本技术涉及经颅磁刺激领域，特别是涉及一种个体化经颅磁刺激靶点定位方法、导航方法及设备。
背景技术：
1、经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation，以下简称tms)技术可以产生脉冲磁场来影响人体的神经系统，通过在皮层神经细胞中诱导产生感应电流，从而影响神经电活动，达到干预神经反应的效果。这一技术由于其安全、可控、无创等优点，目前被认为是一种具有极大潜力的临床治疗与康复的手段。
2、经颅磁刺激技术采用神经导航定位技术进行神经干预定位，提高刺激的精确度和有效性，确保磁刺激能够准确地靶向大脑特定区域，实现个体化精准刺激。然而，目前用于辅助实现神经干预定位的神经定位导航方法，需要患者提供高分辨率的磁共振影像进行个体化的靶点确定，具有较高的应用门槛，不能对没有高分辨率的功能连接影像的患者进行个体化靶点确定，可适用的场景十分受限。
技术实现思路
1、本技术的目的是提供一种个体化经颅磁刺激靶点定位方法、导航方法及设备，以解决现有的经颅磁刺激神经定位导航方法无法对没有高分辨率的磁共振影像的患者进行个体化的靶点确定的问题。
2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：
3、第一方面，本技术提供了一种个体化经颅磁刺激靶点定位方法，包括：
4、获取目标症状在标准空间下的先验种子点区域和靶点区域；
5、判断目标患者是否有磁共振影像；
6、在所述目标患者没有任何磁共振影像信息时，将所述先验种子点区域的重心和所述先验靶点区域的重心作为其个体化靶点；
7、在所述目标患者有t1结构像信息时，将所述标准空间下的先验靶点区域和种子点区域配准到所述目标患者的头部模型，并以配准得到的靶点区域和种子点区域各自的重心作为其个体化靶点；
8、在所述目标患者没有t1结构像信息而有rs-fmri信息时，基于所述目标患者的rs-fmri信息确定其个体化靶点。
9、可选地，所述目标症状在标准空间下的先验种子点区域和先验靶点区域，按照下述过程确定：
10、采集有目标症状患者组和对照组的磁共振影像并对其进行第二预处理，得到两组人群在标准空间下的大脑的功能信号图像；所述功能信号图像是四维数据，其中前三维是空间信息，第四维是时间信息，所述四维数据记录了全脑每个体素的时间序列信号；
11、确定所述标准空间下的大脑的功能信号图像中所述目标症状的先验种子点区域：
12、若所述目标症状有明显的大脑病灶，则以大脑病灶区域作为所述先验种子点区域；否则，以目标症状对应的大脑异常焦点区域作为所述先验种子点区域；
13、基于两组人群在所述标准空间下的大脑的功能信号图像，确认每个人的所述先验种子点区域与全脑其他区域的功能连接值，得到种子点全脑连接图；
14、对两组人群的所述种子点全脑连接图做组间比较，得到所述目标症状的组间差异图；
15、结合大脑分区模板，在所述目标症状的组间差异图中选择若干个差异最大的区域作为所述先验靶点区域。
16、可选地，所述在目标患者没有t1结构像信息而有rs-fmri信息时，基于目标患者的rs-fmri信息确定其个体化靶点，按照下述过程进行：
17、对所述目标患者的rs-fmri影像进行第二预处理；
18、基于所述第二预处理得到的rs-fmri影像，将所述目标症状在标准空间的先验种子点区域和先验靶点区域从标准空间配准到所述目标患者的头部模型；
19、分别提取所述配准得到的种子点区域和靶点区域的体素的时间序列信号，并对其聚类，得到所述种子点区域和各靶点区域各自的功能子单元；
20、提取每个功能子单元的中位数时间序列信号，并计算该功能子单元内的每个体素与其中位数时间序列信号的相关性，每个功能子单元中与其中位数时间序列信号的相关性最强的体素称之为该功能子单元的代表性体素；
21、基于每个靶点功能子单元和每个种子点功能子单元的代表性体素，计算每个所述靶点功能子单元的指标参数，所述指标参数包括相关值比重、空间大小和空间聚合度中的至少一个；
22、基于每个所述靶点功能子单元的指标参数，选取每个靶点区域的所述指标参数最大的靶点功能子单元以及配准得到的种子点区域的重心为所述目标患者的个体化靶点。
23、第二方面，本技术提供了一种个体化经颅磁刺激靶点导航方法，包括所述的个体化经颅磁刺激靶点定位方法，所述个体化经颅磁刺激靶点导航方法应用所述个体化经颅磁刺激靶点定位方法确定目标患者的个体化靶点，定位刺激部位。
24、可选地，所述的个体化经颅磁刺激靶点导航方法，包括：
25、使用双目摄像头探测机械臂基座的光学标识物在相机坐标系下的位姿信息，使用机械臂软件读取机械臂末端在机械臂基座坐标系下的位姿信息以及tms线圈在机械臂末端坐标系的位姿信息，并经过以下的矩阵运算，确定机械臂基座、机械臂末端和tms线圈在相机坐标系下的位姿信息：
26、
27、其中，矩阵为机械臂基座在相机坐标系下的位姿信息，为机械臂基座的光学标识物在相机坐标系下的位姿信息，矩阵为机械臂基座的光学标识物与机械臂基座的相对位姿信息；矩阵为机械臂末端在相机坐标系下的位姿信息，矩阵为机械臂末端在机械臂基座坐标系下的位姿信息，矩阵为tms线圈在相机坐标系下的位姿信息，矩阵为tms线圈在机械臂末端坐标系下的位姿信息；
28、利用所述双目摄像头确定所述目标患者的面部在相机坐标系下的位姿信息，进而得到所述目标患者的头部模型在相机坐标系下的位姿信息；
29、根据所述目标患者的头部模型在相机坐标系下的位姿信息以及所述机械臂基座、机械臂末端和tms线圈在相机坐标系下的位姿信息，计算出目标患者的头部模型与tms线圈的相对位姿关系；
30、将所述个体化经颅磁刺激靶点定位方法确定的所述目标患者的个体化靶点的坐标直接映射到距离最近的头皮表面位置，并将映射所得头皮表面位置作为所述tms线圈的目标中心位置，再将所述tms线圈设置为与头皮相切的姿态，得到所述tms线圈相对于所述目标患者的头部模型的目标位姿信息；
31、根据所述机械臂基座、头部模型在相机坐标系下的位姿信息，所述tms线圈相对于头部模型的目标位姿信息，以及tms线圈在机械臂末端坐标系下的位姿信息，通过下述公式计算机械臂末端在机械臂基座坐标系下的目标位姿信息：
32、
33、其中，矩阵为所述机械臂末端在机械臂基座坐标系下的目标位姿信息，矩阵为矩阵的逆矩阵，矩阵为所述目标患者的头部模型在相机坐标系下的位姿信息，矩阵为所述目标患者的面部在相机坐标系下的位姿信息，矩阵为所述tms线圈相对于所述目标患者的头部模型的目标位姿信息，矩阵为的逆矩阵；
34、基于所述目标患者的头部模型与tms线圈的相对位姿关系，控制所述机械臂末端移动，使所述机械臂在机械臂基座坐标系下的位姿达到目标位姿，完成个体化靶点的定位导航。
35、可选地，所述目标患者的面部在相机坐标系下的位姿信息按照下述过程确定：
36、基于所述目标患者的头部模型，提取人脸表面点云与面部关键特征点；
37、使用双目摄像头探测人脸表面点云与面部关键特征点；
38、将所述使用双目摄像头探测到的面部关键特征点与基于所述目标患者的头部模型提取的面部关键特征点做初步的粗略配准；
39、以所述粗略配准结果为初始状态，再对所述使用双目摄像头探测到的人脸表面点云与基于所述目标患者的头部模型提取的人脸表面点云
40、可选地，所述基于所述目标患者的面部与tms线圈的相对位姿关系，控制所述机械臂末端移动，使所述机械臂在机械臂基座坐标系下的位姿达到目标位姿的过程为：
41、实时获取所述机械臂末端与tms线圈接触的压力传感器的压力值fs；
42、判断所述压力值fs是否小于期望压力值fd；
43、如是，则开启机械臂的位置控制模式，控制所述机械臂移动，使tms线圈靠近目标位置；
44、否则，开启机械臂的力控模式，控制所述机械臂移动，使tms线圈以期望压力值fd作用于目标头部。
45、可选地，所述位置控制模式按照下述过程进行：
46、实时获取个体头部坐标系下的机械臂末端的tms线圈的位姿a、目标头部靶点位姿d以及头部的中心位姿o；
47、在三维空间坐标系下连接o、d两点并延长l2距离到c点，根据o、d两点的实时位姿，计算c点的实时位姿；
48、连接a、c两点后取得到的连线的中点e，连接o、e两点并延长d2距离到b点，d2＝a*d1,a∈(0,1)，d1为a、c两点连线的长度，由三点法确定一个包含点a、b和c的圆弧l1；
49、控制机械臂末端的tms线圈首先执行空间坐标系下的圆弧运动，基于圆弧l1从a点的位姿到达c点的位姿，其次执行空间坐标系下的直线运动，基于直线l2到达目标头部靶点d，完成空间坐标系下的位置控制。
50、可选地，所述力控模式按照下述过程进行：
51、将所述压力值fs和期望压力值fd作为输入，利用导纳模型生成期望位置；
52、基于生成的所述期望位置，通过机械臂运动学逆解得到期望的关节角，去修正预先设定的位置轨迹，完成作用在所述目标头部的压力控制。
53、第三方面，本技术提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述中任一项所述的个体化经颅磁刺激靶点导航方法的步骤。
54、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：
55、本技术提供了一种个体化经颅磁刺激靶点定位方法、导航方法及设备，通过获取目标症状在标准空间下的先验种子点区域和靶点区域，判断目标患者是否有磁共振影像，并在目标患者没有任何磁共振影像信息，将先验种子点区域的重心和先验靶点区域的重心作为目标患者的个体化靶点；在目标患者有t1结构像信息时，将目标症状在标准空间下的先验靶点区域和种子点区域配准到目标患者的头部模型，并以配准到目标患者的头部模型的靶点区域的重心和种子点区域的重心作为目标患者的个体化靶点；在目标患者没有t1结构像信息而有rs-fmri信息时，基于目标患者的rs-fmri信息确定其个体化靶点，解决了现有的经颅磁刺激神经定位和导航方法无法对没有高分辨率的功能连接影像的患者进行个体化靶点确定的问题，实现了对没有磁共振影像的患者的个体化靶点确定。
1.一种个体化经颅磁刺激靶点定位方法，其特征在于，所述个体化经颅磁刺激靶点定位方法包括：
2.根据权利要求1所述的个体化经颅磁刺激靶点定位方法，其特征在于，所述目标症状在标准空间下的先验种子点区域和先验靶点区域，按照下述过程确定：
3.根据权利要求1所述的个体化经颅磁刺激靶点定位方法，其特征在于，所述在目标患者没有t1结构像信息而有rs-fmri信息时，基于目标患者的rs-fmri信息确定其个体化靶点，按照下述过程进行：
4.一种个体化经颅磁刺激靶点导航方法，其特征在于，所述个体化经颅磁刺激靶点导航方法包括权利要求1～3任一项所述的个体化经颅磁刺激靶点定位方法，所述个体化经颅磁刺激靶点导航方法应用所述个体化经颅磁刺激靶点定位方法确定目标患者的个体化靶点，定位刺激部位。
5.根据权利要求4所述的个体化经颅磁刺激靶点导航方法，其特征在于，所述个体化经颅磁刺激靶点导航方法包括：
6.根据权利要求5所述的个体化经颅磁刺激靶点导航方法，其特征在于，所述目标患者的面部在相机坐标系下的位姿信息按照下述过程确定：
7.根据权利要求5所述的个体化经颅磁刺激靶点导航方法，其特征在于，所述基于所述目标患者的头部模型与tms线圈的相对位姿关系，控制所述机械臂末端移动，使所述机械臂在机械臂基座坐标系下的位姿达到目标位姿的过程为：
8.根据权利要求7所述的个体化经颅磁刺激靶点导航方法，其特征在于，所述位置控制模式按照下述过程进行：
9.根据权利要求7所述的个体化经颅磁刺激靶点导航方法，其特征在于，所述力控模式按照下述过程进行：
10.一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求4～9任一项所述的个体化经颅磁刺激靶点导航方法的步骤。
