一种用于经颅磁刺激治疗的TMS定位导航方法技术

一种用于经颅磁刺激治疗的TMS定位导航方法，主要包括以下步骤：首先，采集患者面部RGBD图像数据，得到稳定的RGBD图像数据和3D点云图像数据；然后再对患者面部的RGBD图像采用人脸检测算法，得到患者面部特征点信息；再对患者面部进行空间定位，得到患者面部特征点位于摄像头空间坐标系中的3D坐标值；再对患者头部进行建模，将患者头部模型的空间位姿与患者头部的实际空间位姿进行匹配，确定患者实际刺激位点的空间位姿，对机械手的移动路径进行规划，完成首次定位；最后保存首次定位中患者头部的磁刺激点的空间位姿数据和机械手的移动路径规划数据，再下一次治疗时，只需调出首次定位时保存的数据即可实现一键定位。

A TMS navigation method for transcranial magnetic stimulation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于经颅磁刺激治疗的TMS定位导航方法
本专利技术属于经颅磁刺激医疗
，具体是一种用于经颅磁刺激治疗的TMS定位导航方法。
技术介绍
据中国疾病预防控制中心精神卫生中心统计，目前我国精神疾病患者总数已超过1亿，但公众对精神疾病的知晓率不足5成，就诊率更低。目前这些精神病人得到及时救治的约20％，有80％的精神病人得不到及时救治，甚至得不到最基本的救治，症精神疾病患者人数更是高达1600万人。根据IMShealth的最新统计数据，全球精神疾病用药已经超过360亿美元，占药品销售总额的5％。不过，就国内而言，目前的精神疾病用药市场规模仍相对较小，大约占医院销售总额的1.5％左右。我国精神病专科医院已经超过600家，但与日益增长的精神病发病率相比，在数量和质量上与精神病患者需求之间还存在较大差距，仍有为数众多的精神病患者不能得到专业、系统、有效的治疗。经颅磁刺激(TranscranialMagneticStimulation，TMS)，是一种通过脉冲磁场在局部大脑皮层中产生电流以暂时激活或抑制该皮层的技术。在如今现有的医疗设备领域，关于经颅磁刺激治疗设备的操作都是通过人为操作或支架固定控制TMS线圈，来对患者进行治疗。人工操作很不方便，需要长时间手持线圈或者利用支架固定一个特定角度；患者的体验感不好，坐着保持姿势不敢乱动，乱动后需要重新定位；人工定位比较繁琐也不够精准，从而对患者的治疗效果大打折扣。申请号为201710467812.0的专利公开了一种经颅磁刺激治疗设备，包括TMS线圈、支架、机械臂、控制器及定位装置；定位装置检测到人体头部与TMS线圈的位置，并将位置发送至控制器，控制器控制机械臂的六个驱动机构旋转相应的角度，由于机械臂具有六个自由度，TMS线圈可以实现整个大脑脑区的刺激；然而该专利中的定位装置采用的是两个红外摄像头和一个处理器，其获得的位置信息不够精准，不能有效对头部特定部位进行治疗，治疗效果会降低很多；且不具有重复定位的功能，同一个患者每次去治疗时都需要重新进行定位，降低了治疗效率；亟需进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于经颅磁刺激治疗的TMS定位导航方法，通过3D摄像头能够有效获取患者面部RGBD图像、红外图像和深度图像，并根据这些图像得到患者面部特征点的空间位置，为精确定位患者头部位姿提供数据支持，并通过对机械手的移动路径进行合理规划，使机械手能够自动将TMS线圈移动到患者头部磁刺激点位进行治疗，从而减轻了医生的负担，同时提高了治疗效率和治疗效果；解决了现有技术中仅通过两个红外摄像头和一个处理模块对患者头部定位不精准的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于经颅磁刺激治疗的TMS定位导航方法，包括以下步骤：S1，患者平躺在卧式平移平台上，将所述卧式平移平台平移至预定位置，操作人员打开TMS治疗系统；S2，采用3D摄像头采集患者面部RGBD图像数据，通过标定、背景剔除、滤波、光照补偿算法得到稳定的RGBD图像数据和3D点云图像数据；S3，对患者面部的RGBD图像采用人脸检测算法，得到患者面部区域，再通过ASM特征点检测算法，得到患者面部特征点信息；S4，对患者面部进行空间定位，以3D摄像头为原点建立空间坐标系，根据3D点云图像数据得到患者面部特征点位于3D摄像头空间坐标系中的3D坐标值；S5，对患者头部进行建模，将3D摄像头绕头部匀速旋转或者使用多个摄相机同时拍摄，得到患者头部全方位的图像数据，通过识别所述全方位的图像数据中的面部特征点信息计算出图像之间的匹配关系，再通过3D点云的ICP算法得到点云的空间位置关系，将扫描数据中所有的3D点云图像数据进行整合得到患者头部完整的3D数据；再以医学常用的MNI脑空间坐标为标准，将MNI空间的脑向3D扫描得到的颅骨3D数据映射到所述完整的3D数据上得到患者的头部模型，然后在得到的患者头部模型上建立磁刺激点模型；S6，首次定位，将患者头部模型的空间位姿与患者头部的实际空间位姿进行匹配，确定患者实际刺激位点的空间位姿，对操作设备进行建模，对机械手的移动路径进行规划；机械手根据规划的路径自动移动到患者头部磁刺激点进行磁刺激治疗；S7，重复定位，在首次定位完成后，将首次定位时患者头部的磁刺激点信息和机械手的路径规划数据保存在患者头模中；患者在进行下次治疗时，可以直接调出上一次定位的数据对患者头部进行重复定位。具体地，步骤S2中，所述光照补偿算法包括以下步骤：S21，采用轮廓跟踪算法对RGBD图像进行分析，得到患者的面部轮廓线；S22，将S21中的轮廓线映射到患者面部的3D点云图像上；S23，沿着所述3D点云图像上的轮廓线，分析轮廓线两边点云的坐标值；若两边点云坐标值的高度存在较大跳变，则表明该轮廓真实有效；若不存在较大跳变，则表明该轮廓是由于光线过强造成阴影而形成的伪轮廓；S24，在RGBD图像上，将所述伪轮廓对应位置两侧的像素明度调至接近，即暗区向明区方向调整，以消除光线过强造成的阴影；S25，在3D点云图像上，遍历找出高度跳变较大的区域；S26，将S25中高度跳变较大的区域映射至RGBD图像，将高度向上跳变的区域的像素明度调亮，将高度向下跳变的区域的像素明度调暗，以消除光线过暗造成的影响。具体地，步骤S3中，所述人脸检测算法为基于模板匹配的方法、基于肤色特征的方法或者基于AdaBoost的方法；基于模板匹配的方法：模版匹配法的实现原理为通过比较预设的模版与待检测区域之间的相似性实现计算目标与模版的相关系数。对于人脸检测而言，就是利用人脸的灰度模板在待检测图像中寻找最接近于人脸的区域。相比于其他的基于特征进行人脸检测的方法，基于模板匹配的人脸检测方法具有直观、简单、算法容易实现的特点，并且适应性强，对图像质量的依赖度较低，鲁棒性强。基于肤色特征的方法：人脸最显著的外部特征之一便是肤色，肤色的优点在于并不会对人脸其余特征产生依赖，对面部的姿态及脸型变化不具有敏感性，可以通过构建人脸与其他不同颜色背景相区别的肤色模型较为容易地检测出人脸。但是，该方法对类肤色物体不能很好地区分，会造成误检，同时还对光照变化比较敏感，从而影响人脸检测的准确性。基于AdaBoost的方法：首先采用Haar-like特征来表征人脸，借助积分图来加快Haar-like特征求值的过程；然后采用AdaBoost筛选出最好的人脸矩形特征。该特征被称为弱分类器，最后串联这些分类器，构成强分类器，实现检测人脸的目的。同时，该方法对光照的变化不容易敏感。具体地，步骤S4中，对患者面部进行空间定位的方法包括以下步骤：S41，利用3D摄像头中的红外摄像头获取人面部的3D点云图像，找到患者的面部距离摄像头最近的点，即鼻尖，获取其在摄像头坐标系下的空间坐标(x,y,z)；S42，利用步骤S2中得到的稳定的RGBD图像，根据人脸特征识别算法找到图像中包括人的鼻尖、鼻根、眼角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于经颅磁刺激治疗的TMS定位导航方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，通过卧式平移平台将患者平移至预定位置，打开TMS治疗系统；/nS2，通过3D扫描仪扫描患者头部，得到患者头部的三维模型数据；/nS3，首次定位，检测患者头部与TMS线圈的位置，并将所述三维模型与患者头部进行匹配，以获得精确的治疗部位，控制器根据患者头部及TMS线圈的位置对机械手的移动路径进行规划，控制机械手将TMS线圈精确地移动至患者头部进行治疗；/nS4，跟随定位，在治疗过程中，若患者头部的位置发生变化，通过实时检测患者头部的新位置，并将患者头部的三维模型与新位置进行匹配，获得精确的治疗部位，从而对患者头部进行实时精准定位治疗。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180927 CN 20181113118161.一种用于经颅磁刺激治疗的TMS定位导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，通过卧式平移平台将患者平移至预定位置，打开TMS治疗系统；
S2，通过3D扫描仪扫描患者头部，得到患者头部的三维模型数据；
S3，首次定位，检测患者头部与TMS线圈的位置，并将所述三维模型与患者头部进行匹配，以获得精确的治疗部位，控制器根据患者头部及TMS线圈的位置对机械手的移动路径进行规划，控制机械手将TMS线圈精确地移动至患者头部进行治疗；
S4，跟随定位，在治疗过程中，若患者头部的位置发生变化，通过实时检测患者头部的新位置，并将患者头部的三维模型与新位置进行匹配，获得精确的治疗部位，从而对患者头部进行实时精准定位治疗。


2.根据权利要求1所述的一种用于经颅磁刺激治疗的TMS定位导航方法，其特征在于，步骤S2具体为：
S21，采用3D摄像头采集患者面部RGBD图像数据，通过标定、背景剔除、滤波、光照补偿算法得到稳定的RGBD图像数据和3D点云图像数据；
S22，获取患者面部特征点信息：采用人脸检测算法对患者面部的RGBD图像进行处理，得到患者面部区域，再通过ASM特征点检测算法，得到患者面部特征点信息；
S23，对患者面部进行空间定位，以3D摄像头为原点建立空间坐标系，根据3D点云图像数据得到患者面部特征点位于3D摄像头空间坐标系中的3D坐标值；
S24，对患者头部进行建模，将3D摄像头绕头部匀速旋转或者使用多个3D摄相机同时拍摄，得到患者头部全方位的图像数据，通过识别所述全方位的图像数据中的面部特征点信息计算出各方位图像之间的匹配关系，再通过3D点云的ICP算法得到点云的空间位置关系，将扫描数据中所有的3D点云图像数据进行整合得到患者头部完整的3D数据；再以MNI脑空间坐标为标准，将MNI空间的颅骨3D数据映射到所述完整的3D数据上得到患者的头部模型，然后在患者的头部模型上建立磁刺激点模型；


3.根据权利要求2所述的一种用于经颅磁刺激治疗的TMS定位导航方法，其特征在于，步骤S21中，所述光照补偿算法包括以下步骤：
S211，采用轮廓跟踪算法对所述RGBD图像进行分析，得到患者的面部轮廓线；
S212，将S211中的轮廓线映射到患者面部的3D点云图像上；
S213，沿着所述3D点云图像上的轮廓线，分析轮廓线两边点云的坐标值；若两边点云坐标值的高度存在较大跳变，则表明该轮廓真实有效；若不存在较大跳变，则表明该轮廓是由于光线过强造成阴影而形成的伪轮廓；

【专利技术属性】
技术研发人员：孙聪，王波，蔡胜安，
申请(专利权)人：武汉资联虹康科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42