本發(fā)明涉及一種背景噪聲削弱系統(tǒng)及方法，特別是一種腦磁圖檢測(cè)中背景噪聲削弱系統(tǒng)及方法，主要腦科學(xué)、生命醫(yī)療、生物技術(shù)、健康檢測(cè)、疾病診療、人機(jī)交互、智能控制、行為組織等領(lǐng)域中的腦磁圖檢測(cè)背景噪聲削弱系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

腦磁圖(Magnetoencephalography，簡(jiǎn)稱MEG)檢測(cè)是一種對(duì)人體完全無創(chuàng)性、無放射性的腦功能圖像探測(cè)技術(shù)，在腦科學(xué)、生命醫(yī)療、生物技術(shù)、健康檢測(cè)、疾病診療、人機(jī)交互、智能控制、行為組織等領(lǐng)域中發(fā)揮非常重要的作用。腦磁圖不需要接觸皮膚，不會(huì)發(fā)生由此出現(xiàn)的偽差，可以直接反應(yīng)腦內(nèi)磁場(chǎng)源的活動(dòng)狀態(tài)，并能確定磁場(chǎng)源的強(qiáng)度與部位。視覺誘發(fā)腦磁場(chǎng)，聽覺誘發(fā)腦磁場(chǎng)與軀體誘發(fā)腦磁場(chǎng)具有特異性，能夠分辨出組織上與機(jī)能上不同的細(xì)胞群體。腦磁圖可以應(yīng)用到癲癇診斷和致癇灶的手術(shù)前定位、神經(jīng)外科手術(shù)前大腦功能區(qū)定位、缺血性腦血管病預(yù)測(cè)和診斷、精神病和心理障礙疾病的診斷、外傷后大腦功能評(píng)估、司法鑒定、測(cè)謊、語(yǔ)言、視覺、聽覺、體感誘發(fā)等研究。

由于腦磁場(chǎng)很弱，在腦磁圖檢測(cè)中需要削弱外界噪聲，提高腦磁場(chǎng)檢測(cè)信噪比。在先技術(shù)中存在較為普遍的方法就是構(gòu)建磁屏蔽室，將腦磁圖儀放置在磁屏蔽室中，這種方法實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜、對(duì)外界條件要求高、成本高、需要空間大、限制腦磁圖儀使用靈活性。在先技術(shù)中存在另一種方法，見美國(guó)專利，專利名稱為Noise cancellation in magnetoencephalography and electroencephalography with isolated reference sensors,授權(quán)專利號(hào)為US7729740B2，專利授權(quán)時(shí)間為2010年01月01日，本發(fā)明采用增加傳感器的方式，在設(shè)立的電磁場(chǎng)屏蔽層的兩側(cè)設(shè)置有主傳感器和參考傳感器，主傳感器在靠近被檢測(cè)方一側(cè)，參考傳感器設(shè)置在環(huán)境噪聲一側(cè)，通過參考傳感器得到矯正信號(hào)，主傳感器信號(hào)減去矯正信號(hào)得到無噪聲信號(hào)（noise-free singal），此在先技術(shù)具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)，但是存在一些本質(zhì)不足，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)過程繁冗、不便于實(shí)現(xiàn)、增加成本、影響檢測(cè)性能、適用范圍有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述技術(shù)的不足，提供一種腦磁圖檢測(cè)中背景噪聲削弱系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)潔、方法簡(jiǎn)單、流程簡(jiǎn)潔、便于實(shí)現(xiàn)、靈敏度高、實(shí)現(xiàn)成本低、實(shí)時(shí)性好、高可靠性、高穩(wěn)定性、需要空間小、靈活性強(qiáng)、不影響檢測(cè)性能、功能易于擴(kuò)充、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種腦磁圖檢測(cè)中背景噪聲削弱系統(tǒng)，包括頭戴柔性襯底、磁傳感器陣列層、可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)，：所述頭戴柔性襯底外側(cè)設(shè)置有磁傳感器陣列層，磁傳感器陣列層由腦磁場(chǎng)傳感器陣列和外磁場(chǎng)傳感器陣列構(gòu)成，腦磁場(chǎng)傳感器陣列和外磁場(chǎng)傳感器陣列分布在大腦左右兩個(gè)半球，磁傳感器陣列層外部設(shè)置有磁屏蔽層；所述可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)設(shè)置在人體頸部，可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)由腦磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列、外磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列構(gòu)成；所述腦磁場(chǎng)傳感器陣列通過頭部腦磁場(chǎng)分析模塊和所述外磁場(chǎng)傳感器陣列通過頭部外磁場(chǎng)分析模塊分別連接腦磁圖合成模塊；所述腦磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列通過頸部腦磁場(chǎng)分析模塊和所述外磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列通過頸部外磁場(chǎng)分析模塊分別連接腦磁圖合成模塊。

磁場(chǎng)傳感器為堿金屬原子磁場(chǎng)傳感器。

一種應(yīng)用腦磁圖檢測(cè)中背景噪聲削弱系統(tǒng)的噪聲削弱方法，首先，腦磁場(chǎng)傳感器陣列檢測(cè)到腦磁場(chǎng)信息傳給頭部腦磁場(chǎng)分析模塊進(jìn)行分析，外磁場(chǎng)傳感器陣列將頭部外磁場(chǎng)信息傳給頭部外磁場(chǎng)分析模塊進(jìn)行噪聲特性分析；同時(shí)，可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)的腦磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列將人體頸部區(qū)域腦磁場(chǎng)信息傳給頸部腦磁場(chǎng)分析模塊進(jìn)行分析，可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)的外磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列將人體頸部區(qū)域外磁場(chǎng)信息傳給頸部外磁場(chǎng)分析模塊進(jìn)行外部噪聲分析；然后，頭部腦磁場(chǎng)分析模塊、頸部腦磁場(chǎng)分析模塊、頭部外磁場(chǎng)分析模塊、頸部外磁場(chǎng)分析模塊將磁場(chǎng)信息傳輸給腦磁圖合成模塊，腦磁圖合成模塊將腦磁場(chǎng)信息進(jìn)行融合，對(duì)外部磁場(chǎng)信息進(jìn)行噪聲分析，得到參考噪聲本底信號(hào)，融合腦磁場(chǎng)信息減去參考噪聲本底信號(hào)，實(shí)現(xiàn)腦磁圖檢測(cè)中的背景噪聲消弱，得到高信噪比腦磁圖。

所述頭部外磁場(chǎng)分析模塊是基于外界磁場(chǎng)頻率特性，以及外界磁場(chǎng)和腦磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)度，對(duì)外界磁場(chǎng)進(jìn)行特征分析和強(qiáng)度分布計(jì)算評(píng)估，得到對(duì)腦磁場(chǎng)存在干擾的外界磁場(chǎng)分布。

所述頸部外磁場(chǎng)分析模塊是基于外界磁場(chǎng)頻率特性，以及外界磁場(chǎng)和腦磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)度，對(duì)外界磁場(chǎng)進(jìn)行特征分析和強(qiáng)度分布計(jì)算評(píng)估，得到對(duì)腦磁場(chǎng)存在干擾的頸部區(qū)域外界磁場(chǎng)分布。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1）在先技術(shù)中構(gòu)建磁屏蔽室或采用增加傳感器的方式，在設(shè)立的電磁場(chǎng)屏蔽層的兩側(cè)設(shè)置有主傳感器和參考傳感器，主傳感器在靠近被檢測(cè)方一側(cè)，參考傳感器設(shè)置在環(huán)境噪聲一側(cè)，通過參考傳感器得到矯正信號(hào)，主傳感器信號(hào)減去矯正信號(hào)得到無噪聲信號(hào)，具有實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜、對(duì)外界條件要求高、成本高、需要空間大、限制腦磁圖儀使用靈活性等不足。本發(fā)明基于腦磁場(chǎng)和磁傳感器特性，采用小空間磁屏蔽技術(shù)，并且將頭部磁檢測(cè)和頸部磁檢測(cè)相結(jié)合，分別在頭部和頸部采集腦磁場(chǎng)和外部磁場(chǎng)信息，分析得到經(jīng)過頭戴磁屏蔽后的參考噪聲本底信號(hào)，融合腦磁場(chǎng)信息減去參考噪聲本底信號(hào)，實(shí)現(xiàn)腦磁圖檢測(cè)中的背景噪聲消弱，得到高信噪比腦磁圖，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、方法簡(jiǎn)單、流程簡(jiǎn)潔、便于實(shí)現(xiàn)、靈敏度高、實(shí)現(xiàn)成本低等特點(diǎn)；

2）在先技術(shù)本質(zhì)上受限于外界條件以及采用的磁傳感器的原理，實(shí)時(shí)性差、信息分析流程繁瑣、影響檢測(cè)性能、適用范圍有限。本發(fā)明采用腦部局部磁屏蔽，并且進(jìn)行頸部腦磁場(chǎng)和外部磁場(chǎng)檢測(cè)，信息數(shù)據(jù)充分，利用頭部和頸部外磁場(chǎng)傳感器陣列采集干擾磁場(chǎng)信息，并進(jìn)行分析處理，采集到的腦磁場(chǎng)信息中扣除干擾磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)高信噪比，具有時(shí)性好、高可靠性、高穩(wěn)定性、需要空間小、靈活性強(qiáng)、不影響檢測(cè)性能、功能易于擴(kuò)充、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的腦磁圖檢測(cè)中背景噪聲削弱系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種腦磁圖檢測(cè)中背景噪聲削弱系統(tǒng)，包括頭戴柔性襯底1、磁傳感器陣列層2、磁屏蔽層3、可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)4、頭部腦磁場(chǎng)分析模塊5、頭部外磁場(chǎng)分析模塊6、頸部腦磁場(chǎng)分析模塊7、頸部外磁場(chǎng)分析模塊8、腦磁圖合成模塊9。

頭戴柔性襯底1外側(cè)設(shè)置有磁傳感器陣列層2，磁傳感器陣列層2由腦磁場(chǎng)傳感器陣列201和外磁場(chǎng)傳感器陣列202構(gòu)成，腦磁場(chǎng)傳感器陣列201和外磁場(chǎng)傳感器陣列202分布在大腦左右兩個(gè)半球，磁傳感器陣列層1外部設(shè)置有磁屏蔽層3；可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)4設(shè)置在人體頸部，可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)4由腦磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列401、外磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列402構(gòu)成；腦磁場(chǎng)傳感器陣列201通過頭部腦磁場(chǎng)分析模塊5和外磁場(chǎng)傳感器陣列202通過頭部外磁場(chǎng)分析模塊6分別連接腦磁圖合成模塊9；腦磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列401通過頸部腦磁場(chǎng)分析模塊7和外磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列402通過頸部外磁場(chǎng)分析模塊8分別連接腦磁圖合成模塊9。

本發(fā)明的腦磁圖檢測(cè)中背景噪聲削弱方法，基于腦磁場(chǎng)和磁傳感器特性，采用小空間磁屏蔽技術(shù)，并且將頭部磁檢測(cè)和頸部磁檢測(cè)相結(jié)合，分別在頭部和頸部采集腦磁場(chǎng)和外部磁場(chǎng)信息，分析得到經(jīng)過頭戴磁屏蔽后的參考噪聲本底信號(hào)，融合腦磁場(chǎng)信息減去參考噪聲本底信號(hào)，實(shí)現(xiàn)腦磁圖檢測(cè)中的背景噪聲消弱，得到高信噪比腦磁圖。本發(fā)明步驟中涉及多種模塊使用，模塊不局限于硬件模塊，軟件分析方法或步驟的封裝功能包也稱之為模塊。

本實(shí)施例的具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

步驟(1)在頭戴柔性襯底1外側(cè)設(shè)置有磁傳感器陣列層2，磁傳感器陣列層2由腦磁場(chǎng)傳感器陣列201和外磁場(chǎng)傳感器陣列202構(gòu)成，腦磁場(chǎng)傳感器陣列201和外磁場(chǎng)傳感器陣列202分布在大腦左右兩個(gè)半球，磁傳感器陣列層1外部設(shè)置有磁屏蔽層3，腦磁場(chǎng)傳感器陣列201和外磁場(chǎng)傳感器陣列202均采用原子磁力傳感器構(gòu)成陣列；

步驟(2)人體頸部設(shè)置有可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)4，可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)4由腦磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列401和外磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列402構(gòu)成，腦磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列401和外磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列402由原子磁力傳感器構(gòu)成陣列；

步驟(3)腦磁場(chǎng)傳感器陣列201檢測(cè)到腦磁場(chǎng)信息傳給頭部腦磁場(chǎng)分析模塊5進(jìn)行分析，外磁場(chǎng)傳感器陣列202將頭部外磁場(chǎng)信息傳給頭部外磁場(chǎng)分析模塊6進(jìn)行噪聲特性分析，頭部外磁場(chǎng)分析模塊6基于外界磁場(chǎng)頻率特性，以及外界磁場(chǎng)和腦磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)度，對(duì)外界磁場(chǎng)進(jìn)行特征分析和強(qiáng)度分布計(jì)算評(píng)估，得到對(duì)腦磁場(chǎng)存在干擾的外界磁場(chǎng)分布；

步驟(4)在步驟3實(shí)施同時(shí)，可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)4的腦磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列401將人體頸部區(qū)域腦磁場(chǎng)信息傳給頸部腦磁場(chǎng)分析模塊7進(jìn)行分析，可穿戴磁場(chǎng)傳感器頸環(huán)4的外磁場(chǎng)傳感器環(huán)形陣列402將人體頸部區(qū)域外磁場(chǎng)信息傳給頸部外磁場(chǎng)分析模塊8進(jìn)行外部噪聲分析，頸部外磁場(chǎng)分析模塊8基于外界磁場(chǎng)頻率特性，以及外界磁場(chǎng)和腦磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)度，對(duì)外界磁場(chǎng)進(jìn)行特征分析和強(qiáng)度分布計(jì)算評(píng)估，得到對(duì)腦磁場(chǎng)存在干擾的頸部區(qū)域外界磁場(chǎng)分布；

步驟(5)頭部腦磁場(chǎng)分析模塊5、頸部腦磁場(chǎng)分析模塊7、頭部外磁場(chǎng)分析模塊6、頸部外磁場(chǎng)分析模塊8將磁場(chǎng)信息傳輸給腦磁圖合成模塊9，腦磁圖合成模塊9將腦磁場(chǎng)信息進(jìn)行融合，對(duì)外部磁場(chǎng)信息進(jìn)行噪聲分析，得到參考噪聲本底信號(hào)，融合腦磁場(chǎng)信息減去參考噪聲本底信號(hào)，實(shí)現(xiàn)腦磁圖檢測(cè)中的背景噪聲消弱，得到高信噪比腦磁圖。

本實(shí)施例對(duì)應(yīng)用在腦磁場(chǎng)檢測(cè)中，采用Rd堿金屬原子磁力傳感器，實(shí)現(xiàn)了0.5mm空間分辨率，靈敏度達(dá)到2fT的腦磁場(chǎng)分布圖，信噪比提高了2倍，達(dá)到了腦磁圖檢測(cè)中的背景噪聲削弱效果，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、方法簡(jiǎn)單、流程簡(jiǎn)潔、便于實(shí)現(xiàn)、靈敏度高、實(shí)現(xiàn)成本低、實(shí)時(shí)性好、高可靠性、高穩(wěn)定性、需要空間小、靈活性強(qiáng)、不影響檢測(cè)性能、功能易于擴(kuò)充、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。

本發(fā)明中磁場(chǎng)傳感器及其使用方法、磁場(chǎng)信息處理、機(jī)械結(jié)構(gòu)、時(shí)序控制特征提取、模塊構(gòu)建、信號(hào)處理算法等均為成熟技術(shù)，本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于基于腦磁場(chǎng)和磁傳感器特性，采用小空間磁屏蔽技術(shù)，并且將頭部磁檢測(cè)和頸部磁檢測(cè)相結(jié)合，分別在頭部和頸部采集腦磁場(chǎng)和外部磁場(chǎng)信息，分析得到經(jīng)過頭戴磁屏蔽后的參考噪聲本底信號(hào)，融合腦磁場(chǎng)信息減去參考噪聲本底信號(hào)，實(shí)現(xiàn)腦磁圖檢測(cè)中的背景噪聲消弱，得到高信噪比腦磁圖，給出一種系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、方法簡(jiǎn)單、流程簡(jiǎn)潔、便于實(shí)現(xiàn)、靈敏度高、實(shí)現(xiàn)成本低、實(shí)時(shí)性好、高可靠性、高穩(wěn)定性、需要空間小、靈活性強(qiáng)、不影響檢測(cè)性能、功能易于擴(kuò)充、應(yīng)用范圍廣的一種腦磁圖檢測(cè)中背景噪聲削弱方法，本質(zhì)上避免在先技術(shù)的不足。