一种交互式靶点标定系统及方法与流程

本发明涉及医疗设备，具体为一种交互式靶点标定系统及方法。

背景技术：

1、在传统的经颅磁导航治疗中，导航系统的红外相机会实时追踪固定在tms刺激线圈上的反光球，从而在电脑屏幕上显示线圈相对于患者头部模型的实时位置，以引导操作者将线圈精确放置在预设的靶点上。这种模式下，一台昂贵的导航设备在整个治疗期间（通常为20-30分钟）都必须与一台tms治疗仪绑定使用。

2、1、设备利用率低：“导航-治疗”一对一的绑定模式，导致昂贵的导航设备在单次治疗的大部分时间内处于被动监控状态，资源占用严重，限制了诊疗中心的患者接待能力。

3、2、跨模态协同困难：当需要将一种检查设备（如fnirs）发现的异常脑区作为另一种治疗设备（如tms）的靶点时，操作流程十分繁琐。通常需要患者保持不动，在同一台导航系统下依次进行检查和治疗，或者依靠操作者的粗略估计，难以保证靶点传递的精确性。

4、3、成本高昂：若想提高治疗效率，则需要为每一台治疗仪都配备一套完整的导航系统，导致硬件投入成本巨大。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术设备利用率低、跨模态协同困难、成本高昂的不足，本发明提供一种交互式靶点标定系统及方法，通过将靶点规划与靶点治疗进行解耦，实现一个光学导航系统服务多个治疗工位。

2、根据本发明说明书的一方面，提供一种交互式靶点标定系统，包括交互式靶点标记笔、光学导航系统、空白弹性帽子以及中央软件系统，光学导航系统分别与交互式靶点标记笔和中央软件系统连接，所述中央软件系统建立有与头部对应的三维头部模型，光学导航系统实时监测交互式靶点标记笔的位置和头部的位置并传输给中央软件系统；中央软件系统根据头部的位置建立头部与三维头部模型之间的空间位置映射关系，并根据三维头部模型上治疗靶点的位置和交互式靶点标记笔的位置生成导航指引；基于所述导航指引，利用交互式靶点标记笔对佩戴在头部的空白弹性帽子进行靶点标定。

3、进一步地，所述交互式靶点标记笔包括设置在笔尖的标记图案模块、设置在笔内部的激光指示器以及设置在笔身的激光触发按键和标记触发按键；所述激光触发按键用于触发所述激光指示器发出激光并投影至头部，所述标记触发按键用于触发所述标记图案模块在空白弹性帽子上进行物理标记。

4、进一步地，所述标记触发按键还用于作为数字信号输入装置，向所述中央软件系统发送同步指令，以使中央软件系统同步保存所述交互式靶点标记笔的空间坐标。

5、进一步地，所述交互式靶点标记笔还包括集成在笔末端的多个红外反光球，所述多个红外反光球用于供所述光学导航系统实时追踪所述交互式靶点标记笔的三维空间位置和姿态。

6、进一步地，所述多个红外反光球通过磁吸接口可拆卸安装在笔末端。

7、进一步地，所述标记图案模块采用医用级墨水在空白弹性帽子上留下物理标记。

8、进一步地，所述光学导航系统为红外相机。

9、进一步地，所述光学导航系统通过佩戴在头部的至少一个红外反光球获取头部的位置。

10、根据本发明说明书的一方面，提供一种交互式靶点标定方法，采用所述一种交互式靶点标定系统实现，所述标定方法包括：步骤s1，在中央软件系统中建立与头部对应的三维头部模型，利用光学导航系统监测交互式靶点标记笔的位置和头部的位置并传输给中央软件系统，以使中央软件系统根据头部的位置建立头部与三维头部模型的空间位置映射关系；步骤s2，在中央软件系统的三维头部模型上确定治疗靶点，并利用中央软件系统根据三维头部模型上治疗靶点的位置和交互式靶点标记笔的位置生成导航指引；步骤s3，基于所述导航指引，将交互式靶点标记笔的笔尖移动至治疗靶点对应的目标位置附近；步骤s4，打开交互式靶点标记笔的激光，通过激光指引交互式靶点标记笔移动至目标位置，并在激光触达目标位置时，利用交互式靶点标记笔对佩戴在头部的空白弹性帽子进行物理标记；步骤s5，重复步骤s2至s4，直至在所述空白弹性帽子上标记出所有治疗靶点。

11、进一步地，步骤s1包括：在中央软件系统导入头部影像，以在中央软件系统建立头部对应的三维头部模型；利用导航系统同时采集真实人脸点云和头部的反光球位置并传输至中央软件系统；利用中央软件系统将真实人脸点云与三维头部模型进行特征匹配，初步确定二者的相对位置关系：利用中央软件系统基于反光球的位置将初步匹配后的真实人脸点云和三维头部模型统一到同一坐标系，以建立三维头部模型与头部的空间位置映射关系。

12、上述技术方案，先在中央软件系统建立与头部对应的三维头部模型，通过光学导航系统监测交互式靶点标记笔的位置和头部的位置并传输给中央软件系统，利用中央软件系统根据头部的位置建立头部与三维头部模型之间的空间位置映射关系，此时三维头部模型上的各位置坐标可直接映射到头部的对应位置，以为后续的可视化导航指引提供基础。三维头部模型展示有靶点信息，医护人员根据靶点信息在中央软件系统的三维头部模型上确定治疗靶点，中央软件系统已知三维头部模型上治疗靶点的位置，就可以得到头部中与治疗靶点对应的目标位置，并根据头部中与治疗靶点对应的目标位置和交互式靶点标记笔的位置生成导航指引，最后基于导航指引，利用交互式靶点标记笔对佩戴在头部的空白弹性帽子进行靶点标定。此外，在完成所有治疗靶点的标记后，该患者所佩戴的空白弹性帽子的靶点规划阶段即告结束，只需根据空白弹性帽子上的物理标记点即可开始治疗，光学导航系统可以立即为下一位患者所佩戴的空白弹性帽子进行靶点规划，从而实现靶点规划与靶点治疗的解耦，进而实现一个光学导航系统服务多个治疗工位。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

14、（1）实现“一导多治”：将昂贵的光学导航系统从长时间的治疗过程中解放出来，使其专用于快速的靶点规划，一台光学导航系统可以服务于多台治疗设备，极大地提高了设备利用率和诊疗中心的工作效率。

15、（2）精确的跨模态协同：提供了一种简单、直观且精确的方式，将不同诊疗设备（如诊断用的fnirs和治疗用的tms）的靶点信息进行物理传递和复现，确保了诊疗一体化的精确性。

16、（3）降低运营成本：诊疗中心无需为每台治疗设备都购置光学导航系统，只需一个光学导航系统即可支持多个治疗工位，显著降低了整体的硬件投入和运营成本。

17、（4）流程优化与标准化：将复杂的靶点定位过程标准化、流程化，降低了对操作人员经验的依赖，使得治疗过程更加高效、可重复。

1.一种交互式靶点标定系统，其特征在于，包括交互式靶点标记笔、光学导航系统、空白弹性帽子以及中央软件系统，光学导航系统分别与交互式靶点标记笔和中央软件系统连接，所述中央软件系统建立有与头部对应的三维头部模型，光学导航系统实时监测交互式靶点标记笔的位置和头部的位置并传输给中央软件系统；中央软件系统根据头部的位置建立头部与三维头部模型之间的空间位置映射关系，并根据三维头部模型上治疗靶点的位置和交互式靶点标记笔的位置生成导航指引；基于所述导航指引，利用交互式靶点标记笔对佩戴在头部的空白弹性帽子进行靶点标定。

2.根据权利要求1所述一种交互式靶点标定系统，其特征在于，所述交互式靶点标记笔包括设置在笔尖的标记图案模块、设置在笔内部的激光指示器以及设置在笔身的激光触发按键和标记触发按键；所述激光触发按键用于触发所述激光指示器发出激光并投影至头部，所述标记触发按键用于触发所述标记图案模块在空白弹性帽子上进行物理标记。

3.根据权利要求2所述一种交互式靶点标定系统，其特征在于，所述标记触发按键还用于作为数字信号输入装置，向所述中央软件系统发送同步指令，以使中央软件系统同步保存所述交互式靶点标记笔的空间坐标。

4.根据权利要求2所述一种交互式靶点标定系统，其特征在于，所述交互式靶点标记笔还包括集成在笔末端的多个红外反光球，所述多个红外反光球用于供所述光学导航系统实时追踪所述交互式靶点标记笔的三维空间位置和姿态。

5.根据权利要求4所述一种交互式靶点标定系统，其特征在于，所述多个红外反光球通过磁吸接口可拆卸安装在笔末端。

6.根据权利要求2所述一种交互式靶点标定系统，其特征在于，所述标记图案模块采用医用级墨水在空白弹性帽子上留下物理标记。

7.根据权利要求1所述一种交互式靶点标定系统，其特征在于，所述光学导航系统为红外相机。

8.根据权利要求1所述一种交互式靶点标定系统，其特征在于，所述光学导航系统通过佩戴在头部的至少一个红外反光球获取头部的位置。

9.一种交互式靶点标定方法，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项权利要求所述的一种交互式靶点标定系统实现，所述标定方法包括：

10.根据权利要求9所述一种交互式靶点标定方法，其特征在于，步骤s1包括：