一种经颅磁刺激系统和方法与流程

1.本发明涉及生物医学工程技术领域，具体涉及一种经颅磁刺激系统和方法。


背景技术：

2.经颅磁刺激 (transcranial magnetic stimulation，tms) 是生物医学工程领域一项重要的技术，是一种基于脑部电场电磁感应原理通过高场强的脉冲电磁场可以穿透颅骨，作用于较深位置的神经组织，进行神经刺激和神经调节，且不需穿透皮肤安装装置，具有无创无痛等优点。用于tms的磁场可以具有足以使神经元去极化的强度和密度，并且当重复施加tms脉冲时，当选用的磁刺激的参数（频率、幅值、脉宽、脉宽梯度等）时，经颅磁刺激可以调节大脑皮层兴奋性，甚至在整个刺激期间都可以调节皮层的兴奋性。在过去的数十年中，tms在研究各种神经系统和精神疾病的认知，脑行为关系和病理生理学方面的应用迅速增加。
3.现有技术中应用的经颅磁刺激系统，在实际使用时，经颅磁刺激会有轻微疼痛、不适、精神波动、昏厥、晕厥，甚至会诱发癫痫发作等不良副作用，产生这些不良副作用的主要原因是tms的刺激范围区域大，磁刺激功率和磁刺激方式选择不适当等。其中，最主要的原因是磁刺激靶点定位不准，不能精准针对磁刺激靶点或区域进行精准定位，进而不能实现精准定量、定范围的磁刺激。


技术实现要素：

4.本发明主要解决的技术问题是现有经颅磁刺激设备中磁刺激线圈刺激深度浅，且不能磁聚焦，进而无法实现对深度目标区域的精确磁刺激，以及磁刺激强度的精确控制。
5.根据第一方面，一种实施例中提供一种经颅磁刺激系统，包括：影像获取模块，用于获取医学影像数据；所述医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像；模型重建模块，用于对所述医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型；所述虚拟三维模型包括所述靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，所述虚拟三维模型还包括所述标志区域三维重建后的标志区三维模型；定位固定连接装置，用于建立空间定位坐标体系，并将所述头颅固定连接在所述空间定位坐标体系中；靶点坐标获取模块，用于将所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，并依据所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述靶点区三维模型的空间位置关系，获取所述头颅内部待磁刺激的靶点区域在所述空间定位坐标体系中的坐标值，并将该坐标值作为靶点坐标；磁刺激装置，用于与所述定位固定连接装置固定连接；所述磁刺激装置包括第一电磁发生线圈组，所述第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个所述第一线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于与所述靶点坐标
上；所述第一电磁发生线圈组的两个对称设置的所述第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激。
6.一实施例中，所述定位固定连接装置包括可拆开为两个完全相同半球状的球状固定架，所述球状固定架上设置有至少一个圆形导轨，每个所述圆形导轨的中心都位于同一条过所述球状固定架球心点的直线上；所述第一电磁发生线圈组通过所述圆形导轨固定连接所述定位固定连接装置。
7.一实施例中，所述球状固定架上设置有三个所述圆形导轨，每个所述圆形导轨所在的圆平面互相成60度。
8.一实施例中，每个所述导轨上设置有至少两个线圈固定接口，每个所述线圈固定接口均匀分布在所述圆形导轨上，所述线圈固定接口用于固定连接所述第一线圈和所述圆形导轨。
9.一实施例中，所述磁刺激装置包括第二电磁发生线圈组，所述第二电磁发生线圈组包括两个结构相同的第二线圈，两个所述第二线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于与所述靶点坐标上；所述第二线圈的直径小于与所述第一线圈的直径；所述第二电磁发生线圈组的两个对称设置的所述第二线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激。
10.一实施例中，所述第一线圈的形状为椭圆形、圆形或“8”字形；和/或，所述第二线圈的形状为椭圆形、圆形或“8”字形。
11.一实施例中，所述磁刺激装置还包括刺激驱动控制模块，与所述第一电磁发生线圈组电连接；所述磁刺激装置用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，同时对两个所述第一线圈或其中的一个所述第一线圈进行驱动电流的时序控制。
12.一实施例中，所述线圈刺激强度的获取公式包括：b=0.5
×
μ0×n×i×
r2×
[r2+（d/2+x）2]-（3/2）
;μ0=4
×
π
×
10-7
tm/a；其中, n为所述第一线圈的线圈匝数，i为线圈电流，r为所述第一线圈有效等效圆面积的半径，x为所述第一线圈的中心对称点到所述第一线圈有效圆的圆心的距离，d为所述第一线圈的宽度。
[0013]
根据第二方面，一种实施例中提供一种经颅磁刺激系统方法，包括：获取医学影像数据；所述医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像；对所述医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型；所述虚拟三维模型包括所述靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，所述虚拟三维模型还包括所述标志区域三维重建后的标志区三维模型；通过定位固定连接装置建立空间定位坐标体系，并将所述头颅固定连接在所述空间定位坐标体系中；将所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系；再依据所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述靶点区三维模型的空间位置关系，获取所述头颅内部待磁刺激的靶点区域在所述空间定位坐标体系中的坐标值，并将该坐标值作为靶点坐标；
将磁刺激装置与所述定位固定连接装置固定连接；所述磁刺激装置包括第一电磁发生线圈组，所述第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个所述第一线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于与所述靶点坐标上；通过所述磁刺激装置的所述第一电磁发生线圈组构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激。
[0014]
据上述实施例的经颅磁刺激系统, 由于依据医学影像对大脑深度的靶点区域进行精确定位，再通过对偶聚焦型磁刺激线圈对磁刺激强度进行精确控制，使得经颅磁刺激更精准，刺激深度、刺激范围更可控，在大大提高经颅磁刺激的治疗效果的前提下，减少磁刺激带来的并发症。
附图说明
[0015]
图1为一种实施例中经颅磁刺激系统的结构连接示意图；图2为一种实施例中定位固定连接装置的结构示意图；图3为一种实施例中圆形导轨的结构示意图；图4为一种实施例中经颅磁刺激方法的流程示意图；图5为另一种实施例中经颅磁刺激示意图；图6为另一种实施例中经颅磁刺激方法的流程示意图；图7为另一种实施例中经颅磁刺激方法的流程示意图。
具体实施方式
[0016]
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0017]
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0018]
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
[0019]
现有技术中，经颅磁脑刺激的通常深度一般约1-3厘米，仅仅能刺激大脑的浅层区域，难以达到额叶、丘脑、扣带回、壳核、尾状核、海马、腹侧纹状体和杏仁核等大脑的深部区域，或者难以对大脑深部区域的精确磁刺激。仅仅通过增加经颅磁刺激线圈的磁场强度的方法，产生的头疼、昏厥甚至诱发的癫痫等不良效应，限制了经颅磁脑刺激的应用。亟待开发具有深度脑磁刺激能力或者深度聚焦型磁刺激功能的新型经颅磁刺激仪设备有重要意
义。
[0020]
在tms技术中，短暂的磁脉冲用于利用法拉第电磁感应定律来引起大脑中的靶向神经元去极化。当以重复的方式进行tms(被称为rtms)时，可以实现神经质长期增强样或抑郁样效果。常规的磁刺激技术和线圈大多被设计用于大脑组织的表面刺激，但通常不能施加更深的刺激。因为表面刺激不会引起腹侧前额叶皮质以及其他奖赏及情绪相关的大脑结构(诸如伏隔核(腹侧纹状体))的有效刺激，可预测，更深的大脑刺激可更有效地治疗重度抑郁症及其他精神病和神经疾病。刺激深部大脑区域(dtms)，被称为深部的tms，需要高的强度和准确度，这种高的强度和准确度是不可能通过当前可得到的常规磁刺激器使用标准线圈配置在不造成不希望的副作用(例如，癫痫发作或与过度刺激皮质区域相关的其他问题) 的情况下达到的。过去，rtms过程不能直接刺激大于颅骨表面以下2cm的靶标。正研发深部rtms技术以改进利用h-线圈的电磁场的深度穿刺，其中多个绕组被布置成使得由此生成的磁场汇总在一起，以允许直接模拟到颅骨表面以下4cm。
[0021]
在过去的十年中，功能成像的进展识别了特定脑部区域，其具有与特定精神病症状和病征相关的改变的活动和体积，这可能跨越心理精神疾病的疾病与针对患者和陪护人员两者的脑神经疾病的疾病之间的理论差距(downar和daskalakis 2013；zhang 等人，2014年)。生物工程的对应进展经由dtms实现了这些改变的脑部区域的非侵入式调节，从而形成精神病患者广泛使用的有效的逻辑治疗并且整体地减少精神疾病的耻辱感。
[0022]
虽然深层刺激也可以用大型圆形线圈或双锥形线圈来完成，但是它们的电磁场比h-线圈衰减得更厉害并且达到很深的靶标，在表面上必须使用比h-线圈更高的强度 (roth等人，2007年；pell等人，2011年)。更高的强度可能对患者而言不愉快且可能不安全。h-线圈刺激了比数字8线圈更广泛的区域，这消除了对成像和神经导航的需要；在没有导航的情况下，常规rtms在27-32％的患者中丢失了靶标，为实现缓解，因治疗(nnt)所需要的高数量而使常规rtms治疗变得昂贵(johnson等人， 2013年；george等人，2010年)。h-线圈刺激更大区域(与常规线圈的3cm3相比，为18cm3)和更深结构的能力是与h-线圈同步地有效治疗dtms的原因。
[0023]
在本发明实施例中，公开了一种经颅磁刺激系统,包括影像获取模块、模型重建模块、定位固定连接装置、靶点坐标获取模块和磁刺激装置。影像获取模块用于获取医学影像数据，模型重建模块用于对医学影像数据进行三维重建以获取虚拟三维模型，定位固定连接装置用于建立空间定位坐标体系，并将头颅固定连接在空间定位坐标体系中，靶点坐标获取模块用于依据虚拟三维模型获取头颅内部待磁刺激的靶点区域在空间定位坐标体系中的坐标值，磁刺激装置用于对靶点区域进行磁刺激。由于依据医学影像对大脑深度的靶点区域进行精确定位，再通过偶聚焦型磁刺激线圈对磁刺激强度进行精确控制，使得经颅磁刺激更精准，刺激范围更可控，在大大提高经颅磁刺激的治疗效果的前提下，减少磁刺激带来的并发症，在脑科学、神经科学的研究中具有重要意义。
[0024]
实施例一请参考图1，为一种实施例中经颅磁刺激系统的结构连接示意图，经颅磁刺激系统包括影像获取模块1、模型重建模块2、定位固定连接装置3、靶点坐标获取模块4和磁刺激装置5。影像获取模块1用于获取医学影像数据。医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像。模型重建模块2用于对医学影像数据进行
三维重建，以获取虚拟三维模型。虚拟三维模型包括靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，虚拟三维模型还包括标志区域三维重建后的标志区三维模型。定位固定连接装置3用于建立空间定位坐标体系，并将头颅固定连接在空间定位坐标体系中。靶点坐标获取模块4用于将虚拟三维模型中的标志区三维模型与空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，并依据虚拟三维模型中的标志区三维模型与靶点区三维模型的空间位置关系，获取头颅内部待磁刺激的靶点区域在空间定位坐标体系中的坐标值，并将该坐标值作为靶点坐标。磁刺激装置5用于与定位固定连接装置固定连接，磁刺激装置5包括第一电磁发生线圈组，第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个第一线圈成中心对称的设置在定位固定连接装置上，且中心对称点位于与靶点坐标上。第一电磁发生线圈组的两个对称设置的第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向中心对称点发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。第一电磁发生线圈组中任一个聚焦性磁刺激的第一线圈对其所属中心对称点发射电磁波，多个聚焦性磁刺激的第一线圈同时激发磁场即可对靶点区域进行增强，聚焦磁刺激。
[0025]
请参考图2，为一种实施例中定位固定连接装置的结构示意图，定位固定连接装置包括可拆开为两个完全相同半球状的球状固定架，球状固定架上设置有至少一个圆形导轨31，每个圆形导轨31的中心都位于同一条过球状固定架球心点的直线上。第一电磁发生线圈组通过圆形导轨31固定连接定位固定连接装置。
[0026]
一实施例中，球状固定架上设置有三个圆形导轨31，每个圆形导轨31所在的圆平面互相成60度夹角。
[0027]
请参考图3，为一种实施例中圆形导轨的结构示意图，每个圆形导轨31上设置有至少两个线圈固定接口32，每个线圈固定接口32均匀分布在圆形导轨31上，线圈固定接口32用于固定连接第一线圈和圆形导轨31。
[0028]
一实施例中，磁刺激装置包括第二电磁发生线圈组，第二电磁发生线圈组包括两个结构相同的第二线圈，两个第二线圈成中心对称的设置在定位固定连接装置上，且中心对称点位于与靶点坐标上。第二线圈的直径小于与第一线圈的直径，第二电磁发生线圈组的两个对称设置的第二线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向中心对称点发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。第二电磁发生线圈组中任一个聚焦性磁刺激的第二线圈对其所属中心对称点发射电磁波，多个聚焦性磁刺激的第二线圈同时激发磁场即可对靶点区域进行增强，聚焦磁刺激。
[0029]
一实施例中，第一线圈的形状为椭圆形、圆形或“8”字形。一实施例中，第二线圈的形状为椭圆形、圆形或“8”字形。
[0030]
一实施例中，磁刺激装置还包括刺激驱动控制模块，与第一电磁发生线圈组电连接。磁刺激装置用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，同时对两个第一线圈或其中的一个第一线圈进行驱动电流的时序控制。线圈刺激强度的获取公式包括：b=0.5
×
μ0×n×i×
r2×
[r2+（d/2+x）2]-（3/2）
;μ0=4
×
π
×
10-7
tm/a；其中, n为第一线圈的线圈匝数，i为线圈电流，r为第一线圈有效等效圆面积的半径，x为第一线圈的中心对称点到第一线圈有效圆的圆心的距离，d为第一线圈的宽度。
[0031]
请参考图4，为一种实施例中经颅磁刺激方法的流程示意图，本技术一实施例中还
公开了一种经颅磁刺激方法，包括：步骤110，获取医学影像数据。
[0032]
医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像。
[0033]
步骤120，获取虚拟三维模型。
[0034]
对医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型。虚拟三维模型包括靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，虚拟三维模型还包括标志区域三维重建后的标志区三维模型。
[0035]
步骤130，建立空间定位坐标体系。
[0036]
通过定位固定连接装置建立空间定位坐标体系，并将头颅固定连接在空间定位坐标体系中。
[0037]
步骤140，获取靶点坐标。
[0038]
将虚拟三维模型中的标志区三维模型与空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，再依据虚拟三维模型中的标志区三维模型与靶点区三维模型的空间位置关系，获取头颅内部待磁刺激的靶点区域在空间定位坐标体系中的坐标值，并将该坐标值作为靶点坐标。
[0039]
步骤150，连接磁刺激装置。
[0040]
将磁刺激装置与定位固定连接装置固定连接。磁刺激装置包括第一电磁发生线圈组，第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个第一线圈成中心对称的设置在定位固定连接装置上，且中心对称点位于与靶点坐标上。
[0041]
步骤160，开始磁刺激。
[0042]
通过磁刺激装置的第一电磁发生线圈组的两个对称设置的第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向中心对称点发射电磁波，以对靶点区域进行磁刺激。
[0043]
在本技术实施例中，公开了一种经颅磁刺激方法,首先对获取医学影像数据进行三维重建；再将重建的虚拟三维模型与定位固定连接装置的空间定位坐标体系建立对应关系；然后依据虚拟三维模型中的标志区三维模型与靶点区三维模型的空间位置关系，获取头颅内部待磁刺激的靶点区域在空间定位坐标体系中的靶点坐标；最后将磁刺激装置与定位固定连接装置固定连接，以通过磁刺激装置的第一电磁发生线圈组向靶点区域进行磁刺激。由于依据医学影像对大脑深度的靶点区域进行精确定位，再通过对偶聚焦型磁刺激线圈对磁刺激强度进行精确控制，使得经颅磁刺激更精准，刺激深度和范围更可控，在大大提高经颅磁刺激的治疗效果的前提下，减少磁刺激带来的并发症。
[0044]
实施例二请参考图5，为另一种实施例中经颅磁刺激示意图，磁刺激装置包括两个第一电磁发生线圈组，一个第一电磁发生线圈组包括第一线圈1和第一线圈2，另一第一电磁发生线圈组包括第一线圈3和第一线圈4。两个第一电磁发生线圈组分别构成对偶聚焦型深度磁刺激线圈组，依据对偶聚焦型深度磁刺激线圈组的磁刺激聚焦原理，以圆形线圈为例，一组对偶聚焦型深度磁刺激线圈组产生的磁场强度近似为：b1=0.5
×
μ0×
n1×
i1×r12
×
[r
12
+（d1/2+x1）2]-（3/2）
;其中，x1为轴线上一点到一线圈圆心的距离，磁场方向沿着轴线。
[0045]
另一组对偶聚焦型深度磁刺激线圈组产生的磁场强度近似为：b2=0.5
×
μ0×
n2×
i2×r22
×
[r
22
+（d2/2+x2）2]-（3/2）
;其中，x2为轴线上一点到一线圈圆心的距离，磁场方向沿着轴线。
[0046]
两组对偶型磁刺激线圈组的轴线的空间交点就是磁场强度的最大聚焦点，且聚焦点的磁场大小为：b=（b
12
+ b
22
+2
×
b1×
b2×
cosα）
1/2
；其中，α为两轴线的夹角，聚焦点的位置完全有对偶型磁刺激线圈组的轴线交点决定， 可以非常简便的决定磁刺激的刺激深度（聚焦点位置）和强度（聚焦点的合成磁场强度）。
[0047]
请参考图6，为另一种实施例中经颅磁刺激方法的流程示意图，经颅磁刺激系统包括显示和控制模块、功能性磁共振接口功能模块、脑磁图功能模块、线圈定位指导模块和模式调制和驱动模块。功能性磁共振接口功能模块检测待刺激人的脑部功能性结构图像，并将图像信息传送给线圈定位指导模块。脑磁图功能模块检测待刺激人的脑磁图功能性图像，并将图像信息传送给线圈定位指导模块，线圈定位指导模块根据待刺激人的fmri脑部功能性结构图像和脑磁图功能性图像和待刺激人预设刺激脑目标部位，解算出最佳的对偶型聚焦型深度磁刺激线圈组在定位固定架上的位置布置方案，并将配置方案发送到显示和控制模块的输出屏幕，并发送到模式调制和驱动控制模块，以便解算最佳的线圈刺激模式并激发。
[0048]
应用fmri脑功能型结构图像和脑磁图功能性图形定位对偶型聚焦磁刺激线圈的方法，具体包括：步骤一，在fmri脑功能扫描和脑磁图检测以前指定待检测目标脑区（左半球还是右半球，顶叶，颞叶，枕叶等）；步骤二，提取并利用fmri脑功能图像的结构性脑图像数据，重构待检测患者的三维脑结构图，重构三维脑结构图时，优选过脑部顶端的最高点与脑干垂直的水平面作为参考平面xoy平面，脑部顶端最高顶为三维坐标原点o，过三维坐标原点o，沿脑部脑裂沟的方向为x轴，向前为正方向，过三维坐标原点o，垂直xoy平面的直线为z轴，向下的方向为z轴正方向，过三维坐标原点o，与x，z轴垂直的直线为y轴；提取fmri脑功能图像的bold功能效应数据，并在生成的三维脑结构对应位置中绘制图像，利用图像bold功能效应值和预设的判据值描绘出所绘制图像的目标区域包络线（神经活跃目标区域或者神经不活跃目标区域）；步骤三，启动线圈定位指导模块，解算所有线圈的配置方案中的对偶线圈对的轴线交点落在步骤二中计算的目标区域包络线内的线圈配置方式，并对可行的线圈配置方式输出和排序，并解算出每一种线圈位置配置模式的磁场聚焦点的位置坐标，输出线圈配置模式的优选排序原则为：聚焦点级别优先于聚焦点数目（聚焦级别是多组线圈聚焦到一个点，例如，三个线圈组聚焦到同一点，则该聚焦点为2级聚焦点；若两个线圈组聚焦到同一点，则该聚焦点为1级聚焦点）。
[0049]
请参考图7，为另一种实施例中经颅磁刺激方法的流程示意图，模式调制和驱动控制模块基于刺激线圈对的位置配置情况，解算刺激线圈到目标刺激区域的距离和刺激线圈到目标连线间的夹角，解算出所需的线圈刺激强度和刺激时序，每个单独对偶聚焦型磁刺激线圈对的单个磁刺激线圈的驱动电流和时序完全相同。主控模块控制整个聚焦型深度脑
磁刺激仪的运行，并负责建立待刺激病人个人档案和个人治疗方案，并基于病人脑部目标区域fmri图像和脑磁图特征的小生境演进优化算法对治疗方案进行改进和优化。显示和控制模块用于输入必须的系统控制信息和输出系统运行状态信息。一实施例中，经颅磁刺激系统还包括通信模块，负责与移动终端端和/或后台云端通信。
[0050]
下面以8个第一线圈作为磁刺激线圈为例，经颅刺激的过程包括：1）显示和控制模块在主控模块的调控下建立待刺激人的个人档案，确定带刺激人的脑部刺激部位；、2）系统启动功能性磁共振接口功能模块和脑磁图功能模块检测待刺激人对应脑目标部位的fmri脑部功能性结构图像和脑磁图功能性图像；3）线圈定位指导模块基于待刺激人的对应脑目标部位的fmri脑部功能性结构图像和脑磁图功能性图像信息，并结合可选线圈对的数目和定位固定架的线圈可用配置位置，解算出优选的直接刺激目标区域的刺激线圈对的位置配置方案；4）配置和固定好磁刺激线圈对后，通过显示和控制模块将刺激线圈对的位置配置信息输入系统，若与线圈定位指导模块推荐的刺激线圈对配置方案完全一样，可用直接确定；5）模式调制和驱动控制模块基于fmri脑部功能性结构图像、脑磁图功能性图像和刺激线圈对的位置和类型配置情况解算磁刺激线圈到刺激目标区域的距离，以及解算磁刺激线圈与目标区域的各连线间的夹角。
[0051]
利用公式下述刺激强度获取公式估算单个磁刺激线圈对在目标区域的磁场强度，刺激强度的获取公式包括：b=0.5
×
μ0×n×i×
r2×
[r2+（d/2+x）2]-（3/2）
;μ0=4
×
π
×
10-7
tm/a；其中, n为第一线圈的线圈匝数，i为线圈电流，r为第一线圈有效等效圆面积的半径，x为第一线圈的中心对称点到第一线圈有效圆的圆心的距离，d为第一线圈的宽度。
[0052]
多个磁刺激线圈对在目标聚焦点的磁场强度利用隔离耦合原理估算。一实施例中刺激强度的获取公式还包括衰减修正系数η，衰减修正系数η与磁刺激线圈到目标区域之间脑组织的电导率决定，与脑组织灰质和白质的对比量有关，取1.2-2.0之间。
[0053]
本技术公开的经颅磁刺激系统，基于目标区域附近fmri脑部功能性结构图像和脑磁图功能性图像信息决定,单个磁刺激线圈在线圈与目标区域刺激路径上脑皮层的估算刺激强度不得强于运动阈值的80%，以免引发头疼、恶心甚至癫痫等不良反应，步骤六，对于同一个磁刺激线圈对的刺激脉冲的宽度为200 us-300us，脉冲间隔约为100us,300us最长不大于4000us，具体大小与磁刺激线圈到目标区域之间脑组织的电导率决定，与脑组织灰质和白质的对比量有关，本发明中基于目标区域附近fmri脑部功能性结构图像和脑磁图功能性图像信息决定，步骤七，对于不同的磁刺激线圈对，激发时序保持同步，或者保持续惯间隔1-3个脉冲周期与间隔的和，所有的磁刺激线圈对连续发送20个脉冲后停止5个脉冲周期与间隔的和再进行下一20个连续脉冲的激发发送。一实施例中，深度磁刺激目标区域包括以下之一：额叶、丘脑、扣带回、壳核、尾状核、海马、腹侧纹状体和杏仁核。
[0054]
本技术公开的经颅磁刺激系统采用精密、灵巧的结构设计，实现对大脑深度目标区域的精确磁刺激，以及磁刺激强度的精确控制，可实现经颅磁治疗过程的精确磁刺激，大
大提高了经颅磁刺激治疗的效果，在脑科学、神经科学的研究中具有重要意义。
[0055]
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
[0056]
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

技术特征：
1.一种经颅磁刺激系统, 其特征在于，包括：影像获取模块，用于获取医学影像数据；所述医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像；模型重建模块，用于对所述医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型；所述虚拟三维模型包括所述靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，所述虚拟三维模型还包括所述标志区域三维重建后的标志区三维模型；定位固定连接装置，用于建立空间定位坐标体系，并将所述头颅固定连接在所述空间定位坐标体系中；靶点坐标获取模块，用于将所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，并依据所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述靶点区三维模型的空间位置关系，获取所述头颅内部待磁刺激的靶点区域在所述空间定位坐标体系中的坐标值，并将该坐标值作为靶点坐标；磁刺激装置，用于与所述定位固定连接装置固定连接；所述磁刺激装置包括第一电磁发生线圈组，所述第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个所述第一线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于与所述靶点坐标上；所述第一电磁发生线圈组的两个对称设置的所述第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激。2.如权利要求1所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，所述定位固定连接装置包括可拆开为两个完全相同半球状的球状固定架，所述球状固定架上设置有至少一个圆形导轨，每个所述圆形导轨的中心都位于同一条过所述球状固定架球心点的直线上；所述第一电磁发生线圈组通过所述圆形导轨固定连接所述定位固定连接装置。3.如权利要求2所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，所述球状固定架上设置有三个所述圆形导轨，每个所述圆形导轨所在的圆平面互相成60度夹角。4.如权利要求2所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，每个所述圆形导轨上设置有至少两个线圈固定接口，每个所述线圈固定接口均匀分布在所述圆形导轨上，所述线圈固定接口用于固定连接所述第一线圈和所述圆形导轨。5.如权利要求1所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，所述磁刺激装置包括第二电磁发生线圈组，所述第二电磁发生线圈组包括两个结构相同的第二线圈，两个所述第二线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于与所述靶点坐标上；所述第二线圈的直径小于与所述第一线圈的直径；所述第二电磁发生线圈组的两个对称设置的所述第二线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激。6.如权利要求5所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，所述第一线圈的形状为椭圆形、圆形或“8”字形；和/或，所述第二线圈的形状为椭圆形、圆形或“8”字形。7.如权利要求1所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，所述磁刺激装置还包括刺激驱动控制模块，与所述第一电磁发生线圈组电连接；所述磁刺激装置用于按预设的线圈刺激强度和刺激时序，同时对两个所述第一线圈或其中的一个所述第一线圈进行驱动电流的时序控制。
8.如权利要求7所述的经颅磁刺激系统，其特征在于，所述线圈刺激强度的获取公式包括：b=0.5
×
μ0×
n
×
i
×
r2×
[r2+（d/2+x）2]-（3/2）
;μ0=4
×
π
×
10-7
tm/a；其中, n为所述第一线圈的线圈匝数，i为线圈电流，r为所述第一线圈有效等效圆面积的半径，x为所述第一线圈的中心对称点到所述第一线圈有效圆的圆心的距离，d为所述第一线圈的宽度。9.一种经颅磁刺激方法，其特征在于，包括：获取医学影像数据；所述医学影像数据包括头颅内部待磁刺激的靶点区域的影像和用于靶点定位的标志区域的影像；对所述医学影像数据进行三维重建，以获取虚拟三维模型；所述虚拟三维模型包括所述靶点区域三维重建后的靶点区三维模型，所述虚拟三维模型还包括所述标志区域三维重建后的标志区三维模型；通过定位固定连接装置建立空间定位坐标体系，并将所述头颅固定连接在所述空间定位坐标体系中；将所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述空间定位坐标体系内的标志区域建立对应关系，再依据所述虚拟三维模型中的标志区三维模型与所述靶点区三维模型的空间位置关系，获取所述头颅内部待磁刺激的靶点区域在所述空间定位坐标体系中的坐标值，并将该坐标值作为靶点坐标；将磁刺激装置与所述定位固定连接装置固定连接；所述磁刺激装置包括第一电磁发生线圈组，所述第一电磁发生线圈组包括两个结构相同的第一线圈，两个所述第一线圈成中心对称的设置在所述定位固定连接装置上，且中心对称点位于与所述靶点坐标上；通过所述磁刺激装置的所述第一电磁发生线圈组的两个对称设置的所述第一线圈构成一个对偶聚焦型磁刺激线圈对，向所述中心对称点发射电磁波，以对所述靶点区域进行磁刺激。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求9中任一项所述的方法。

技术总结
本申请公开一种经颅磁刺激系统和方法,首先对获取医学影像数据进行三维重建；再将重建的虚拟三维模型与定位固定连接装置的空间定位坐标体系建立对应关系；然后依据虚拟三维模型中的标志区三维模型与靶点区三维模型的空间位置关系，获取头颅内部待磁刺激的靶点区域在空间定位坐标体系中的靶点坐标；最后将磁刺激装置与定位固定连接装置固定连接，以通过磁刺激装置的第一电磁发生线圈组向靶点区域进行磁刺激。由于依据医学影像对大脑深度的靶点区域进行精确定位，再通过对偶聚焦型磁刺激线圈对磁刺激强度进行精确控制，使得经颅磁刺激更精准，刺激深度和范围更可控，在大大提高经颅磁刺激的治疗效果的前提下，减少磁刺激带来的并发症。的并发症。的并发症。


技术研发人员：张朋 罗满华 王鑫 王景信 刘轶博
受保护的技术使用者：湖南华医电磁医学研究院有限公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/3/8