CN104545875A - 用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统，该方法包括：根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量；根据环境磁场的无源性和无旋性，确定9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用磁强计构建5个独立的一阶梯度分量，对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。本发明实现了空间全张量的一阶梯度补偿，可以更加有效地抑制环境噪声，提高了梯度计的噪声抑制性能。

Description

用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统

技术领域

本发明属于信号检测技术领域，涉及一种梯度补偿方法，特别是涉及一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统。

背景技术

生命活动背后蕴藏着丰富的电磁信息，生物磁，来源于生物磁电活动产生的空间磁场，其强度非常微弱，如成人心磁的典型强度为100pT，脑磁更为微弱，只有百fT量级。作为一种高灵敏的磁传感器，超导量子干涉器件（Superconducting Quantum InterferenceDevice，SQUID）广泛地应用于生物磁信号的测量。相对于微弱的生物磁信号，环境磁场非常强，如地球磁场的典型强度为30-50μT，城市环境噪声的变化也达到了数百nT。为此，除了高灵敏的SQUID磁传感器，还需要高性能的噪声抑制技术。

目前，最常用的噪声抑制方案是梯度计技术，尤其是在非屏蔽环境下，梯度计对磁场的空间梯度产生响应。通常，生物磁为近源，表现出一个大的空间梯度，环境磁场为远源，在检测处的空间上比较均匀，由此，梯度计能很好的检测生物磁信号和抑制环境噪声。根据梯度对磁场的响应阶数，有一阶、二阶、更高阶等。实际应用过程中，理想的梯度计是不存在的，不可避免地对均匀场及低阶的梯度场产生响应。为了提高梯度计的噪声抑制性能，合成噪声抑制方法得到了广泛地使用。

合成噪声抑制方法是基于一个探测生物磁的信号通道和距离信号源比较远的基本检测背景环境噪声的多个参考通道，利用参考通道的线性组合去补偿信号通道中包含的噪声，以构筑更高噪声抑制性能梯度计的方法。对于一定的信号通道，参考通道的选择和补偿决定了最终的合成噪声抑制性能。目前，最常使用的参考通道是单z轴磁强计和xyz三轴磁强计。此方法结构简单，实现起来很方便，但是噪声抑制性能有限。究其原因，主要是由于环境磁场包含除了包含xyz三个分量的均匀场，还包括一阶梯度、二阶梯度等。以一阶梯度为例，环境磁场的一阶梯度为一个由9个分量组成的张量，根据磁场的无源性和无旋性，也包含有5个独立分量，这些都会带来一定的噪声噪声干扰。基于这些一阶梯度噪声干扰，目前也有使用多磁强计构筑某一个或者两个一阶梯度参考。虽然能取得一定的噪声抑制效果，但从理论上来看，仍然补偿能力有限。为此，探寻高性能的梯度补偿显得尤为必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统，用于解决现有技术中利用多磁强计构筑某一个或者两个一阶梯度参考的补偿能力有限的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统。

一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，包括：根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量；根据环境磁场的无源性和无旋性，确定所述9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用在三维直角坐标系xyz中设置磁强计构建所述5个独立的一阶梯度分量；利用所述5个独立的一阶梯度分量对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对所述环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。

优选地，设B_x为x方向磁场，B_y为y方向磁场，B_z为z方向磁场；则B_x在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和B_y在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为 和B_z在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和

优选地，所述5个独立的一阶梯度分量的确定过程包括：根据环境磁场的无源性和无旋性，9个一阶梯度分量的关系表示为：

$\frac{\∂B_x}{\∂y}=\frac{\∂B_y}{\∂x}$

$\frac{\∂B_x}{\∂z}=\frac{\∂B_z}{\∂x}$

$\frac{\∂B_y}{\∂z}=\frac{\∂B_z}{\∂y}$

$\frac{\∂B_x}{\∂x}+\frac{\∂B_y}{\∂y}+\frac{\∂B_z}{\∂z}=0$

其中，只有5个独立分量；所述5个独立分量为及或 及或及依此类推剩余不同类型的独立分量组合。

优选地，若选定的5个独立分量为及则构建所述5个独立的一阶梯度分量的具体过程包括：放置第1个磁强计，测量x方向磁场B_x；以B_x磁场位置为基准，分别沿着x和y方向移动距离d放置第2个和第3个磁强计，测量x方向的磁场B_x ^'和B_x ^''，获得B_x磁场分别在x和y方向的两个一阶梯度分量和放置第4个磁强计，测量z方向磁场B_z；以B_z磁场位置为基准，分别沿x、y和z方向移动距离d放置第5个至第7个磁强计，测量z方向的磁场B_z ^'、B_z ^''和B_z ^'''，获得B_z磁场分别在x、y和z方向的三个一阶梯度分量和 $\frac{\∂B_z}{\∂z}\≅(B_z-{B_z}^{\′\′\′})/d.$

优选地，设所述环境磁场的通道信号为B_s，对B_s进行全张量一阶梯度补偿获得补偿后的通道信号 $B_{\mathrm{sc}}=B_s-k_{\mathrm{xx}}\·\frac{\∂B_x}{\∂x}-k_{\mathrm{xy}}\·\frac{\∂B_x}{\∂y}-k_{\mathrm{zx}}\·\frac{\∂B_z}{\∂x}-k_{\mathrm{zy}}\·\frac{\∂B_z}{\∂y}-k_{\mathrm{zz}}\·\frac{\∂B_z}{\∂z},$ 其中，k_xx，k_xy，k_zx，k_zy和k_zz分别为所述选定的5个独立分量为及对应的补偿系数。

一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿系统，包括：全张量一阶梯度分量确定模块，根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量；全张量一阶梯度分量构建模块，与所述全张量一阶梯度分量确定模块相连，根据环境磁场的无源性和无旋性，确定所述9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用在三维直角坐标系xyz中设置磁强计构建所述5个独立的一阶梯度分量；全张量一阶梯度分量补偿模块，与所述全张量一阶梯度分量构建模块相连，利用所述5个独立的一阶梯度分量对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对所述环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。

优选地，所述全张量一阶梯度分量构建模块包括：第一磁强计，设置于环境磁场中，测量5个独立的一阶梯度分量中第一个方向的磁场；第二磁强计，设置于所述第一磁强计沿着第一个方向移动距离d的位置处，获得所述第一个方向的磁场在第一个方向的一阶梯度分量；第三磁强计，设置于所述第一磁强计沿着第二个方向移动距离d的位置处，获得所述第一个方向的磁场在第二个方向的一阶梯度分量；第四磁强计，设置于环境磁场中，测量5个独立的一阶梯度分量中第三个方向的磁场；第五磁强计，设置于所述第四磁强计沿着第一个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场在第一个方向的一阶梯度分量；第六磁强计，设置于所述第四磁强计沿着第二个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场在第二个方向的一阶梯度分量；第七磁强计，设置于所述第四磁强计沿着第三个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场在第三个方向的一阶梯度分量。

优选地，所述全张量一阶梯度分量补偿模块包括：补偿函数构建单元，与所述全张量一阶梯度分量构建模块相连，利用所述5个独立的一阶梯度分量构建对一环境磁场的信号通道B_s的补偿函数 $B_{\mathrm{sc}}=B_s-k_{\mathrm{xx}}\·\frac{\∂B_x}{\∂x}-k_{\mathrm{xy}}\·\frac{\∂B_x}{\∂y}-k_{\mathrm{zx}}\·\frac{\∂B_z}{\∂x}-k_{\mathrm{zy}}\·\frac{\∂B_z}{\∂y}-k_{\mathrm{zz}}\·\frac{\∂B_z}{\∂z};$ 其中，k_xx，k_xy，k_zx，k_zy和k_zz分别为所述选定的5个独立分量为及对应的补偿系数；补偿系数求解单元，与所述补偿函数构建单元相连，对所述补偿函数B_sc进行最小均方误差求解获得补偿系数k_xx，k_xy，k_zx，k_zy和k_zz；补偿单元，与所述补偿系数求解单元相连，将求解到的补偿系数k_xx，k_xy，k_zx，k_zy和k_zz带入所述补偿函数中，得到一阶梯度补偿后的信号通道。

如上所述，本发明所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统，具有以下有益效果：

本发明采用磁强计组合构筑一阶梯度计，可测量全部5个独立一阶梯度分量，采用固定系数的方法补偿信号通道的噪声，以构筑高噪声抑制性能的梯度计，其考虑了空间全张量的一阶梯度补偿，可以更加有效地抑制环境噪声，提高了梯度计的噪声抑制性能。

附图说明

图1为本发明所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法的流程示意图。

图2为本发明所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿系统的结构示意图。

图3为本发明所述的全张量一阶梯度分量构建模块的结构示意图。

图4为本发明所述的全张量一阶梯度分量补偿模块的结构示意图。

元件标号说明

200                    全张量空间梯度补偿系统

210                    全张量一阶梯度分量确定模块

220                    全张量一阶梯度分量构建模块

221                    第一磁强计

222                    第二磁强计

223                    第三磁强计

224                    第四磁强计

225                    第五磁强计

226                    第六磁强计

227                    第七磁强计

230                    全张量一阶梯度分量补偿模块

231                    补偿函数构建单元

232                    补偿系数求解单元

233                    补偿单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

实施例

本实施例提供一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，如图1所示，所述用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法包括：

1）确定全张量一阶梯度分量：根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量。设B_x为x方向磁场，B_y为y方向磁场，B_z为z方向磁场；则B_x在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和B_y在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和B_z在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和

2）构建全张量一阶梯度分量：根据环境磁场的无源性和无旋性，确定所述9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用在三维直角坐标系xyz中设置磁强计构建所述5个独立的一阶梯度分量。根据环境磁场的无源性和无旋性，9个一阶梯度分量的关系表示为：

$\frac{\∂B_x}{\∂y}=\frac{\∂B_y}{\∂x}$

$\frac{\∂B_x}{\∂z}=\frac{\∂B_z}{\∂x}$

$\frac{\∂B_y}{\∂z}=\frac{\∂B_z}{\∂y}$

$\frac{\∂B_x}{\∂x}+\frac{\∂B_y}{\∂y}+\frac{\∂B_z}{\∂z}=0$

其中，9个全张量一阶梯度分量中无论如何选择，都只有5个独立分量，但可以有6种选择，即所述5个独立分量可以为及或及或及或及或 及或及

若选定的5个独立分量为及则构建所述5个独立的一阶梯度分量的具体过程包括：放置第1个磁强计，测量x方向磁场B_x；以B_x磁场位置为基准，分别沿着x和y方向移动距离d放置第2个和第3个磁强计，测量x方向的磁场B_x ^'和B_x ^''，获得B_x磁场分别在x和y方向的两个一阶梯度分量和放置第4个磁强计，测量z方向磁场B_z；以B_z磁场位置为基准，分别沿x、y和z方向移动距离d放置第5个至第7个磁强计，测量z方向的磁场B_z ^'、B_z ^''和B_z ^'''，获得B_z磁场分别在x、y和z方向的三个一阶梯度分量 $\frac{\∂B_z}{\∂x}\≅(B_z-{B_z}^{\′})/d,\frac{\∂B_z}{\∂y}\≅(B_z-{B_z}^{\′\′})/d,$ 和 $\frac{\∂B_z}{\∂z}\≅(B_z-{B_z}^{\′\′\′})/d.$

3）补偿全张量一阶梯度分量：利用所述5个独立的一阶梯度分量对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对所述环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。设所述环境磁场的通道信号为B_s，对B_s进行全张量一阶梯度补偿获得补偿后的通道信号 $B_{\mathrm{sc}}=B_s-k_{\mathrm{xx}}\·\frac{\∂B_x}{\∂x}-k_{\mathrm{xy}}\·\frac{\∂B_x}{\∂y}-k_{\mathrm{zx}}\·\frac{\∂B_z}{\∂x}-k_{\mathrm{zy}}\·\frac{\∂B_z}{\∂y}-k_{\mathrm{zz}}\·\frac{\∂B_z}{\∂z},$ 其中，k_xx，k_xy，k_zx，k_zy和k_zz分别为所述选定的5个独立分量为及对应的补偿系数。进一步将B_sc展开，可得

$\begin{array}{c}{B}_{\mathrm{sc}}=B_s-k_{\mathrm{xx}}\·(B_x-{B_x}^{\′})/d-k_{\mathrm{xy}}\·(B_x-{B_x}^{\′\′})/d\\ -k_{\mathrm{zx}}\·(B_z-{B_z}^{\′})/d-k_{\mathrm{zy}}\·(B_z-{B_z}^{\′\′})/d-k_{\mathrm{zz}}\·(B_z-{B_z}^{\′\′\′})/d\\ =B_s-(k_{\mathrm{xx}}+k_{\mathrm{xy}})/d\·B_x+k_{\mathrm{xx}}/d\·{B_x}^{\′}+k_{\mathrm{xy}}/d\·{B_x}^{\′\′}\\ -(k_{\mathrm{zx}}+k_{\mathrm{zy}}+k_{\mathrm{zz}})/d\·B_z+k_{\mathrm{zx}}/d\·{B_z}^{\′}+k_{\mathrm{zy}}/d\·{B_z}^{\′\′}+k_{\mathrm{zz}}/d\·{B_z}^{\′\′\′}\\ =B_s-k_{x1}\·B_x-k_{x2}\·{B_x}^{\′}-k_{x3}\·{B_x}^{\′\′}-k_{z1}\·B_z-k_{z2}\·{B_z}^{\′}-k_{z3}\·{B_z}^{\′\′}{k}_{z4}\·{B_z}^{\′\′\′}\end{array}$

其中，k_x1，k_x2，k_x3，k_z1，k_z2，k_z3和k_z4分别为综合考虑5个一阶梯度补偿对应于B_x，B_x ^'，B_x ^''，B_z，B_z ^'，B_z ^''和B_z ^'''的补偿系数。两者对等，只是在表现形式上不一样。通过最小均方误差求解，即可获取补偿系数，实现全张量一阶梯度的补偿。

本发明基于环境磁场的无源性和无旋性，确定空间一阶梯度中9个分量的5个独立分量，利用SQUID磁强计组合构筑5个独立一阶梯度分量，基于5个独立分量进行梯度补偿，利用最小均方误差获取补偿系数，实现高性能的梯度补偿和噪声抑制。本发明所述的方法可进一步扩展，进行9个全张量一阶梯度分量的测量，同时检测环境磁场的无源性和无旋性特征。

本实施例还提供一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿系统，该系统可以实现本发明所述的补偿方法，但该补偿方法的实现装置包括但不限于本发明所述的补偿装置，如扩展为直接进行9个全张量一阶梯度分量的测量，同时可验证环境磁场的无源性和无旋性。

如图2所示，所述用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿系统200包括：全张量一阶梯度分量确定模块210，全张量一阶梯度分量构建模块220，全张量一阶梯度分量补偿模块230。

所述全张量一阶梯度分量确定模块210根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量。设B_x为x方向磁场，B_y为y方向磁场，B_z为z方向磁场；则B_x在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和B_y在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和B_z在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和

所述全张量一阶梯度分量构建模块220与所述全张量一阶梯度分量确定模块210相连，根据环境磁场的无源性和无旋性，确定所述9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用在三维直角坐标系xyz中设置磁强计构建所述5个独立的一阶梯度分量。本实施例中，5个独立的一阶梯度分量选定为及

进一步，如图3所示，所述全张量一阶梯度分量构建模块220包括：第一磁强计221，第二磁强计222，第三磁强计223，第四磁强计224，第五磁强计225，第六磁强计226，第七磁强计227。所述第一磁强计221设置于环境磁场中，测量5个独立的一阶梯度分量中第一个方向的磁场B_x；第二磁强计222设置于所述第一磁强计221沿着第一个方向（即x方向）移动距离d的位置处，获得所述第一个方向的磁场B_x在第一个方向的一阶梯度分量第三磁强计223设置于所述第一磁强计221沿着第二个方向（即y方向）移动距离d的位置处，获得所述第一个方向的磁场B_x在第二个方向的一阶梯度分量所述第四磁强计224设置于环境磁场中，测量5个独立的一阶梯度分量中第三个方向的磁场B_z；第五磁强计225设置于所述第四磁强计224沿着第一个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场B_z在第一个方向的一阶梯度分量第六磁强计226设置于所述第四磁强计224沿着第二个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场B_z在第二个方向的一阶梯度分量第七磁强计227设置于所述第四磁强计224沿着第三个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场B_z在第三个方向（即z方向）的一阶梯度分量因为所述5个独立分量可以有6种选择，分别为及或及或及或及或 及或及所以，图3中所述的第一方向可以为x方向、y方向、或z方向；第二方向对应地可以为y方向、z方向、或x方向；第三方向对应地可以为z方向、x方向、或y方向。

所述全张量一阶梯度分量补偿模块230与所述全张量一阶梯度分量构建模块220相连，利用所述5个独立的一阶梯度分量对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对所述环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。

进一步，如图4所示，所述全张量一阶梯度分量补偿模块230包括：补偿函数构建单元231，补偿系数求解单元232，补偿单元233。所述补偿函数构建单元231与所述全张量一阶梯度分量构建模块220相连，利用所述5个独立的一阶梯度分量构建对一环境磁场的信号通道B_s的补偿函数 $B_{\mathrm{sc}}=B_s-k_{\mathrm{xx}}\·\frac{\∂B_x}{\∂x}-k_{\mathrm{xy}}\·\frac{\∂B_x}{\∂y}-k_{\mathrm{zx}}\·\frac{\∂B_z}{\∂x}-k_{\mathrm{zy}}\·\frac{\∂B_z}{\∂y}-k_{\mathrm{zz}}\·\frac{\∂B_z}{\∂z};$ 其中，k_xx，k_xy，k_zx，k_zy和k_zz分别为所述选定的5个独立分量为及对应的补偿系数。进一步将B_sc展开，可得

$\begin{array}{c}{B}_{\mathrm{sc}}=B_s-k_{\mathrm{xx}}\·(B_x-{B_x}^{\′})/d-k_{\mathrm{xy}}\·(B_x-{B_x}^{\′\′})/d\\ -k_{\mathrm{zx}}\·(B_z-{B_z}^{\′})/d-k_{\mathrm{zy}}\·(B_z-{B_z}^{\′\′})/d-k_{\mathrm{zz}}\·(B_z-{B_z}^{\′\′\′})/d\\ =B_s-(k_{\mathrm{xx}}+k_{\mathrm{xy}})/d\·B_x+k_{\mathrm{xx}}/d\·{B_x}^{\′}+k_{\mathrm{xy}}/d\·{B_x}^{\′\′}\\ -(k_{\mathrm{zx}}+k_{\mathrm{zy}}+k_{\mathrm{zz}})/d\·B_z+k_{\mathrm{zx}}/d\·{B_z}^{\′}+k_{\mathrm{zy}}/d\·{B_z}^{\′\′}+k_{\mathrm{zz}}/d\·{B_z}^{\′\′\′}\\ =B_s-k_{x1}\·B_x-k_{x2}\·{B_x}^{\′}-k_{x3}\·{B_x}^{\′\′}-k_{z1}\·B_z-k_{z2}\·{B_z}^{\′}-k_{z3}\·{B_z}^{\′\′}{k}_{z4}\·{B_z}^{\′\′\′}\end{array}$

其中，k_x1，k_x2，k_x3，k_z1，k_z2，k_z3和k_z4分别为综合考虑5个一阶梯度补偿对应于B_x，B_x ^'，B_x ^''，B_z，B_z ^'，B_z ^''和B_z ^'''的补偿系数。

所述补偿系数求解单元232与所述补偿函数构建单元231相连，对所述补偿函数B_sc进行最小均方误差求解获得补偿系数k_x1，k_x2，k_x3，k_z1，k_z2，k_z3和k_z4。所述补偿单元233与所述补偿系数求解单元232相连，将求解到的补偿系数k_x1，k_x2，k_x3，k_z1，k_z2，k_z3和k_z4代入所述补偿函数中，得到一阶梯度补偿后的信号通道。

本发明采用磁强计组合构筑一阶梯度计，可测量全部5个独立一阶梯度分量，采用固定系数的方法补偿信号通道的噪声，以构筑高噪声抑制性能的梯度计，其实现了空间全张量一阶梯度补偿，可以更加有效地抑制环境噪声，提高了梯度计的噪声抑制性能。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于，所述用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法包括：

根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量；

根据环境磁场的无源性和无旋性，确定所述9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用在三维直角坐标系xyz中设置磁强计构建所述5个独立的一阶梯度分量；

利用所述5个独立的一阶梯度分量对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对所述环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。

2.根据权利要求1所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于：设B_x为x方向磁场，B_y为y方向磁场，B_z为z方向磁场；则B_x在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和B_y在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和B_z在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和

3.根据权利要求2所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于，所述5个独立的一阶梯度分量的确定过程包括：

根据环境磁场的无源性和无旋性，9个一阶梯度分量的关系表示为：

$\frac{\∂B_x}{\∂y}=\frac{\∂B_y}{\∂x}$

$\frac{\∂B_x}{\∂z}=\frac{\∂B_z}{\∂x}$

$\frac{\∂B_y}{\∂z}=\frac{\∂B_z}{\∂y}$

$\frac{\∂B_x}{\∂x}+\frac{\∂B_y}{\∂y}+\frac{\∂B_z}{\∂z}=0$

其中，只有5个独立分量；所述5个独立分量为及或 及或及依此类推剩余不同类型的独立分量组合。

4.根据权利要求3所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于，若选定的5个独立分量为及则构建所述5个独立的一阶梯度分量的具体过程包括：

放置第1个磁强计，测量x方向磁场B_x；以B_x磁场位置为基准，分别沿着x和y方向移动距离d放置第2个和第3个磁强计，测量x方向的磁场B_x ^'和B_x ^''，获得B_x磁场分别在x和y方向的两个一阶梯度分量 $\frac{\∂B_x}{\∂x}\≅(B_x-{B_x}^{\′})/d$ 和 $\frac{\∂B_x}{\∂y}\≅(B_x-{B_x}^{\′\′})/d;$

放置第4个磁强计，测量z方向磁场B_z；以B_z磁场位置为基准，分别沿x、y和z方向移动距离d放置第5个至第7个磁强计，测量z方向的磁场B_z ^'、B_z ^''和B_z ^'''，获得B_z磁场分别在x、y和z方向的三个一阶梯度分量和 $\frac{\∂B_z}{\∂z}\≅(B_z-{B_z}^{\′\′\′})/d.$

5.根据权利要求4所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于：设所述环境磁场的通道信号为B_s，对B_s进行全张量一阶梯度补偿获得补偿后的通道信号 $B_{\mathrm{sc}}=B_s-k_{\mathrm{xx}}\·\frac{\∂B_x}{\∂x}-k_{\mathrm{xy}}\·\frac{\∂B_x}{\∂y}-k_{\mathrm{zx}}\·\frac{\∂B_z}{\∂x}-k_{\mathrm{zy}}\·\frac{\∂B_z}{\∂y}-k_{\mathrm{zz}}\·\frac{\∂B_z}{\∂z},$ 其中，k_xx，k_xy，k_zx，k_zy和k_zz分别为所述选定的5个独立分量为及对应的补偿系数。

6.一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿系统，其特征在于，所述用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿系统包括：

全张量一阶梯度分量确定模块，根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量；

全张量一阶梯度分量构建模块，与所述全张量一阶梯度分量确定模块相连，根据环境磁场的无源性和无旋性，确定所述9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用在三维直角坐标系xyz中设置磁强计构建所述5个独立的一阶梯度分量；

全张量一阶梯度分量补偿模块，与所述全张量一阶梯度分量构建模块相连，利用所述5个独立的一阶梯度分量对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对所述环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。

7.根据权利要求6所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿系统，其特征在于，所述全张量一阶梯度分量构建模块包括：

第一磁强计，设置于环境磁场中，测量5个独立的一阶梯度分量中第一个方向的磁场；

第二磁强计，设置于所述第一磁强计沿着第一个方向移动距离d的位置处，获得所述第一个方向的磁场在第一个方向的一阶梯度分量；

第三磁强计，设置于所述第一磁强计沿着第二个方向移动距离d的位置处，获得所述第一个方向的磁场在第二个方向的一阶梯度分量；

第四磁强计，设置于环境磁场中，测量5个独立的一阶梯度分量中第三个方向的磁场；

第五磁强计，设置于所述第四磁强计沿着第一个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场在第一个方向的一阶梯度分量；

第六磁强计，设置于所述第四磁强计沿着第二个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场在第二个方向的一阶梯度分量；

第七磁强计，设置于所述第四磁强计沿着第三个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场在第三个方向的一阶梯度分量。

8.根据权利要求6所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿系统，其特征在于，所述全张量一阶梯度分量补偿模块包括：

补偿函数构建单元，与所述全张量一阶梯度分量构建模块相连，利用所述5个独立的一阶梯度分量构建对一环境磁场的信号通道B_s的补偿函数 $B_{\mathrm{sc}}=B_s-k_{\mathrm{xx}}\·\frac{\∂B_x}{\∂x}-k_{\mathrm{xy}}\·\frac{\∂B_x}{\∂y}-k_{\mathrm{zx}}\·\frac{\∂B_z}{\∂x}-k_{\mathrm{zy}}\·\frac{\∂B_z}{\∂y}-k_{\mathrm{zz}}\·\frac{\∂B_z}{\∂z};$ 其中，k_xx，k_xy，k_zx，k_zy和k_zz分别为所述选定的5个独立分量为及对应的补偿系数；

补偿系数求解单元，与所述补偿函数构建单元相连，对所述补偿函数B_sc进行最小均方误差求解获得补偿系数k_xx，k_xy，k_zx，k_zy和k_zz；

补偿单元，与所述补偿系数求解单元相连，将求解到的补偿系数k_xx，k_xy，k_zx，k_zy和k_zz带入所述补偿函数中，得到一阶梯度补偿后的信号通道。