用于经颅超声神经调控的定位系统及方法

本技术涉及医疗器械领域，特别涉及一种用于经颅超声神经调控的精准定位技术。背景技术：1、超声是频率范围超过20，000赫兹的声波，能够传递振动的机械能，因此可以作为一种能量载体进入人体组织，实现对人体组织的非侵入性干预。经颅超声刺激利用聚焦超声波刺激大脑的特定靶区，引起神经活动的变化，是一种创新的非侵入式神经调控技术。这种技术以其高空间分辨率和深穿透力而闻名，且能与磁共振成像及经颅磁刺激等其他技术兼容使用，展现了广泛的应用潜力。2、在经颅超声刺激的实际应用中，精确地定位超声焦点至靶区至关重要，以保证治疗的空间精度。现有的用于经颅超声神经调控的立体定位技术主要分为三类：光学导航、磁共振引导和立体定位框架。这些技术在靶点规划的基本过程类似，但在图像空间与物理空间配准方法上存在显著差异。3、光学导航定位通常采用面配准和点配准两种方法。在面配准中，首先从磁共振图像中提取头皮表面的点云，随后使用光学定位探针在患者头部表面滑动，通过红外光学导航设备记录形成的点云轨迹，将这些轨迹与磁共振图像中的表面进行配准，从而得到坐标转换关系。点配准则需要在磁共振扫描前在头部贴上可见的标记物，或在磁共振图像上标记几个解剖标记点，在光学导航下定位这些点，以获得相应的坐标转换关系。4、磁共振引导的配准需要患者在治疗过程中保持在磁共振设备内，以将术中图像与术前图像进行配准，并获取靶点在物理空间中的坐标。5、立体定位框架的类型众多，例如spiegel-wycis框架、crw框架和leksell框架等。以leksell框架为例，该框架由直角坐标框架和球坐标框架组成。在使用时，首先在患者头皮局部麻醉后将直角坐标框架固定在颅骨上，患者戴着框架进行磁共振扫描，便可在图像中见到框架，并得到靶点在框架下的坐标。随后，在直角坐标框架上安装球坐标框架，并调整，使球坐标框架的球心与靶点对齐。再通过调整球坐标框架，确保框架上的治疗设备(如穿刺针或超声换能器)能以适当的角度精确定位于靶点。6、然而，这些技术仍然存在一些问题，例如：光学导航技术需要在每次定位时进行配准，操作较为繁琐；而磁共振引导技术则在每次治疗时都需要患者躺在磁共振设备中，而使用磁共振需要占用医疗资源、成本非常高；立体定位框架需要将定位框架固定在患者颅骨上，并在扫描磁共振和进行治疗时戴着框架，框架与颅骨的固定是有创的，可能造成患者的不适、增加感染风险，等等。7、因此，亟需一种操作简便、定位精准、适用于重复治疗的新型定位方案，以提高经颅超声刺激的临床应用效率和治疗效果。技术实现思路1、本技术的目的在于提供一种用于经颅超声神经调控的定位系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。2、本技术公开了一种用于经颅超声神经调控的定位系统，该系统包括：3、定位眼镜，包括镜架和多个固定在所述镜架上用于可拆卸地安装定位标记小球的固定桩，所述固定桩上可替换地安装有磁共振定位标记小球或光学定位标记小球；4、定位框架，包括可调节的头托和下颌托，用于固定患者头部并保证患者头部位置在多次治疗中保持不变；所述定位框架还包括用于调节超声换能器位置和角度的可调节且带刻度的定位装置；5、其中，所述磁共振定位标记小球用于在磁共振扫描时获取图像空间坐标，扫描完成后被替换为所述光学定位标记小球，以在光学导航时获取物理空间坐标；利用图像空间坐标和物理空间坐标建立配准关系，通过调整定位框架上的可调节且带刻度的定位装置，使得超声换能器的焦点对准磁共振图像中确定的超声靶点位置；在首次定位时记录定位装置上的刻度，在后续治疗中通过调整定位装置至相同刻度，无需重新配准即可实现超声换能器聚焦点的精准重复定位。6、在一个优选例中，所述定位框架包括用于固定患者头部的头架、沿三个坐标轴方向可调节并带有刻度的直角坐标框架、与所述直角坐标框架连接并具有角度刻度的球坐标框架，以及安装在所述球坐标框架上用于固定超声换能器的换能器固定装置，其中，通过在首次治疗中调整并记录所述直角坐标框架和球坐标框架至特定的刻度位置，以便在后续治疗中调整至相同的刻度。7、在一个优选例中，所述配准装置选自下组：定位眼镜、面具、眼罩。8、在一个优选例中，通过在首次治疗中调整并记录所述直角坐标框架和球坐标框架至特定的刻度位置，以便在后续治疗中调整至相同的刻度，从而实现超声换能器聚焦点的精准重复定位，而无需重新进行配准步骤。9、在一个优选例中，所述磁共振定位标记小球包括内部填充有磁共振造影剂的球形腔体，所述光学定位标记小球表面设有用于反射光学导航系统红外光的反光标记。10、在一个优选例中，所述磁共振定位标记小球的球形腔体内腔直径与所述光学定位标记小球的球形外表面直径相同，以使两种定位标记小球在插入同一个固定桩时，其球心位置重合。11、在一个优选例中，所述利用图像空间坐标和物理空间坐标建立配准关系的过程包括：12、在磁共振扫描时，在所述配准装置，例如定位眼镜的定位标记小球固定桩上安装至少四个磁共振定位标记小球(n≥4)，获取每个磁共振定位标记小球在图像空间中的坐标xi＝[x1i，x2i，x3i]t，其中i＝1，2，3，…，n；13、在光学导航时，在相同的定位标记小球固定桩上安装相同数量的光学定位标记小球，获取每个光学定位标记小球在物理空间中的坐标yi＝[y1i，y2i，y3i]t；14、分别计算磁共振定位标记小球在图像空间中的质心坐标和光学定位标记小球在物理空间中的质心坐标15、计算磁共振定位标记小球相对于图像空间质心的位移向量和光学定位标记小球相对于物理空间质心的位移向量16、计算图像空间坐标和物理空间坐标的协方差矩阵对协方差矩阵进行奇异值分解h＝uλvt，得到旋转矩阵r＝vut和位移向量建立图像空间和物理空间的配准关系。17、在一个优选例中，所述直角坐标框架包括：弧形标尺、旋转定位器；所述球坐标框架包括：x轴滑台、y轴滑台、升降杆、锁紧装置和轴套；其中，所述弧形标尺和旋转定位器用于调节所述超声换能器的角度，所述x轴滑台、y轴滑台和升降杆分别提供沿x轴、y轴和z轴的平移自由度，所述锁紧装置用于锁定升降杆的高度，所述轴套用于连接升降杆与座椅。18、在一个优选例中，所述定位框架通过升降杆、锁紧装置和轴套安装在座椅上，所述升降杆控制定位框架沿z轴方向平移，所述升降杆上设有刻度，通过锁紧装置可固定升降杆与轴套的相对位置。19、在一个优选例中，所述升降杆上设有x轴滑台和y轴滑台，用于控制定位框架沿x轴和y轴方向平移，所述x轴滑台和y轴滑台均设有刻度，最小分度为1毫米。20、在一个优选例中，所述x轴滑台上设有旋转定位器，所述旋转定位器与弧形标尺通过鼠牙盘啮合连接，能够相对转动，定位精度为1°，所述旋转定位器上设有角度刻度，最小分度为1°。21、在一个优选例中，所述弧形标尺与超声换能器固定器通过紧定螺钉固定，所述超声换能器固定器能够沿弧形标尺滑动，以调节超声入射角度，所述弧形标尺的最小分度为0.5°。22、在一个优选例中，所述超声换能器固定器用于固定超声换能器，并能够调节超声换能器沿弧形标尺的径向位置，以适应不同深度的靶点，并且，所述超声换能器上安装有光学导航用的标记，用于获取其位置坐标。23、在一个优选例中，所述定位框架进一步包括可调节的头托和下颌托，其中：所述头托用于防止头部相对座椅位移，并且可调节高度以适应不同患者的头型和身高，头托的背面带有刻度，用于在后续治疗中保持患者头部的位置不变；所述下颌托通过可调节的绑带固定在头托上，绑带具有卡扣和带刻度的卡槽，用于调节松紧，确保在后续治疗中固定患者头部的位置与初次治疗时相同。24、在一个优选例中，所述配准装置的刚性件由磁共振下不可见的材料构成，所述材料选自聚乳酸、聚醚醚酮、聚碳酸酯和热塑橡胶中的至少一种。25、本技术还提供了一种用于经颅超声神经调控的定位方法，采用前述的任意一种定位系统，该定位方法包括以下步骤：26、s1：患者佩戴所述配准装置，例如，定位眼镜并进行磁共振扫描，获取所述磁共振定位标记小球在图像空间中的三维坐标；27、s2：将所述磁共振定位标记小球替换为所述光学定位标记小球，并利用光学导航系统获取所述光学定位标记小球在物理空间中的三维坐标；28、s3：基于所述磁共振定位标记小球在图像空间中的三维坐标，以及所述光学定位标记小球在物理空间中的三维坐标，通过刚性变换算法建立图像空间与物理空间的坐标转换关系；29、s4：根据预设的经颅超声刺激方案，确定超声靶点在图像空间中的三维坐标，然后利用所述图像空间与物理空间的坐标转换关系，将所述靶点坐标转换至物理空间；30、s5：调整所述定位框架、超声换能器固定器、弧形标尺和旋转定位器，使所述超声换能器的焦点对准经转换的靶点坐标，并记录此时所述定位框架各轴的刻度读数，以便后续快速复现精确定位；31、s6：开始执行经颅超声刺激治疗；32、s7：在后续治疗时，仅需快速调整定位框架、超声换能器固定器、弧形标尺和旋转定位器到第一次治疗时步骤s5所记录的对应刻度读数，然后进行步骤s6的干预治疗，而无需重复步骤s1至s5。33、在一个优选例中，所述步骤s5进一步包括：34、s51：利用光学导航系统确定超声换能器的坐标；35、s52：通过调整定位框架的x轴滑台、y轴滑台和升降杆，使定位框架的弧形标尺圆心位于靶点处，保证超声换能器的入射方向对准靶点，调整结束后记录x轴滑台、y轴滑台和升降杆的刻度；36、s53：再调整超声换能器固定器、弧形标尺和旋转定位器，使超声换能器按照预设的入射路径将超声聚焦到靶点处，调整结束后记录超声换能器固定器、弧形标尺和旋转定位器的刻度。37、本技术实施方式具有以下技术特点和技术效果：38、提高定位精度：通过结合磁共振定位标记小球和光学定位标记小球的使用，实现图像空间与物理空间之间的高精度配准。这种配准确保了超声焦点可以精确对准靶点，从而增强治疗效果并减少非目标区域的影响。39、操作流程简化：系统设计减少了在每次治疗中重复进行磁共振扫描和进行光学导航的需要。一旦初次治疗中的定位参数被设定并记录，后续治疗只需调整定位框架至预设刻度，无需重新进行复杂的配准步骤，从而简化了操作流程并缩短了治疗准备时间。40、成本效率提高：本技术的设计减少了对光学导航和磁共振设备的重复使用，显著降低了治疗成本。在首次治疗中进行一次磁共振和光学导航后，便记录下关键的定位刻度。此后的治疗仅需根据这些刻度调整定位框架，无需再次使用磁共振或光学导航，从而有效减少了高成本医疗设备的使用频率，简化了治疗流程，提高了经颅超声神经调控的经济效益和操作效率。41、提升患者舒适度：定位系统包括经过人体工程学设计的头托和下颌托，这些配件带有软垫，能贴合患者的头部并防止在治疗过程中的位移，增加了患者的舒适感。42、重复治疗的一致性和可靠性：系统设计允许在连续的治疗周期中重复使用相同的定位参数，通过调整定位框架至记录的刻度，保证了治疗的一致性和可靠性，特别是对于需要多次治疗的患者。43、治疗的可追踪性和标准化：系统提供了一个方法，通过记录关键定位部件的具体刻度，医疗团队能够精确追踪和复现每一次治疗的具体操作，这对于治疗效果的评估和标准化操作具有重要价值。44、总之，这个系统通过其创新的设计和技术整合，为经颅超声神经调控治疗提供了一个精准、高效、成本有效且患者友好的解决方案。45、本技术的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本技术所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本技术上述技术实现要素：中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征a+b+c，在另一个例子中公开了特征a+b+d+e，而特征c和d是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征e技术上可以与特征c相组合，则，a+b+c+d的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而a+b+c+e的方案应当视为已经被记载。