本發(fā)明涉及一種生物腦電測(cè)量方法。特別是涉及一種將腦電、磁聲耦合技術(shù)、聲源定位技術(shù)結(jié)合在一起的結(jié)合磁聲耦合和聲源定位技術(shù)的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

大腦神經(jīng)功能是當(dāng)今科學(xué)研究最前沿的內(nèi)容。其中腦電信號(hào)的精確定位技術(shù)，更是腦科學(xué)研究的難點(diǎn)。目前，科研領(lǐng)域用于腦電無(wú)創(chuàng)測(cè)量的技術(shù)主要為頭皮腦電圖(EEG)，因顱骨的低導(dǎo)電性等原因，導(dǎo)致EEG空間分辨率較低，無(wú)法精確定位發(fā)生相應(yīng)電信號(hào)的位置。其他腦電測(cè)量技術(shù)，如皮層腦電圖(ECoG)和細(xì)胞外腦電測(cè)量技術(shù)(LFP)，都需要打開(kāi)顱骨進(jìn)行測(cè)量，對(duì)被試者傷害較大，是不適用于對(duì)人體進(jìn)行的科學(xué)研究。

大腦一定區(qū)域內(nèi)的多個(gè)神經(jīng)細(xì)胞同時(shí)興奮會(huì)產(chǎn)生可測(cè)電流，在外加磁場(chǎng)下受到洛倫茲力而產(chǎn)生震動(dòng)，形成聲源。在顱外使用聲傳感器陣列采集信號(hào)，可以對(duì)聲源位置，即腦電信號(hào)的位置進(jìn)行定位。該原理將腦電、磁聲耦合技術(shù)、聲源定位技術(shù)結(jié)合在一起，并應(yīng)用于無(wú)創(chuàng)腦電信號(hào)的精確定位領(lǐng)域是本發(fā)明的核心部分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種可以通過(guò)多傳感器實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的實(shí)時(shí)性精確定位的結(jié)合磁聲耦合和聲源定位技術(shù)的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種結(jié)合磁聲耦合和聲源定位技術(shù)的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法，是一種結(jié)合高強(qiáng)度靜磁場(chǎng)和低頻聲傳感陣列所進(jìn)行的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法，是將待測(cè)試者頭部位于靜磁場(chǎng)中，被測(cè)試者頭部的腦電信號(hào)在靜磁場(chǎng)中受到洛倫茲力，并在相應(yīng)位置產(chǎn)生與腦電信號(hào)幅度頻率相同的震動(dòng)信號(hào)；將低頻聲傳感器陣列固定于被測(cè)試者頭部從而測(cè)得震動(dòng)信號(hào)。包括如下步驟：

1)使用隔音棉將實(shí)驗(yàn)室門(mén)窗封閉，并制作用于容納被測(cè)試者頭部的隔音箱，用以屏蔽實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部?jī)x器的噪音；

2)用傳感器測(cè)定隔音箱內(nèi)部環(huán)境的噪音，存入計(jì)算機(jī)；

3)判斷隔音箱內(nèi)部環(huán)境噪音是否低于設(shè)定的實(shí)驗(yàn)噪音閾值，是則進(jìn)入下一步驟，否則檢查實(shí)驗(yàn)室隔音狀態(tài)，消除噪音隱患后返回步驟2)

4)使被測(cè)試者平躺在位于上下兩塊電磁鐵之間的防震臺(tái)上，將被測(cè)試者頭部涂以導(dǎo)聲膏后置于隔音箱內(nèi)，并將低頻聲傳感器陣列固定于被測(cè)試者頭部；

5)給電磁鐵通電；

6)使用低頻聲傳感器陣列采集腦電的磁聲信號(hào)，通過(guò)磁聲信號(hào)獲取相應(yīng)位置腦電信號(hào)的幅值和頻率的信息，并存入計(jì)算機(jī)；

7)采用延遲相加算法，計(jì)算腦電信號(hào)的位置信息，得到聲音分布影像；

8)使用MRI或CT獲取被測(cè)試者大腦結(jié)構(gòu)影像，并與聲音分布影像疊加，獲取最終的聲音影像。

步驟4)所述的防震臺(tái)和隔音箱，是根據(jù)待測(cè)信號(hào)頻率要求制定的低頻隔音裝置。

本發(fā)明的結(jié)合磁聲耦合和聲源定位技術(shù)的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法，將腦電、磁聲耦合技術(shù)、聲源定位技術(shù)結(jié)合在一起，并應(yīng)用于無(wú)創(chuàng)腦電信號(hào)的精確定位。由于通過(guò)磁聲耦合產(chǎn)生的聲信號(hào)測(cè)量腦電信號(hào)，可以通過(guò)多傳感器實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的實(shí)時(shí)性精確定位，本發(fā)明為腦科學(xué)相關(guān)的科研領(lǐng)域提供一種新的測(cè)量方法。

附圖說(shuō)明

圖1是用于本發(fā)明結(jié)合磁聲耦合和聲源定位技術(shù)的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法的裝置；

圖2是本發(fā)明中獲取腦電信號(hào)位置信息的流程示意圖。

圖中

1：磁場(chǎng)發(fā)生與檢測(cè)模塊 2：低頻聲傳感器陣列模塊

3：隔音防震模塊 11：電磁鐵

12：電源 13：特斯拉計(jì)

21：低頻聲傳感器陣列 22：放大濾波模塊

23：數(shù)據(jù)采集卡 24：個(gè)人電腦PC

31：隔音箱 32：防震臺(tái)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)合磁聲耦合和聲源定位技術(shù)的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法做出詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的結(jié)合磁聲耦合和聲源定位技術(shù)的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法，是一種結(jié)合高強(qiáng)度靜磁場(chǎng)和低頻聲傳感陣列所進(jìn)行的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法，是將被測(cè)試者頭部位于如圖1所示的靜磁場(chǎng)中，被測(cè)試者頭部的腦電信號(hào)在靜磁場(chǎng)中受到洛倫茲力，并在相應(yīng)位置產(chǎn)生與腦電信號(hào)幅度頻率相同的震動(dòng)信號(hào)；將低頻聲傳感器陣列固定于被測(cè)試者的頭部，從而測(cè)得震動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明，由于通過(guò)磁聲耦合產(chǎn)生的聲信號(hào)測(cè)量腦電信號(hào)，可以通過(guò)多傳感器實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的實(shí)時(shí)性精確定位。

本發(fā)明的結(jié)合磁聲耦合和聲源定位技術(shù)的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法所用的裝置如圖1所示，包括有：設(shè)置在被測(cè)試者頭部上端的用于產(chǎn)生磁場(chǎng)并施加于被測(cè)試者頭部上同時(shí)監(jiān)測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)發(fā)生與檢測(cè)模塊1，固定于被測(cè)試者頭部用于精確定位震動(dòng)位置的低頻聲檢測(cè)陣列模塊2，用于屏蔽噪聲的隔音防震模塊3。

所述的磁場(chǎng)發(fā)生與檢測(cè)模塊1產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感線方向(如圖1中z軸方向)與所述的低頻聲檢測(cè)陣列模塊2的方向垂直。磁感線方向腦電信號(hào)的方向的矢量積方向?yàn)槁曊饎?dòng)方向。需要根據(jù)腦電電流矢量的方向確定被測(cè)試者頭部擺放方向。

所述的磁場(chǎng)發(fā)生與檢測(cè)模塊1包括有：電源12，用于輸出電流，所述電源12可以采用但不限于北京國(guó)電亞光HY-17電源或者長(zhǎng)春英普XD-30K電源；電磁鐵11，設(shè)置于被測(cè)試者頭部上方，鏈接電源12用于根據(jù)不同的供電電流，產(chǎn)生不同磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)作用于被測(cè)試者頭部上，所述電磁鐵11可采用但不限于長(zhǎng)春英普SBV-300或SBV-380；特斯拉計(jì)13，設(shè)置在電磁鐵11的一側(cè)，用于實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，所述特斯拉計(jì)13可采用但不限于美國(guó)Lakeshore 475，或青島中宇環(huán)泰931實(shí)現(xiàn)。

所述的低頻聲檢測(cè)陣列模塊2包括依次串聯(lián)有：低頻聲傳感器陣列21，用于獲取震動(dòng)信號(hào)，所述的低頻聲傳感器陣列21可以采用但不限于16只Bruel&公司生產(chǎn)的4955構(gòu)成4*4的方形陣列均勻排布于頭皮上傳感器間隔2cm。放大模塊22，用于放大信號(hào)，可以采用但不限于Bruel&公司生產(chǎn)的前置放大模塊2690和美國(guó)AR公司生產(chǎn)的功率放大器500A250C最大放大倍數(shù)可以達(dá)到80dB。采集卡23，用于數(shù)據(jù)采集模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以采用但不限于美國(guó)NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PXI5122，5922，計(jì)算機(jī)24。

所述的隔音防震模塊3包括有，31隔音箱，32防震臺(tái)，隔音箱固定于防震臺(tái)上，被測(cè)試者頭部位于隔音箱內(nèi)。其中所述的隔音箱采用但不限于長(zhǎng)300mm，寬300mm，厚5mm的有機(jī)玻璃加工而成，內(nèi)部貼上厚度2mm隔音氈，外部貼上厚度30mm的隔音棉。32防震臺(tái)，可以采用但不限于武漢中航世紀(jì)公司生產(chǎn)的定制防震臺(tái)，大小為長(zhǎng)500mm，寬500mm，厚200mm，高度500mm。

被測(cè)試者頭部腦電信號(hào)在靜磁場(chǎng)中受到洛倫茲力，并在相應(yīng)位置產(chǎn)生于腦電信號(hào)幅度頻率相同的震動(dòng)信號(hào)；將低頻聲傳感器陣列固定于待測(cè)樣本頭部即可測(cè)量此信號(hào)。本發(fā)明，由于通過(guò)磁聲耦合產(chǎn)生的聲信號(hào)測(cè)量腦電信號(hào)，可以通過(guò)多傳感器實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的實(shí)時(shí)性精確定位。

本發(fā)明的結(jié)合磁聲耦合和聲源定位技術(shù)的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法，具體包括如下步驟：

1)為了屏蔽實(shí)驗(yàn)室外界噪聲，使用隔音棉將實(shí)驗(yàn)室門(mén)窗封閉，并制作30*30*30cm的用于容納被測(cè)試者頭部的隔音箱，用以屏蔽實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部?jī)x器的噪音；

2)用傳感器測(cè)定隔音箱內(nèi)部環(huán)境的噪音，存入計(jì)算機(jī)；

3)判斷隔音箱內(nèi)部環(huán)境噪音是否低于設(shè)定的實(shí)驗(yàn)噪音閾值，是則進(jìn)入下一步驟，否則檢查實(shí)驗(yàn)室隔音狀態(tài)，消除噪音隱患后返回步驟2)

4)使被測(cè)試者平躺在位于上下兩塊電磁鐵之間的防震臺(tái)上，將被測(cè)試者頭部涂以導(dǎo)聲膏后置于隔音箱內(nèi)，并將低頻聲傳感器陣列固定于被測(cè)試者頭部，所述的防震臺(tái)和隔音箱，是根據(jù)待測(cè)信號(hào)頻率要求制定的低頻隔音裝置；

5)給電磁鐵通電；

6)使用低頻聲傳感器陣列采集腦電的磁聲信號(hào)，通過(guò)磁聲信號(hào)獲取相應(yīng)位置腦電信號(hào)的幅值和頻率的信息，并存入計(jì)算機(jī)；

7)根據(jù)圖2所示，采用延遲相加算法，計(jì)算腦電信號(hào)的位置信息，得到聲音分布影像；

8)使用MRI或CT獲取被測(cè)試者大腦結(jié)構(gòu)影像，并與聲音分布影像疊加，獲取最終的聲音影像。

本發(fā)明的結(jié)合磁聲耦合和聲源定位技術(shù)的無(wú)創(chuàng)生物腦電測(cè)量方法，在外加磁場(chǎng)的情況下，產(chǎn)生腦電信號(hào)的位置會(huì)受到洛倫茲力并產(chǎn)生震動(dòng)。在顱外加聲傳感器陣列的情況下，通過(guò)聲源定位技術(shù)可以精確定位相應(yīng)腦電的產(chǎn)生位置。