【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗康复治疗领域，具体涉及一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统。
技术介绍
1、脑功能障碍是指由神经系统疾病导致的认知或运动功能障碍，其症状体现在认知、行为、感觉、语言和情绪等各个方面，包括记忆减退、思维逻辑障碍、手足震颤等。脑功能障碍将严重影响患者的生活，甚至导致患者死亡。
2、由于经颅磁刺激(tms)、经颅磁电刺激等非侵入式神经调控技术具有无创、副作用小、见效快等优势，常用于脑功能障碍的临床干预。tms的原理为利用能够穿透颅骨的脉冲磁场直接作用于患者大脑，改变大脑皮层神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理、生化反应。产生脉冲磁场的刺激装置与患者颅骨贴合的目标点位被称为靶点，由于不同患者大脑的异常区域不同，靶点需要根据患者实际情况选取，在治疗中需要保证刺激装置精准定位至靶点并全程贴合。然而，由于脑内靶点的不可见，临床上刺激装置摆放常由医务人员主观决定，无法保证靶点的精准定位；治疗过程中患者意外运动导致的靶点偏移难以通过肉眼判断，无法保证靶点的全程贴合(脑图谱导航的经颅磁刺激线圈位姿定位装置、方法、设备(cn114073820a))。
技术实现思路
1、为了解决以上问题，当前的研究中常利用患者的重建头部模型进行靶点定位。smri(structural magnetic resonance imaging，结构磁共振成像)技术利用人体内氢质子在强磁场中的自旋和射频脉冲的激励作用，通过检测质子在磁场中的信号变化来获取
2、然而，在头部模型上选取的靶点只能在屏幕中观察而无法精准定位至实际的位置，考虑通过其他技术实现靶点的体表可视化。本专利技术提供两种备选方案，第一种方案为使用激光将靶点投射至体表，第二种方案为通过增强现实技术(augmented reality，简称ar)在患者体表靶点处展示虚拟线圈，医生佩戴头戴式增强现实设备进行观察并调整真实线圈直至与虚拟线圈重合。
3、对于第一种方案，由能够产生可见光的激光云台实现靶点的体表可视化。激光云台是一种集成了高精度激光技术和云台控制技术的设备。它通过内置的精密传感器和控制系统，能够快速调整激光束的指向，并在使用过程中确保激光束的稳定性和精确性。从而实现靶点的精准定位。
4、对于第二种方案，由ar技术展示虚拟线圈实现靶点的体表可视化。ar技术通过可以将文字、图像、三维模型等虚拟元素通过三维建模和实时渲染无缝叠加到真实环境的图像中，并可以使用户与虚拟信息进行交互。它使得医生可以直观、清晰的观察系统结算出的线圈方位，也可以通过实际观察调整靶点。
5、相应的，为了捕捉到患者在治疗过程中的运动，采用人脸识别技术获取患者在三维空间下的坐标并实时计算其位姿。一种常用的人脸识别网络为pfld，具有实时性强、精度高的优势，对pfld进行部分针对性改进使得pfld可以正确识别出人脸遮挡，将识别到的2d人脸特征点传入kinect相机api则可以获得该特征点在相机空间下的3d坐标。最终通过坐标转换实现重建头模靶点、人脸识别靶点、激光云台落点之间的相互转换，从而使得激光云台始终精准地投射在患者目标靶点处，使得患者可以依据可视化界面的引导自主调整位置。
6、本专利技术提供一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，通过smri技术重建患者头模获取重建头模坐标系，通过人脸识别技术建立相机视角下的真实头部坐标系，通过激光云台实现靶点的虚-实映射，最终通过可视化界面引导患者自主调整位置以保证靶点贴合。靶点的准确贴合可以显著提高经颅磁等技术的有效性，从而延缓神经疾病的恶化，维护患者健康水平与生活质量。
7、本专利技术围绕经颅磁技术的靶点体表可视化与自主调整问题，通过smri技术重建患者头模获取重建头模坐标系，通过人脸识别技术建立相机视角下的真实头部坐标系，并提供两种直观的可视化方案：通过激光云台实现靶点的虚-实映射；利用增强现实技术引导医师精准定位经颅磁线圈，同时支持可视化界面引导患者自主调整位置以保证靶点贴合。靶点的准确贴合可以显著提高经颅磁等技术的有效性，从而延缓神经疾病的恶化，维护患者健康水平与生活质量。
8、本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
9、一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，包括头部模型三维重建模块、双目相机人脸识别模块、激光云台导航模块、增强现实模块、坐标转换模块以及可视化自主调整界面；
10、所述头部模型三维重建模块用于处理患者的smri数据并建立三维头部模型，用于后续靶点选定；
11、所述双目相机人脸识别模块通过双目相机图像识别患者面部特征点并建立真实头部模型坐标系用于后续靶点配准与监测；
12、所述激光云台导航模块使用红外激光照射在患者头部靶点位置使得靶点可见，医务人员根据可视化靶点进行调整线圈；
13、所述增强现实模块通过ar技术将选定的靶点对应的最优位姿的线圈模型直接叠加在患者体表，医务人员通过ar眼镜观察靶点对应的线圈模型进行调整线圈；
14、所述坐标转换模块对头部模型三维重建模块、双目相机人脸识别模块、激光云台导航模块以及增强现实模块中各自建立的坐标系计算转换矩阵，从而实现模块间信息互联互通；
15、所述可视化自主调整界面用于展示患者三维头部建模以及标记正确位置，使得患者可以在治疗过程中随时自查并跟随界面引导调整自身位置。
16、进一步地，头部模型三维重建模块中，首先对输入的患者smri数据进行预处理，以提高图像质量和确保数据一致性，包括去噪、平滑和强度标准化，具体如下：
17、通过滤波或其他去噪算法减少smri数据中的噪声，以获得更清晰的图像；
18、采用平滑技术减少图像中的纹理或不规则形状，确保三维头部模型表面的平滑性；
19、调整smri数据的强度值范围，使其在不同的扫描条件下保持一致性；
20、然后使用图像分割算法获取患者颅骨轮廓与脑部细节,图像分割算法根据图像中的像素或体素特征，将图像划分为不同的区域或对象；所述图像分割算法包括阈值分割法或区域生长算法；
21、使用图像分割算法后，采用移动立方体(marching cubes，简称mc)算法根据预处理后的smri数据进行患者头部的三维建模；
22、最终可以得出表面平滑的患者三维头部模型。
23、进一步地，头部模型三维重建模块中，通过对三维头部模型的特征点选取建立患者头部的重建头模坐标系；
24、通过在三维模型空间中建立一个属于三维模型空间的过渡坐标系{v}本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，包括头部模型三维重建模块、双目相机人脸识别模块、激光云台导航模块、增强现实模块、坐标转换模块以及可视化自主调整界面；
2.根据权利要求1所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，头部模型三维重建模块中，首先对输入的患者sMRI数据进行预处理，以提高图像质量和确保数据一致性，包括去噪、平滑和强度标准化；
3.根据权利要求2所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，头部模型三维重建模块中，通过对三维头部模型的特征点选取建立患者头部的重建头模坐标系；
4.根据权利要求1所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，双目相机人脸识别模块中，在现有已知的卷积神经网络MobileNet-V2的第三层卷积层后加入一个现有已知的分类卷积网络CNN，卷积神经网络MobileNet-V2的输出端连接一个用于预测遮挡的分支CNN网络，得到改进后的网络模型，改进后的网络模型输入双目相机获取的人脸图像，分类卷积网络CNN输出人脸图像的多个特征点及其分类，分支CNN网络预测
5.根据权利要求4所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，双目相机人脸识别模块中，通过以上真实空间的头部坐标系，并根据医生经验所找到的治疗靶点的位置，确定定位靶点在视觉空间下的坐标位置信息，
6.根据权利要求1所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，激光云台导航模块中，使用二轴云台来控制红外激光的移动，该二轴云台包括水平轴和俯仰轴，用于进行水平移动和俯仰移动；
7.根据权利要求9所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，激光云台导航模块中，得到靶点位置后，需要求解靶点在xoy平面投影与x轴的夹角和在xoz平面投影与x轴的夹角即水平轴和俯仰轴的旋转角度，数学表达式如下：
8.根据权利要求1所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，增强现实模块中，为了将虚拟线圈展示在正确的位置，需要通过空间锚点技术进行定位，具体如下：
9.根据权利要求1～8任一项所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，头部模型三维重建模块和双目相机人脸识别模块建立了三个坐标系，包括由sMRI数据重建的三维头部模型建立的过渡坐标系{V}，双目相机坐标系{Camera}和PFLD网络获取的头部坐标系{Head}；坐标转换模块中，三个坐标系的转换关系，具体如下：
10.根据权利要求9所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，可视化自主调整界面显示患者头部相对于目标刺激区域的位置，为患者提供了一个可视化界面，使患者能够看到自己头部相对于目标点的位置；
...【技术特征摘要】
1.一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，包括头部模型三维重建模块、双目相机人脸识别模块、激光云台导航模块、增强现实模块、坐标转换模块以及可视化自主调整界面；
2.根据权利要求1所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，头部模型三维重建模块中，首先对输入的患者smri数据进行预处理，以提高图像质量和确保数据一致性，包括去噪、平滑和强度标准化；
3.根据权利要求2所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，头部模型三维重建模块中，通过对三维头部模型的特征点选取建立患者头部的重建头模坐标系；
4.根据权利要求1所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，双目相机人脸识别模块中，在现有已知的卷积神经网络mobilenet-v2的第三层卷积层后加入一个现有已知的分类卷积网络cnn，卷积神经网络mobilenet-v2的输出端连接一个用于预测遮挡的分支cnn网络，得到改进后的网络模型，改进后的网络模型输入双目相机获取的人脸图像，分类卷积网络cnn输出人脸图像的多个特征点及其分类，分支cnn网络预测遮挡的区域、遮挡的概率分布以及遮挡的类别；
5.根据权利要求4所述的一种经颅磁导航体表可视化与自主调整系统，其特征在于，双目相机人脸识别模块中，通过以上真实空间的头部坐标系，并根据医生经验所找到的治疗靶点的位置，确...
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