[發明專利]基于三維光學掃描的腦磁圖自動化定位配準方法及裝置

有效

• 申請號: 202110076677.3
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112669386B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 高家紅;古聞宇;盛經緯
• 申請（專利權）人: 北京大學;北京昆邁醫療科技有限公司
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/33;G06T7/11;G06T17/00;G06V10/77
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 余長江

本發明公開了一種基于三維光學掃描的腦磁圖自動化定位配準方法及裝置，通過獲得腦磁帽及被試頭部的三維圖像，分割基本形狀從而提取圖像特征，通過圖像識別算法實現探頭的自動定位，利用圖像配準算法完成與被試結構像的匹配。本發明整個配準過程全自動化，快速且精準，擺脫了傳統配準技術中的貼線圈、找基準點等操作，可一鍵式操作，大幅縮短了腦磁圖測量前的準備時間，且避免了人為誤差，獲得高精度配準結果，助力新一代腦磁圖的推廣應用。

技術領域

本發明涉及腦磁圖成像領域，尤其涉及一種基于三維光學掃描的腦磁圖自動化定位配準方法及裝置。

背景技術

腦磁圖(Magnetoencephalography，MEG)是一種通過測量神經電流在頭外產生的磁場來推斷頭內腦活動的無損腦功能，腦成像和腦疾病診斷的技術。它具有小于一毫秒的高時間分辨率以及2-4毫米的高空間分辨率。利用測量的腦磁場分布，在合適的源模型下，可以唯一地確定皮層上因受到刺激而產生活動的神經元位置。腦磁圖可用以研究包括腦的自發和誘發活動在內的多種腦神經活動過程，在臨床上用以精神疾病診斷、癲癇病灶的定位等。腦磁圖的研究對于人類認識腦，開發腦，治愈腦疾病都有重要的意義。

近年來，隨著高溫超導量子干涉磁強計以及原子磁強計等小型化的常溫靈敏磁強計技術的成熟，腦磁探頭陣列愈發的輕便可調，推動了新一代腦磁圖系統的發展。在腦磁圖的溯源分析中，需要得知每一個探頭和被試大腦皮層的相對位置，該過程又稱為腦磁圖的配準。在傳統腦磁圖儀器中，以低溫超導量子干涉磁強計組成的探頭陣列浸泡在杜瓦瓶中，內嵌在一臺大型設備中。由于探頭陣列固定，僅需四個不共面的參考點就能獲知所有探頭的相對位置。比如在被試頭部貼通電線圈，就能通過磁強計探測特定頻段的信號獲得探頭陣列與被試頭部的相對位置。再利用三維電磁示蹤系統手動定位被試面部的三個基準點，與被試包含大腦皮層圖像的腦部磁共振結構像進行基準點匹配，最終獲得所有探頭相對于被試大腦皮層的位置。然而，在新型腦磁圖系統中，由于探頭陣列不固定，而是分別插在腦磁帽上，相對位置不固定，且插入深度可調，需要定位的點數量相較于固定陣列高出兩個數量級。如何快速且精準定位所有的探頭，是一個必須克服的困難。此外，傳統腦磁圖中利用電磁示蹤系統進行基準點匹配的操作，極易因手抖、皮膚扭曲等因素引入較大誤差，而為了提高精度而增加基準點的數量又使得配準過程更加繁瑣，費時費力，也不利于新型腦磁圖推廣應用。

發明內容

為了解決上述困難，本發明公開了一種基于三維光學掃描的腦磁圖自動化定位配準方法及裝置，其引入三維光學掃描成像，利用三維圖像識別算法進行快速且準確的探頭識別與定位，并通過被試面部的圖像配準算法，實現了高精度的腦磁圖快速配準。且上述流程均自動化，可一鍵式操作，快捷方便。

為實現上述目的，本發明采取下述技術方案：

一種基于三維光學掃描的腦磁圖自動化定位配準方法，其步驟包括：

1)獲取包含腦磁帽的被試頭部三維圖像，提取包含腦磁帽的被試頭部三維圖像中點云的信息，并依據點云信息，將點云分割為若干小點云，其中每一小點云代表一基本形狀；

2)基于小點云的包圍盒中一矩形平面的幾何特征，計算各小點云之間的幾何關系，獲取組成腦磁帽探頭的小點云，得到包含腦磁帽的被試頭部三維圖像中各探頭位置；

3)獲取被試頭部的解剖結構像，并將解剖結構像分別轉化為頭皮三維圖像與大腦皮層三維圖像；

4)分別計算包含腦磁帽的被試頭部三維圖像與頭皮三維圖像的全局特征，選取擁有相似全局特征的點對，計算得到最優空間變換；

5)根據儀器坐標系及頭皮三維圖像中被試頭皮的邊界，得到頭皮三維圖像中的面部圖像，并依據最優空間變換，得到包含腦磁帽的被試頭部三維圖像中的面部圖像；

6)分別計算上述兩個面部圖像的全局特征，選取擁有相似全局特征的點對，計算得到最優空間變換；