一种线圈偏差预警及控制的装置及经颅磁刺激仪的制作方法

本发明涉及经颅磁刺激领域，特别是涉及一种线圈偏差预警及控制的装置及经颅磁刺激仪。

背景技术：

1、现有技术中，经颅磁刺激治疗通常需要将刺激线圈定位于对象头部目标脑区位置，并保持线圈具有合适的位置和姿态。现有经颅磁刺激导航系统通常利用对象mri、ct等医学影像建立头部模型，并结合光学跟踪、机械臂、视觉定位等方式获取线圈实时位姿，以辅助操作者完成线圈定位。然而，现有方案通常仅能够显示线圈当前位置，或者基于首次治疗位置记录进行重复定位，往往不会将当前治疗靶点、目标线圈三维模型以及实时线圈三维模型进行比较。同时，线圈治疗效果不仅受到线圈位置影响，还受到刺激焦点位置、线圈中心位置、线圈朝向以及线圈平面旋转状态等多因素影响，单一距离或角度参数难以准确反映线圈实际偏离程度；此外，部分系统产生的偏差结果仅用于提示操作者，而未进一步与治疗启动、治疗暂停、继续治疗以及治疗权限控制等流程关联，在出现线圈偏差过大、跟踪失效或配准异常时仍可能继续执行治疗命令，降低了治疗过程的安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种线圈偏差预警及控制的装置及经颅磁刺激仪，能够根据线圈实际偏离程度输出不同状态等级，实现对治疗风险的分级识别；根据偏差等级确定准入控制状态，控制线圈工作，在偏差异常时能够限制线圈工作，提高治疗安全性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种线圈偏差预警及控制的装置，包括：

3、存储器，用于存储计算机程序；

4、处理器，用于执行所述计算机程序时实现下述步骤：

5、获取对象的个体影像数据，并根据所述对象的个体影像数据建立个体影像坐标系；

6、确定所述对象的靶点位置，并根据所述靶点位置、线圈的型号以及线圈的模型参数，在所述个体影像坐标系中生成与所述靶点位置绑定的目标线圈模型，所述线圈用于对所述对象进行经颅磁刺激；

7、获取线圈的标志物的实时位姿，并根据所述线圈的标志物的实时位姿生成所述个体影像坐标系中的实时线圈模型；

8、根据所述目标线圈模型和所述实时线圈模型，计算模型偏差；

9、根据所述模型偏差生成偏差等级；

10、根据所述偏差等级确定准入控制状态，并根据所述准入控制状态控制线圈工作。

11、另一方面，确定所述对象的靶点位置，包括：

12、根据所述对象的个体影像数据获取目标区域；

13、根据所述目标区域确定所述靶点的位置；

14、将所述靶点的位置转换至所述个体影像坐标系中，得到所述靶点对应的三维坐标。

15、另一方面，根据所述靶点位置、线圈的型号以及线圈的模型参数生成与所述靶点位置绑定的目标线圈模型，包括：

16、获取所述线圈型号对应的线圈三维模型文件；

17、根据所述线圈型号确定线圈刺激焦点、线圈中心、线圈法向以及线圈平面参考方向；

18、根据所述靶点的位置确定所述目标线圈模型对应的目标位姿；

19、根据所述目标位姿将所述线圈三维模型文件转换至所述个体影像坐标系；

20、根据转换后的线圈三维模型文件生成所述目标线圈模型。

21、另一方面，获取线圈的标志物的实时位姿，并根据所述线圈的标志物的实时位姿生成所述个体影像坐标系中的实时线圈模型，包括：

22、获取跟踪设备采集的线圈的标志物的实时位姿；

23、获取跟踪坐标系与所述个体影像坐标系之间的配准变换，以及线圈标志物坐标系与线圈模型坐标系之间的标定变换，所述跟踪坐标系为所述跟踪设备采集得到的实时位姿所在的坐标系；

24、根据所述线圈的标志物的实时位姿、所述配准变换以及所述标定变换，确定所述实时线圈模型在所述个体影像坐标系中的位姿；

25、根据所述实时线圈模型在所述个体影像坐标系中的位姿生成所述实时线圈模型。

26、另一方面，根据所述线圈的标志物的实时位姿、所述配准变换以及所述标定变换，确定所述实时线圈模型在所述个体影像坐标系中的位姿，包括：

27、根据以下公式确定实时线圈模型到所述个体影像坐标系的变换关系：

28、；

29、其中，表示t时刻实时线圈模型坐标系到个体影像坐标系的变换，表示跟踪坐标系到个体影像坐标系的配准变换，表示t时刻跟踪设备输出的线圈标志物位姿，表示线圈标志物坐标系到线圈模型坐标系的标定变换。

30、另一方面，根据所述目标线圈模型和所述实时线圈模型，计算模型偏差，包括：

31、确定刺激焦点到靶点距离偏差、实时刺激焦点与目标刺激焦点距离偏差、线圈中心距离偏差、线圈法向夹角偏差及线圈平面旋转偏差；

32、对所述刺激焦点到靶点距离偏差、所述实时刺激焦点与目标刺激焦点距离偏差、所述线圈中心距离偏差、所述线圈法向夹角偏差及所述线圈平面旋转偏差分别进行归一化，得到对应的子评分；

33、根据所有的所述子评分确定综合偏差评分，所述综合偏差评分的表达式为：

34、；

35、其中，表示t时刻综合偏差评分，表示由刺激焦点到靶点距离偏差归一化得到的子评分，表示由实时刺激焦点与目标刺激焦点距离偏差归一化得到的子评分，表示由线圈中心距离偏差归一化得到的子评分，表示由线圈法向夹角偏差归一化得到的子评分，表示由线圈平面旋转偏差归一化得到的子评分，、、、及表示各子评分权重，；

36、根据所述综合偏差评分确定偏差等级。

37、另一方面，确定刺激焦点到靶点距离偏差，所述刺激焦点到靶点的距离的表达式为：

38、；

39、其中，表示t时刻实时刺激焦点到靶点的距离，表示t时刻实时刺激焦点，表示靶点坐标；

40、确定实时刺激焦点与目标刺激焦点距离偏差，所述刺激焦点与目标刺激焦点之间的距离的表达式为：

41、；

42、其中，表示t时刻实时刺激焦点与目标刺激焦点之间的距离，表示目标刺激焦点；

43、确定线圈中心距离偏差，所述线圈中心距离偏差的表达式为：

44、；

45、其中，表示t时刻实时线圈中心与目标线圈中心之间的距离，表示t时刻实时线圈中心，表示目标线圈中心；

46、确定线圈法向夹角偏差，所述法向夹角偏差的表达式为：

47、；

48、其中，表示t时刻实时线圈法向与目标线圈法向之间的夹角，表示t时刻实时线圈法向向量，表示目标线圈法向向量，表示向量点乘，表示向量长度，表示防止分母为零的微小常数；

49、确定线圈平面旋转偏差，所述线圈平面旋转偏差的表达式为：

50、，，；

51、其中，表示t时刻线圈平面旋转偏差，表示实时线圈平面参考方向，表示目标线圈平面参考方向，表示实时线圈平面参考方向的投影向量，表示目标线圈平面参考方向的投影向量。

52、另一方面，根据所述综合偏差评分确定偏差等级，包括：

53、当实时刺激焦点到靶点的距离小于或等于刺激焦点到靶点距离的正常阈值、线圈法向夹角偏差小于或等于法向夹角正常阈值、且线圈平面旋转偏差小于或等于平面旋转正常阈值时，输出正常等级；

54、当任一偏差指标超过对应的正常阈值但未超过对应的报警阈值时，输出提醒等级；

55、当满足以下任一条件时，输出报警等级：

56、；

57、实时刺激焦点与目标刺激焦点距离偏差；

58、线圈中心距离偏差；

59、；

60、；

61、跟踪数据有效性标志为假；

62、其中，表示刺激焦点到靶点距离的报警阈值，表示实时刺激焦点与目标刺激焦点距离的报警阈值，表示线圈中心距离的报警阈值，表示法向夹角的报警阈值，表示平面旋转角的报警阈值。

63、另一方面，根据所述偏差等级确定准入控制状态，并根据所述准入控制状态控制线圈工作，包括：

64、获取跟踪坐标系与所述个体影像坐标系之间的配准状态、靶点与目标线圈模型绑定状态、线圈跟踪有效状态、治疗状态以及线圈型号匹配状态；

65、根据所述偏差等级、所述配准状态、所述靶点与目标线圈模型绑定状态、所述线圈跟踪有效状态、所述治疗状态以及所述线圈型号匹配状态，确定所述准入控制状态；

66、当所述准入控制状态满足治疗准入条件时，控制治疗启动命令或继续线圈工作；

67、当所述准入控制状态不满足治疗准入条件时，控制治疗启动命令不执行，或者控制继续治疗命令不执行；

68、当所述偏差等级为报警等级时，控制暂停线圈工作，并记录报警事件；

69、当所述偏差等级恢复至治疗准入范围且配准状态有效时，控制继续线圈工作；

70、根据治疗过程中的偏差等级变化情况，对关键目标操作权限进行控制，并记录治疗过程数据。

71、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种经颅磁刺激仪，包括上述的线圈偏差预警及控制的装置。

72、本技术提供了一种线圈偏差预警及控制的装置及经颅磁刺激仪，涉及经颅磁刺激领域，包括：在个体影像坐标系中建立与靶点绑定的目标线圈模型，并根据实时线圈标志物位姿生成实时线圈模型，实现了目标状态与实际状态之间的自动模型化比较，提高了线圈偏差判断的客观性，减少了依赖操作者经验进行人工判断的情况；通过计算目标线圈模型与实时线圈模型之间的模型偏差，并根据模型偏差生成偏差等级，使系统能够自动识别线圈偏离程度；进一步根据偏差等级确定准入控制状态并控制线圈工作，使偏差检测结果能够参与治疗流程控制，在偏差异常情况下能够限制或暂停治疗操作，提高了经颅磁刺激治疗过程的安全性和可靠性。