CN114895226A - 刺激线圈磁场测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种刺激线圈磁场测量系统及方法，该系统包括机械臂装置，磁场测量装置及捕获装置。其中，捕获装置获取磁场测量装置的空间位姿，然后通过机械臂控制刺激线圈走位到预设的测试点上，并在刺激线圈发射电磁脉冲时，采集器控制磁场测量单元采集各个测试点上的磁场值，然后基于各个测试点的磁场值，获取刺激线圈的磁场分布。本发明实施例该方法，由于机械臂走位的空间精度高，获取的磁场分布空间位置误差小。

Description

刺激线圈磁场测量系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种刺激线圈磁场测量系统及方法。

背景技术

磁刺激是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统，改变皮质神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理生化反应的非侵入式的研究和治疗方法。磁刺激可以作用于大脑，也可以作用于外周神经，作用于大脑的磁刺激称为经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）。

实施更精准的刺激强度，更科学的刺激剂量，是提升磁刺激治疗效果，提供标准化治疗方案的必要手段，而磁刺激的可量化是精准刺激与精准剂量的前提。磁刺激系统通常由脉冲发生器、控制器和刺激线圈组成，其中，刺激线圈所激发磁场的强度分布、对称性等特性，对磁刺激的量化具有重要意义。

现有技术中，由于空间测试精度有限，测量刺激线圈磁场的误差较大。

发明内容

本发明实施例提供一种刺激线圈磁场测量系统及方法，以克服现有技术测量误差较大的缺陷。

第一方面，本发明实施例提供一种刺激线圈磁场测量系统，所述系统包括：

机械臂装置，包括机械臂，和固定于机械臂末端的刺激线圈；所述机械臂用于控制所述刺激线圈移动到目标位姿；

磁场测量装置，包括支架，固定于所述支架上的第一示踪标记，固定于所述支架上的磁场测量单元，以及与所述磁场测量单元连接的采集器；所述第一示踪标记用于被捕获装置识别；所述采集器用于控制所述磁场测量单元采集空间磁场值；

所述捕获装置，用于捕获所述磁场测量装置的空间位姿。

可选地，所述磁场测量单元包括磁场测量芯片组。

可选地，所述磁场测量单元包括若干套磁场测量芯片组。

可选地，所述机械臂末端固定有第二示踪标记，所述捕获装置还用于捕获所述刺激线圈的空间位姿。

第二方面，本发明实施例提供一种刺激线圈磁场测量方法，所述方法应用于刺激线圈磁场测量系统，所述方法包括：

获取磁场测量装置的空间位姿；

循环执行n次如下步骤，所述n表征：刺激线圈的测试点集中测试点的个数，所述n为大于或等于1的整数；

在第i次循环中，控制所述刺激线圈移动到第i个测试点对应的目标位姿；

在第i次循环中，在所述刺激线圈实施磁刺激时，采集器控制磁场测量单元测量第i个测试点的空间磁场值；

根据获取的测试点集的空间磁场值，获取所述刺激线圈的磁场分布。

可选地，所述根据获取的测试点集的空间磁场值，获取所述刺激线圈的磁场，具体包括：

将每个测试点测量的多个空间磁场值的平均值，作为该测试点的空间磁场值，获取所述刺激线圈的磁场分布。

本发明实施例提供的刺激线圈磁场测量系统及方法，该系统包括机械臂装置，磁场测量装置及捕获装置。其中，捕获装置获取磁场测量装置的空间位姿，然后通过机械臂控制刺激线圈走位到预设的测试点上，并在刺激线圈发射电磁脉冲时，采集器控制磁场测量单元采集各个测试点上的磁场值，然后基于各个测试点的磁场值，获取刺激线圈的磁场分布。本发明实施例该方法，由于机械臂走位的空间精度高，获取的磁场分布空间位置误差小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种刺激线圈磁场测量系统的结构示意图；图2是本发明实施例示例的一种机械臂末端连接装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种刺激线圈磁场测量系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种磁场测试单元的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种刺激线圈磁场测量系统的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种刺激线圈磁场测量方法的流程示意图；

图7是基于本发明实施例测试的八字线圈某平面磁场的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种刺激线圈磁场测量系统及方法，该系统通过捕获装置获取磁场测量装置的空间位姿，然后通过机械臂控制刺激线圈走位到预设的测试点上；当刺激线圈发射电磁脉冲时，采集器控制磁场测量单元采集各个测试点上的磁场值，并基于各个测试点的磁场值，获取刺激线圈的磁场分布。本发明实施例提供的刺激线圈磁场测量系统及方法，机械臂走位的空间精度高，获取的磁场分布空间位置误差小，并且采用较少的磁场测量单元就可以获取刺激线圈的磁场分布。

下面将结合几个具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明，各个实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

图1是本发明实施例提供的一种刺激线圈磁场测量系统的结构示意图，如图1所示，该系统可以包括：机械臂装置100、磁场测量装置200和捕获装置300。其中，

机械臂装置100，包括机械臂110，和固定于机械臂110末端的刺激线圈120；机械臂110用于控制刺激线圈120移动到目标位姿。

其中，机械臂110又可以称为电动支臂或机器人，例如六轴的机械臂110可以在一定空间范围内实现任意位姿的走位。刺激线圈120可以通过现有的任一种方式固定于机械臂110末端，保持刺激线圈120的位姿于机械臂110末端的位姿相对不变，由于机械臂110末端坐标可以根据机械臂110的运动参数直接获取，通过简单的坐标转换即可获得刺激线圈120的位姿和姿态。

示例性的，图2是本发明实施例示例的一种机械臂末端连接装置的结构示意图。如图2所示，该装置包括第一连接件410和第二连接件420，第一连接件410的上端可以与机械臂110的末端连接，第一连接件410的下端与第二连接件420配合，可以夹持刺激线圈220，由此保证机械臂210末端与刺激线圈220相对位姿不变。

机械臂210可根据程序指令按照预设的测试点走位到对应的目标位姿上。

磁场测量装置200，包括支架210，固定于支架210上的第一示踪标记220，固定于支架210上的磁场测量单元230，以及与磁场测量单元230连接的采集器240。图3是本发明实施例提供的另一种刺激线圈磁场测量系统的结构示意图，示意了磁场测量装置200的部分放大图。

其中，第一示踪标记220可以被捕获装置300识别。第一示踪标记220可以是现有技术中的任一种，包括但不限于,图形、结构、颜色、红外反光球、红外线发生器等，对应的，捕获装置300与第一示踪标记220相对应，例如当第一示踪标记为红外反光球时（参照图3），捕获装置300可以为三目红外相机。

第一示踪标记220例如可以通过螺纹、卡扣等方式固定于支架210上。

磁场测量单元230例如可以由多个磁场测量芯片组成，例如霍尔传感器。

在一种可能的实现方式中，磁场测量单元230包括磁场测量芯片组。参照图3所示，磁场测试单元230包括三个磁场测量芯片，包括第一测量芯片231、第二测量芯片232和第三测量芯片233，三个测量芯片相互垂直，用于分别测量测试点处x，y，z轴方向的磁场强度。本发明实施例该方法，仅需使用3个磁场测量芯片即可获取刺激线圈的磁场分布。

在另一种可能的实现方式中，磁场测量单元230包括若干套磁场测量芯片组。图4是本发明实施例提供的一种磁场测试单元的结构示意图。如图4所示，每个磁场测量芯片组参照上述实施例，由第一测量芯片231、第二测量芯片232和第三测量芯片233组成。多套磁场测量芯片组构成平面阵列。本发明实施例该方法，可以一次测量多个测试点的磁场值，提高测试效率。

其中，采集器240与磁场测量单元230中的磁场测量芯片连接，采集器240用于控制磁场测量单元230采集空间磁场值。

捕获装置300，用于捕获磁场测量装置200的空间位姿。

由于固定于磁场测量装置200上的第一示踪标记220可以被捕获装置300识别，因此，可以通过捕获第一示踪标记220获取测量装置200的空间位姿，本发明实施例不再赘述。应理解，在该方式中，刺激线圈120的空间位姿是根据机械臂110的运动参数确定的。

在一种可能的实现方式中，图5是本发明实施例提供的又一种刺激线圈磁场测量系统的结构示意图，如图5所示，机械臂110末端固定有第二示踪标记130，捕获装置300还用于捕获刺激线圈120的空间位姿。此时，捕获装置300可以同时捕获第一示踪标记220和第二示踪标记130，进而同时确定磁场测量装置200和刺激线圈210的空间位姿。

本发明实施例提供的刺激线圈磁场测量系统，该系统包括机械臂装置，磁场测量装置及捕获装置。其中，捕获装置获取磁场测量装置的空间位姿，然后通过机械臂控制刺激线圈走位到预设的测试点上，并在刺激线圈发射电磁脉冲时，采集器控制磁场测量单元采集各个测试点上的磁场值，然后基于各个测试点的磁场值，获取刺激线圈的磁场分布。本发明实施例该方法，由于机械臂走位的空间精度高，获取的磁场分布空间位置误差小；并且，可以采用较少的磁场测量单元获取刺激线圈的磁场分布。

图6是本发明实施例提供的一种刺激线圈磁场测量方法的流程示意图，该方法应用于上述实施例记载的任一种刺激线圈磁场测量系统，该方法可以包括：

S101、获取磁场测量装置的空间位姿。

参照上述实施例，不再赘述。

S102、判断当前循环次数是否大于n。

其中，n用于表征：刺激线圈的测试点集中测试点的个数，n为大于或等于1的整数。测试点集可以为刺激线圈下方预设的立体空间区域，也可以为刺激线圈下方某一高度平面上的平面空间区域，测试点的密度根据实际情况确定，例如，相邻测试点的间距可以取5mm。

在当前循环次数小于或等于n时，说明循环未结束，跳转到步骤S103。

在当前循环次数大于n时，说明循环执行完毕，跳转到步骤S105。

S103、在第i次循环中，控制刺激线圈移动到第i个测试点对应的目标位姿。

为测试刺激线圈在空间任一点处x，y，z三个方向的磁场值，刺激线圈在机械臂的控制下移动到目标位置时，刺激线圈的姿态应满足如下条件：刺激线圈平面与测试z轴方向的磁场测量芯片平行，与测量x轴方向和y轴方向的磁场测量芯片垂直。

示例性的，对于八字线圈，保持八字线圈平面与z轴方向的磁场测量芯片平行，与测量x轴方向和y轴方向的磁场测量芯片垂直同时，保持八字线圈的长轴与测量x方向的磁场测量芯片垂直，保持八字线圈的短轴与测量y向的磁场测量芯片垂直。

S104、在第i次循环中，在待测磁刺激线圈实施磁刺激时，采集器控制磁场测量单元测量第i个测试点的空间磁场值。

采集器在第i个测试点可以一次测试多个磁刺激产生的空间磁场值。

每次循环结束时，i自加1。

S105、根据获取的测试点集的空间磁场值，获取刺激线圈的磁场分布。

在一种可能的实现方式中，可以将每个测试点测量的多个空间磁场值的平均值，作为该测试点的空间磁场值，然后获取刺激线圈的磁场分布。

在另一种可能的实现方式中，考虑到连续刺激中，磁场发生器产生的脉冲电流在初始几个脉冲和后几个脉冲可能出现幅值较小的情况，因此，可以将每个测试点测量的多个空间磁场值去除初始值和尾值，然后再平均，作为该测试点的空间磁场值。进一步的，基于测试点集上的空间磁场值获取刺激线圈的磁场分布。

图7是基于本发明实施例测试的八字线圈某平面磁场的示意图。如图7所示，图7（a）为x方向的磁场分布，图7（b）为y方向的磁场分布，图7（c）为z方向的磁场分布。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种刺激线圈磁场测量系统，其特征在于，所述系统包括：

机械臂装置，包括机械臂，和固定于机械臂末端的刺激线圈；所述机械臂用于控制所述刺激线圈移动到目标位姿；

磁场测量装置，包括支架，固定于所述支架上的第一示踪标记，固定于所述支架上的磁场测量单元，以及与所述磁场测量单元连接的采集器；所述第一示踪标记用于被捕获装置识别；所述采集器用于控制所述磁场测量单元采集空间磁场值；

所述捕获装置，用于捕获所述磁场测量装置的空间位姿。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁场测量单元包括磁场测量芯片组。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁场测量单元包括若干套磁场测量芯片组。

4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述机械臂末端固定有第二示踪标记，所述捕获装置还用于捕获所述刺激线圈的空间位姿。

5.一种刺激线圈磁场测量方法，所述方法应用于刺激线圈磁场测量系统，其特征在于，所述方法包括：

获取磁场测量装置的空间位姿；

循环执行n次如下步骤，所述n表征：刺激线圈的测试点集中测试点的个数，所述n为大于或等于1的整数；

在第i次循环中，控制所述刺激线圈移动到第i个测试点对应的目标位姿；

在第i次循环中，在所述刺激线圈实施磁刺激时，采集器控制磁场测量单元测量第i个测试点的空间磁场值；

根据获取的测试点集的空间磁场值，获取所述刺激线圈的磁场分布。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据获取的测试点集的空间磁场值，获取所述刺激线圈的磁场，具体包括：

将每个测试点测量的多个空间磁场值的平均值，作为该测试点的空间磁场值，获取所述刺激线圈的磁场分布。

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