一种基于个性化大脑分割的电极定位系统的制作方法

本发明涉及大脑电极定位程序，具体是指一种基于个性化大脑分割的电极定位系统。

背景技术：

1、近年来，神经系统疾病的发病率日益增高，医生通常使用药物来对抗神经系统疾病或减轻其症状，但这种方法一方面可能会引起患者的不良反应，还可能会与其他药物发生相互作用从而增加其副作用风险，此外，部分被试可能对药物具有耐受性，药物治疗的局限性进一步增加了治疗的成本与开发新技术的需求。

2、深部脑刺激（deep brain stimulation, dbs）是一种神经外科手术，它将电极植入大脑的特定区域，并从植入的电池源提供恒定或间歇性的电流来刺激靶点。但被试往往对该手术的抵触较强，手术也具备一定的出血和感染风险，因此dbs不是首要选择。

3、经颅电刺激（transcranial electric stimulation, tes）是一种非侵入性脑刺激（non-invasive brain stimulation, nibs），它通过对放置在头皮上的电极施加直流电或交流电，以调节中枢神经系统的兴奋性，产生持续的神经可塑性效应，进而调节中枢神经系统的功能。

4、但是在大脑的什么位置放置电极、使用多大的电流才能有效激活目标脑区是个重要问题，在过去，医生只能凭借经验判断大致的位置，无法精确获得被试具体靶点对应的个性化电极通道选择与电流大小。本专利则可以实现个性化电极定位（脑区导航）与对应的电场可视化。

5、当前已有的同类产品存在如下问题与缺陷：

6、（1）通常使用一套标准化的大脑模型，而忽略了个体差异；

7、（2）通常无法支持多种电极定位方式，特别是目前比较优越的时间干涉电刺激方式；

8、（3）通常计算时间较长，对于时间干涉电刺激的电极定位，计算时间一般在10小时及以上；

9、（4）通常无法输出多个结果，从而对于需要规避特定刺激区域的情况有更少选择；

10、（5）通常没有细致的脑区分割结果选择，需要用户手动定位寻找要刺激的脑区位置。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于个性化大脑分割的电极定位系统，为了解决上述提出的技术缺陷。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于个性化大脑分割的电极定位系统，包括影像数据处理单元、电极参数获取单元、靶点坐标选择单元、电极靶点分析单元、脑区分析处理单元、电极定位分析模块与显示模块，所述影像数据处理单元用于对大脑的原始影像数据进行分割处理；

3、电极参数获取单元用于对电极的物理参数进行采集获取，得到电极参数；

4、靶点坐标选择单元用于对大脑中特定位置的坐标进行选择，确定电极定位的靶点坐标；

5、电极靶点分析单元用于对电极参数和靶点坐标进行对比分析，判断电极参数信息与靶点坐标的规范性，再判断电极参数与上一次运行的电极参数统一性；

6、脑区分析处理单元用于进行脑区导航计算，使用遗传算法与粒子群算法计算帕累托前沿；

7、电极定位分析模块用于从帕累托前沿中获得一个满足目标需求的结果列表；

8、显示模块用于对大脑切面与三维模型的电场分布数据、脑区电场统计以及用户交互点的电场显示。

9、进一步地，所述对大脑的原始影像数据进行分割处理，具体的处理方式如下：

10、首先对用户的大脑进行mri扫描，获取用户大脑的原始影像数据，再通过对大脑的原始影像数据进行预处理，得到预处理影像；

11、在预处理影像上滑动卷积核，提取特征并进行分割处理，具体的：其中卷积核是3×3的矩阵，将卷积核沿着预处理影像的每个位置进行滑动，并与该位置的影像像素进行元素乘法和加法运算，提取出预处理影像中的边缘、纹理、形状，得到预处理影像中每个位置的特征图；

12、通过将多个特征图组合起来，并通过后续的全连接层进行处理，具体的：通过将每个位置的特征图输入到全连接层中，使用softmax分类器对特征进行分类，确定预处理影像的类别，在预处理影像分割时，基于特征图的信息进行像素级的分类，将每个像素分配到相应的类别中，实现对预处理影像的分割。

13、进一步地，所述对电极的物理参数进行采集获取，具体的采集获取方式为：通过扫描电子显微镜对电极进行扫描，得到电极的截面图像，根据电极的截面图像进行测量，得到电极截面形状、电极尺寸和电极厚度，由电极截面形状、电极尺寸和电极厚度构成电极参数。

14、进一步地，所述靶点坐标有如下选择方式：

15、（1）通过选择要刺激的脑区，坐标将被设定为脑区的几何中心坐标；

16、（2）通过使用多级索引的方式选择要刺激的脑区；

17、（3）通过输入目标脑区的索引号；

18、（4）先进行模糊搜索再使用以上方式选择目标脑区；

19、（5）通过手动输入xyz三轴坐标；

20、（6）通过在脑区分割的mri影像上精准选择要刺激的位置。

21、进一步地，所述对电极参数和靶点坐标进行对比分析，具体的对比分析方式如下：

22、通过将电极植入后的位置与计划中的靶点位置进行比较，检查电极的形状和尺寸与标准电极的形状和尺寸匹配度，若电极的形状和尺寸与标准电极的形状和尺寸相匹配，再通过获取上一次运行的电极参数与当前的电极参数进行对比，得到当前电极参数与上一次运行电极参数的变化率。

23、进一步地，所述结果列表的内容分别是电极摆放的通道位置与对应的电流大小、参考目标位置的电场大小以及参考全脑的平均电场大小。

24、进一步地，一种基于个性化大脑分割的电极定位系统的定位方法，具体包括下列步骤：

25、步骤101，输入已经进行个性化脑组织分割和脑区分割后的mri影像数据；

26、步骤102，添加电极参数；

27、步骤103，选择靶点坐标：

28、步骤104，判断电极参数信息与靶点的规范性；

29、步骤105，若步骤104中电极参数信息与靶点的规范性异常，则重新通过用户修改电极参数信息或靶点坐标信息；

30、步骤106，判断电极参数与上一次运行的电极参数的变化率；

31、步骤107，若电极参数发生变化，则进行leadfield矩阵的计算；

32、步骤108，进行脑区导航计算，使用遗传算法与粒子群算法计算帕累托前沿；

33、步骤109，通过帕累托前沿获得一个满足目标需求的结果列表；

34、步骤110，进行保存结果数据的选择；

35、步骤111，将结果数据保存到用户指定位置；

36、步骤112，进行电场可视化的选择；

37、步骤113，若不进行电场可视化，则流程结束；

38、步骤114，通过有限元方法进行大脑电场分布的计算；

39、步骤115，显示大脑切面与三维模型的电场分布数据、脑区电场统计以及用户交互点的电场显示。

40、本发明的有益效果：

41、1、本发明中提供一套完整的从受试者自身个性化磁共振影像分割后的数据开始，进行溯源优化到电场可视化全流程的且支持时间干涉刺激、经颅电刺激以及高精度经颅电刺激等刺激方式的系统和软件。

42、2、本发明中提供一种个性化的脑组织与脑区分割方式，在后续溯源优化计算时使用个性化分割的数据进行计算，更强调电极定位时个性差异的影响。

43、3、本发明中可以在不损失结果精确度的同时，将计算时间缩短到10分钟，且可以输出多个满足刺激要求的结果。

44、4、本发明中的电极定位系统拥有友善的图形界面与数据可视化方式，为多种疾病的经颅电刺激电极摆放方式提供相关的建议。