基于神經(jīng)纖維走向的矢量經(jīng)顱磁刺激方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種經(jīng)顱磁刺激方法。特別是涉及一種基于神經(jīng)纖維走向的矢量經(jīng)顱 磁刺激方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 經(jīng)顱磁刺激（TMS)是近30年發(fā)展起來(lái)的一種新的刺激技術(shù)，由于磁刺激具有無(wú) 倉(cāng)|J，操作簡(jiǎn)便，相比于電刺激技術(shù)具有電安全性好等優(yōu)勢(shì)，在神經(jīng)、精神、信息等領(lǐng)域，尤其 是抑郁癥，強(qiáng)迫癥，帕金森癥，癲癇以及創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙等的治療方面，具有很好的應(yīng)用前 景，成為近年來(lái)研宄的熱點(diǎn)。
[0003] 經(jīng)顱磁刺激裝置是通過(guò)大功率電容向電感線圈放電，短時(shí)間的在線圈上產(chǎn)生變化 的電流。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，變化的電流會(huì)在線圈周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。
[0004] 將這種變化的磁場(chǎng)作用于大腦，透過(guò)頭骨、腦脊液、大腦皮層等組織，到達(dá)到神經(jīng) 纖維處。變化的磁場(chǎng)在神經(jīng)纖維上會(huì)感生出感應(yīng)電場(chǎng)。當(dāng)感應(yīng)電場(chǎng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)改 變神經(jīng)纖維內(nèi)外的電位差異，稱之為去極化作用。這種作用在神經(jīng)纖維上進(jìn)行傳遞，并通過(guò) 神經(jīng)樹突在神經(jīng)之間進(jìn)行傳遞，從而達(dá)到改變神經(jīng)傳導(dǎo)的刺激效果。
[0005] 多年來(lái)，經(jīng)顱磁刺激儀器在功能和刺激效果上都有了很大發(fā)展?，F(xiàn)有的技術(shù)是基 于大腦的核磁共振圖像進(jìn)行刺激。通過(guò)掃描人腦的核磁共振圖像，重建大腦皮質(zhì)的三維圖 像，使用定位導(dǎo)航技術(shù)確定要刺激的腦區(qū)進(jìn)行刺激。但其存在如下不足：
[0006] 1.對(duì)于刺激區(qū)域的分辨率太低，神經(jīng)刺激主要是針對(duì)神經(jīng)軸突的刺激，通過(guò)改變 軸突內(nèi)外電位來(lái)達(dá)到神經(jīng)傳導(dǎo)的目的，而定位與皮質(zhì)層面的刺激器其刺激位置分辨率太 低。
[0007] 2.刺激效果難以精確評(píng)估。線圈放電產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)在大腦刺激區(qū)域的神經(jīng)纖維上 產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)，感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度直接關(guān)系到刺激效果。感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算與線圈放電電流， 線圈與大腦刺激區(qū)域位置關(guān)系有關(guān)，現(xiàn)有技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)基于神經(jīng)纖維走向的精確磁刺激。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠提高神經(jīng)刺激的空間分辨率的基于 神經(jīng)纖維走向的矢量經(jīng)顱磁刺激方法。
[0009] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于神經(jīng)纖維走向的矢量經(jīng)顱磁刺激方法，包 括如下步驟：
[0010] 1)確定目標(biāo)腦神經(jīng)纖維的刺激方向；
[0011] 2)將線圈產(chǎn)生的刺激最強(qiáng)的點(diǎn)與目標(biāo)刺激點(diǎn)進(jìn)行位置疊加，同時(shí)將線圈產(chǎn)生的磁 場(chǎng)最強(qiáng)的方向與目標(biāo)刺激方向相重合；
[0012] 3)分別計(jì)算基于目標(biāo)神經(jīng)纖維走向的腦神經(jīng)纖維各空間體素點(diǎn)感應(yīng)電場(chǎng)矢量，以 及感應(yīng)電流矢量。
[0013] 步驟1)所述的腦神經(jīng)纖維的刺激方向，首先獲取人腦擴(kuò)散張量成像數(shù)據(jù)，根據(jù)纖 維示蹤技術(shù)，得到目標(biāo)神經(jīng)纖維；在目標(biāo)神經(jīng)纖維上提取一定數(shù)量的空間體素點(diǎn)，并對(duì)所述 的空間體素點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，得到初次擬合矢量方向；逐次增加相同數(shù)量的像素點(diǎn)再次進(jìn) 行擬合，每擬合一次都要計(jì)算擬合后的矢量方向與初始擬合矢量方向之間的夾角，當(dāng)夾角 角度大于設(shè)定值時(shí)，擬合終止，取終止前一次的矢量方向作為最佳擬合方向，確定為目標(biāo)神 經(jīng)纖維的刺激方向。
[0014] 所述的線性擬合，是首先在目標(biāo)神經(jīng)纖維上確定目標(biāo)刺激點(diǎn)，并以目標(biāo)刺激點(diǎn)為 起點(diǎn)，沿目標(biāo)神經(jīng)纖維，以大腦皮層后聯(lián)合至前聯(lián)合方向或者前聯(lián)合至后聯(lián)合方向，取若干 空間體素點(diǎn)，并對(duì)由空間體素點(diǎn)組成的纖維采用空間求回歸直線法進(jìn)行線性擬合，得到擬 合方向。
[0015] 所述的計(jì)算擬合后的矢量方向與初次擬合矢量方向之間的夾角，是指首先在笛卡 爾坐標(biāo)系下的圖像中，分別提取兩個(gè)矢量上任意一點(diǎn)坐標(biāo)及目標(biāo)刺激點(diǎn)坐標(biāo)，然后依據(jù)坐 標(biāo)點(diǎn)分別計(jì)算出兩個(gè)矢量的單位矢量，最后計(jì)算單位矢量夾角作為兩個(gè)矢量的夾角。
[0016] 步驟2)包括：
[0017] (1)線圈采用八字線圈，使用三維定位導(dǎo)航技術(shù)對(duì)線圈形狀和人腦輪廓進(jìn)行定位， 使用笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)一線圈輪廓及人腦頭皮、目標(biāo)腦神經(jīng)纖維上各點(diǎn)坐標(biāo)；
[0018] (2)在笛卡爾坐標(biāo)系下的目標(biāo)腦神經(jīng)纖維上各個(gè)空間體素坐標(biāo)數(shù)據(jù)集中， 選定目標(biāo)刺激點(diǎn)坐標(biāo)S1 (X1,Y1,Z1)，計(jì)算得到目標(biāo)刺激點(diǎn)投影到人腦頭皮上點(diǎn)的坐標(biāo) a'i(x'i，y'i，z'J，并將線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)最強(qiáng)的點(diǎn)與a'i進(jìn)行位置疊加，確保目標(biāo)刺激點(diǎn)的刺激 磁場(chǎng)最強(qiáng)，所述最強(qiáng)的點(diǎn)是八字線圈中心位置點(diǎn)；
[0019] (3)做基于八字線圈平面的三個(gè)正交方向x、y、z，根據(jù)線圈形狀及電磁感應(yīng)原理， 線圈y方向產(chǎn)生的磁場(chǎng)最強(qiáng)，將線圈y方向與目標(biāo)腦神經(jīng)纖維的刺激方向相重合，確保線圈 沿目標(biāo)刺激方向進(jìn)行刺激。
[0020] 步驟（3)所述的將線圈y方向與目標(biāo)腦神經(jīng)纖維的刺激方向相重合，包括：
[0021] 基于八字線圈平面的三個(gè)正交方向x、y、z存在三個(gè)正交面xy、yz、xz，設(shè)A為目標(biāo) 神經(jīng)纖維的刺激方向，A到正交面xy的投影為<v)，到正交面yz的投影為，到正交面xz的投影為;將線圈y方向與A之間的夾角用Y表示，線圈y方向與<v)之間的夾角 用a表示，線圈y方向與^^2)的夾角用0表示，線圈y方向與 的夾角用0表示；
[0022] 線圈繞X軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整夾角0的角度；線圈繞y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整夾角 0的角度；線圈繞z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整夾角a的角度，通過(guò)線圈的調(diào)整，將其中任意兩個(gè) 夾角的角度調(diào)整為〇°，然后再調(diào)節(jié)第三個(gè)夾角的角度，來(lái)調(diào)節(jié)線圈y方向與A之間的夾角 y，此時(shí)第三個(gè)夾角的角度與夾角y的角度一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)夾角y角度為0°時(shí)，線圈y方向 與A方向相同。
[0023] 步驟3)包括：
[0024](1)在確保步驟2)中的第⑵步和第⑶步實(shí)現(xiàn)的條件下，提取目標(biāo) 神經(jīng)纖維上各空間體素坐標(biāo)S1 (X1,Y1,Z1)，a2 (x2,y2,Z2)…an(xn,yn,zn)，設(shè)線圈 周長(zhǎng)為m，則提取線圈單位長(zhǎng)度矢量j了的坐標(biāo)(I1 (xdl,ydl,zdl)，d2 (xd2,yd2,zd2)… dm(xdm，ydm，Zdffl)，計(jì)算目標(biāo)神經(jīng)纖維任一個(gè)空間體素點(diǎn)到線圈單位長(zhǎng)度矢量的距離r為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于神經(jīng)纖維走向的矢量經(jīng)顱磁刺激方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 確定目標(biāo)腦神經(jīng)纖維的刺激方向； 2) 將線圈產(chǎn)生的刺激最強(qiáng)的點(diǎn)與目標(biāo)刺激點(diǎn)進(jìn)行位置疊加，同時(shí)將線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)最 強(qiáng)的方向與目標(biāo)刺激方向相重合； 3) 分別計(jì)算基于目標(biāo)神經(jīng)纖維走向的腦神經(jīng)纖維各空間體素點(diǎn)感應(yīng)電場(chǎng)矢量，以及感 應(yīng)電流矢量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)纖維走向的矢量經(jīng)顱磁刺激方法，其特征在于，步 驟1)所述的腦神經(jīng)纖維的刺激方向，首先獲取人腦擴(kuò)散張量成像數(shù)據(jù)，根據(jù)纖維示蹤技 術(shù)，得到目標(biāo)神經(jīng)纖維；在目標(biāo)神經(jīng)纖維上提取一定數(shù)量的空間體素點(diǎn)，并對(duì)所述的空間體 素點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，得到初次擬合矢量方向；逐次增加相同數(shù)量的像素點(diǎn)再次進(jìn)行