑皮层的相对位置，在合适的源模型下，可以唯一的确定皮层上因受到刺激而产生活动的神经元位置，这一过程也称为溯源分析。MEG的溯源分析可用以研究包括脑的自发和诱发活动在内的多种脑神经活动过程，在临床上用以对癫痫病灶的定位。
[0005]要获得探头相对于大脑皮层的位置，需要分别获得探头相对于被试头部的位置和被试头部内大脑皮层的位置，后者由磁共振结构像提供，而前者就需要开发一种定位技术。由于OPM阵列不固定，而是一个个插在脑磁帽上，且插入深度可调，每一个OPM需要分别定位。如何快速且精准定位所有的OPM，是一个必须克服的困难。
专利技术内容
[0006]针对上述存在的拘束局限性，本专利技术提出了一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法，通过设立头盔坐标系、借助光学扫描获得三维图像坐标、依靠空间标记点和配准算法进行图像配准以实现快速精准定位所有OPM。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]本专利技术的专利技术点是提供一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法，用于获得OPM相对大脑皮层的位置，其特征在于，
[0009]所述方法通过以下步骤实现：
[0010]步骤S1、根据刚性头盔的特征建立头盔坐标系，得到刚性头盔上所有插槽的头盔坐标系坐标；
[0011]步骤S2、在刚性头盔上安置空间标记点，并获取所有空间标记点的头盔坐标系坐标；
[0012]步骤S3、通过光学扫描获取刚性头盔、被试头部和所有OPM的三维图像；
[0013]步骤S4、从刚性头盔的三维图像中直接读取所述空间标记点的三维图像坐标，将所述空间标记点的三维图像坐标与其头盔坐标系坐标进行图像配准，得到第一坐标变换关
系；
[0014]步骤S5、从OPM的三维图像中直接读出所有OPM上所贴的空间标记点的三维图像坐标，通过第一坐标变换关系进行坐标系变换，得到所有OPM的头盔坐标系坐标；
[0015]步骤S6、获得插槽与OPM的对应关系；
[0016]步骤S7、获得磁共振结构像重建出的头部图像，并将所述头部图像与被试头部的三维图像进行图像配准，得到第二坐标变换关系；
[0017]步骤S8、获取所述头部图像中的大脑皮层部分的磁共振结构像坐标，并将所述磁共振结构像坐标分别通过第二坐标变换关系、第一坐标变换关系进行变换，得到大脑皮层的头盔坐标系坐标；通过OPM的头盔坐标系坐标与大脑皮层的头盔坐标系坐标之间的关系得到二者的相对位置。
[0018]本专利技术与现有技术相对比，本专利技术具有以下优点：
[0019](1)本专利技术所述方法使用光学扫描来获取OPM阵列和被试头部图像，采样速度快，省时省力；
[0020](2)使用空间标记点和刚性头盔上插槽的先验知识，从光学扫描的三维图像中快速获取所有OPM的位置，且能将OPM位置与插槽(插槽编号)快速对应。
[0021](3)使用被试头部的三维图像和磁共振结构像重建的头部图像进行配准，采用全局配准和ICP局部优化结合的算法进行图像配准，可实现自动化配准，且具备高精度优势。
[0022]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例涉及的一种刚性头盔的结构示意图。
[0024]图2为本专利技术实施例提供的一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法的流程图。
[0025]图3为本专利技术实施例提供的点特征直方图提取方法的示意图。
[0026]图4为本专利技术实施例提供的点特征直方图提取方法的Darboux坐标系示意图。
具体实施方式
[0027]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了进一步了解本专利技术，下面结合最佳实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0028]如下为本专利技术实施例中涉及名词术语的解释：
[0029]OPM：即光泵原子磁强计，利用圆偏振光激发待测磁场中的气体原子系统产生其塞曼子能级之间粒子数差，从而观测磁共振效应的原理制成的磁强计；OPM主要用于测量弱磁场。
[0030]刚性头盔：即固定OPM的头盔，用刚性材料制成，如图1所示，刚性头盔结合头盔定
位标志点、探测器定位标志点满足OPM阵列快速光学扫描定位方法的需求。刚性头盔包含固定不动的底座和小范围可动以调整头盔内部大小的模块，被试戴上头盔后，可以调整头盔大小来尽量贴合被试头型。头盔上分布有固定OPM的插槽，OPM在插槽内可以调整插入深浅。
[0031]下面结合前述名词术语具体介绍本专利技术的实现方式：
[0032]本专利技术的专利技术点是提供一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法，用于获得OPM相对大脑皮层的位置；
[0033]参考图2所示，所述方法通过以下步骤实现：
[0034]步骤S1、根据刚性头盔的特征建立头盔坐标系，得到刚性头盔上所有插槽的头盔坐标系坐标；
[0035]步骤S2、在刚性头盔上安置空间标记点，并获取所有空间标记点的头盔坐标系坐标；
[0036]步骤S3、通过光学扫描获取刚性头盔、被试头部和所有OPM的三维图像；
[0037]步骤S4、从刚性头盔的三维图像中直接读取所述空间标记点的三维图像坐标，通过第一图像配准算法将所述空间标记点的三维图像坐标与其头盔坐标系坐标进行图像配准，得到第一坐标变换关系；
[0038]所述第一坐标变换关系为头盔坐标系坐标和三维图像坐标之间的坐标变换关系；
[0039]步骤S5、从OPM的三维图像中直接读出所有OPM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法，其特征在于，所述方法通过以下步骤实现：步骤S1、根据刚性头盔的特征建立头盔坐标系，得到刚性头盔上所有插槽的头盔坐标系坐标；步骤S2、在刚性头盔上安置空间标记点，并获取所有空间标记点的头盔坐标系坐标；步骤S3、通过光学扫描获取刚性头盔、被试头部和所有OPM的三维图像；步骤S4、从刚性头盔的三维图像中直接读取所述空间标记点的三维图像坐标，将所述空间标记点的三维图像坐标与其头盔坐标系坐标进行图像配准，得到第一坐标变换关系；步骤S5、从OPM的三维图像中直接读出所有OPM上所贴的空间标记点的三维图像坐标，通过第一坐标变换关系进行坐标系变换，得到所有OPM的头盔坐标系坐标；步骤S6、获得插槽与OPM的对应关系；步骤S7、获得磁共振结构像重建出的头部图像，并将所述头部图像与被试头部的三维图像进行图像配准，得到第二坐标变换关系；步骤S8、获取所述头部图像中的大脑皮层部分的磁共振结构像坐标，并将所述磁共振结构像坐标分别通过第二坐标变换关系、第一坐标变换关系进行变换，得到大脑皮层的头盔坐标系坐标；通过OPM的头盔坐标系坐标与大脑皮层的头盔坐标系坐标之间的关系得到二者的相对位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一坐标变换关系为头盔坐标系坐标和三维图像坐标之间的坐标变换关系；所述第二坐标变换关系为三维图像坐标与磁共振结构像坐标之间的坐标变换关系；所述第一坐标变换关系与所述第二坐标变换关系均为空间变换矩阵。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S6中，获得插槽与OPM的对应关系通过第一匹配法则实现，所述第一匹配法则包括：将所有OPM的头盔坐标系坐标与所有插槽的头盔坐标系坐标进行对比，若某个OPM的头盔坐标系坐标落在某个插槽头盔坐标系坐标的预设坐标范围内，则该OPM即为该插槽内的OPM。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述头盔坐标系为三维坐标系；所述三维图像坐标为光学扫描时定义的坐标系下的坐标，满足真实空间的尺寸；所述磁共振结构像坐标为在磁共振扫描设备定义的坐标系下的坐标。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空间标记点为具有高亮度值的反光亮片；所述光学扫描包括激光反射定位、结构光扫描定位、双目摄像机定位中的一种或多种的组合。6.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛经纬，古闻宇，
申请(专利权)人：北京昆迈医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：