[发明专利]一种用于经颅磁刺激器的电磁定位导航装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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-evoked potentials，MEPs)。这也标志着经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,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(Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation,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。

发明内容

本发明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，本发明采用了以下技术方案：

本发明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。