[发明专利]一种脑皮质经颅磁刺激三维定位导航系统及导航方法

权利要求书

1.一种脑皮质经颅磁刺激三维定位导航系统，其特征在于，包括固定装置、导航装置和辅助定位装置：

固定装置包括用于固定人体颅部位置的固定器；

导航装置设置在固定装置的上方，导航装置包括第一电机(23)和由第一电机(23)驱动而转动的第二电机(25)，第二电机(25)驱动用于磁刺激治疗的探头(21)转动，探头(21)、第二电机(25)的转动平面不平行，其中第二电机(25)环绕固定器转动；

辅助定位装置包括设置在紧密贴附于人体面部的适形面罩(36)，和设置在适形面罩(36)周围的定位器(28)，在适形面罩(36)上开设有定位孔(34)；

第一电机(23)、第二电机(25)连接至一个控制器。

2.如权利要求1所述的脑皮质经颅磁刺激三维定位导航系统，其特征在于，所述的定位器(28)设置三个，其中两个定位器(28)与水平面之间的距离相同，与这两个定位器(28)连线垂直且经过连线中心的面称为平分面，则另外一个定位器(28)位于平分面中，并且三个定位器(28)连接构成的平面不与水平面平行；定位器(28)连接在导航装置上。

3.如权利要求1所述的脑皮质经颅磁刺激三维定位导航系统，其特征在于，第一电机(23)通过连接杆(17)固定在一个支撑杆(5)上，第一电机(23)的输出轴上安装有L形转杆(24)，转杆(24)的一端与第一电机(23)的输出轴固结，转杆(24)的另一端安装第二电机(25)；第二电机(25)的输出轴与第一电机(23)垂直设置；第二电机(25)的输出轴上垂直安装有一个L形支杆(26)，支杆(26)的一端设置有用于安装探头(21)的固定夹(22)。

4.如权利要求1所述的所述的脑皮质经颅磁刺激三维定位导航系统，其特征在于，所述的固定器包括筒状颈托(8)，该颈托(8)套装在人体颈部并与人体颈部曲线相贴合，颈托(8)的顶端向上延伸且不超过患者的嘴部和耳部，颈托(8)的底端向下延伸且不超过患者的胸部和肩部，颈托(8)向上、向下延伸的部分和与延伸部分接触的人体部位的曲线相贴合。

5.如权利要求4所述的脑皮质经颅磁刺激三维定位导航系统，其特征在于，所述的颈托(8)沿其轴向剖切对称一分为二，分开的两部分颈托(8)通过合页 (18)连接，在分开的两部分颈托(8)上对称设置有锁扣(32)，两部分颈托(8)通过锁扣(32)锁合形成一个完整的颈托(8)。

6.如权利要求1所述的脑皮质经颅磁刺激三维定位导航系统，其特征在于，所述的适形面罩(36)由热塑材料制成，适形面罩(36)由眼底向下延伸至下颌底部，由鼻部向两侧延伸至耳底部，与人体面部生理结构相切合，且在适形面罩(36)上留有与鼻部和嘴部对应的通孔；所述的定位孔(34)开设在面罩上眼底位置和耳底位置。

7.如权利要求1所述的脑皮质经颅磁刺激三维定位导航系统，其特征在于，该三维定位导航系统还包括一个操作箱(3)，控制器设置于操作箱(3)中并连接一个显示器(2)和键盘(16)，操作箱(3)上设置有箱门(1)，打开箱门(1)可拉出键盘(16)并观察到显示器(2)。

8.如权利要求7所述的脑皮质经颅磁刺激三维定位导航系统，其特征在于，在操作箱(3)的侧壁上设置有滑轨(29)，滑轨(29)上安装有座椅(10)，座椅(10)的椅腿(11)可伸缩，所述的固定器通过伸缩杆(33)安装在座椅(10)的椅背(9)上。

9.一种三维定位导航方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤一，利用定位器在患者面部进行三点定位，在定位的三点处固定标志物，然后进行磁共振扫描，得到包含病灶区域和标志物阴影在内的扫描图；

步骤二，根据扫描图信息，得到病灶发生的脑区，然后对扫描图进行三维重建，在三维重建图中，得到病灶脑区在三维重建图中的三维坐标系中的坐标，记为P(x,y,z)；

步骤三，利用三个标志物的阴影在三维重建图中的坐标，将实际空间的三维坐标系对应到三维重建图中的一个局部坐标系，并得到两个坐标系之间的对应关系；

步骤四，根据两个坐标系之间的对应关系，得到病灶脑区在实际空间坐标系中的坐标P′(x′,y′,z′)；

步骤五，将步骤四中得到的病灶坐标P′(x′,y′,z′)转化为球坐标以指导步进电机的运动。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤三的具体过程如下：

步骤S30，记所述的三个标志物分别为第一标志物、第二标志物和第三标志物，将第一标志物、第二标志物在三维重建图中的坐标连线作为局部坐标系的X′轴，从第三标志物在三维重建图中的坐标向X′轴作垂线，垂线与X′轴相交点记为O′即为局部坐标系的原点，O′在三维重建图中的坐标记为(x₀,y₀,z₀)；

步骤S31，三维重建图中第三标志物的坐标与X′轴的垂线为局部坐标系的Z′轴，通过局部坐标系的原点O′的坐标和第三标志物在三维重建图中的坐标，计算出两点间的直线方程，继而得到局部坐标系Z′轴与三维重建图中的三维坐标系X,Y,Z轴的夹角分别为α,β,γ；

步骤S32，局部坐标系到三维重建图中的坐标系的变换可看作是由局部坐标系绕三维重建图中坐标系Y轴旋转a角度，然后又绕着Z轴旋转b角度，继而平移至(x₀,y₀,z₀)三个变换组成，则三个变换矩阵分别为：

则组合变换矩阵为：

Z′轴的方向余弦分别为：

cosa＝n₃＝cosγ      (3) 

将上面的式(3)至(6)代入组合变换矩阵式(1)中可得到：

因此，局部坐标系中的一点(x′,y′,z′)可以通过转换矩阵转换为三维重建图中坐标系中的坐标(x,y,z)，转换关系如下：

[x′ y′ z′ 1]·T＝[x y z 1]        (8) 

已知三维重建图中坐标系中的坐标，要转化为局部坐标系中的坐标，则可采用以下公式：

[x′ y′ z′ 1]＝[x y z 1]·T^-1        (9) 

式(9)中，T^-1可通过对T求逆矩阵得到，T^-1为：

则将(10)代入(9)中即可将三维重建图中的坐标转化为局部坐标系，即实际空间坐标系中的坐标。