CN106859599A - 基于全光原子磁力检测的脑磁图系统及获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于全光原子磁力检测的脑磁图系统及获取方法，在柔性头戴沉底平面上设置全光原子磁力传感器阵列；将带有全光原子磁力传感器阵列的柔性头戴沉底沿被检测头部进行弯曲构成头盔形状，在头部已知位置设置至少两个参考磁场源；将参考磁场源信号传递给空间坐标实时分析模块进行处理得到实时空间参考坐标；同时，将脑磁场信息后传到头外部磁场分析模块处理；脑磁图合成模块进行实时位置定位和多次检测信息融合，得到高信噪比脑磁场分布。具有方法简单、结构定位要求低、便于实现、灵敏度高、实时性好、高可靠性、需要空间小、灵活性强等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种脑磁图系统及获取方法，特别是一种基于全光原子磁力检测的脑磁图系统及获取方法，主要脑科学、生命医疗、生物技术、健康检测、疾病诊疗、人机交互、智能控制、行为组织等领域中的脑磁图检测获取。
背景技术
脑磁图(Magnetoencephalography，简称MEG)检测是一种对人体无创性、无放射性的脑功能图像探测技术之一，在脑科学、生命医疗、生物技术、健康检测、疾病诊疗、人机交互、智能控制、行为组织等领域中发挥非常重要的作用。脑磁图不需要直接接触皮肤，所以不会发生由此出现的伪差，可以直接反应脑内磁场源的活动状态，并能确定磁场源的强度与部位，在时间和空间上具有非常好的分辨率，例如在视觉诱发脑磁场，听觉诱发脑磁场与躯体诱发脑磁场具有特异性，能够分辨出组织上与机能上不同的细胞群体；脑磁图可以应用到癫痫诊断和致痫灶的手术前定位、神经外科手术前大脑功能区定位、缺血性脑血管病预测和诊断、精神病和心理障碍疾病的诊断、外伤后大脑功能评估、司法鉴定、测谎、语言、视觉、听觉、体感诱发等研究。
在先技术中，存在脑磁图检测装置，跨国公司Elekta公司是脑磁图检测装置领先者，生产Elekta Neuromag TRIUX型号脑磁图仪；美国Tristan公司生产MagView型号脑磁图仪，在脑磁图仪市场占有相当份额，采用量子超导干涉器件，但是，仍然存在一些本质不足：必需低温制冷系统，通常采用液氮或液氦制冷，系统结构复杂；检测装置检测灵敏度受限于检测原理和系统构建复杂度，针对脑磁图检测的灵活性差；装置体积大，无法实现小型化，构建成本高。另外，在先技术中还存在另一种方法，参见美国专利，申请人为日本住友公司、专利名称为Magnetoencephalography meter for measuring neuromagnitism,授权专利号为US79113803B2，专利授权时间为2017年08月25日，本发明采用光泵浦原子磁力传感器按照一定的方位构成固定头盔式脑磁图仪器，此在先技术具有相当的优点，但是存在一些本质不足，系统结构定位要求高、不便于实现、使用灵活性差、不便于磁场重构、影响检测性能、信息有限、适用范围有限等。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种基于全光原子磁力检测的脑磁图系统及获取方法，该系统具有简洁、方法简单、流程简洁、结构定位要求低、便于实现、灵敏度高、实现成本低、实时性好、高可靠性、高稳定性、需要空间小、灵活性强、便于磁场重构、信息量大、不影响检测性能、功能易于扩充、应用范围广等特点。
本发明的技术方案是： 一种基于全光原子磁力检测的脑磁图系统，包括柔性头戴沉底、全光原子磁力传感器阵列，所述柔性头戴沉底平面上设置全光原子磁力传感器阵列，带有全光原子磁力传感器阵列的柔性头戴沉底沿被检测头部进行弯曲构成头盔形状，全光原子磁力传感器阵列分布在脑部左右两侧，全光原子磁力传感器阵列由多个全光原子磁力传感器构成，每个全光原子磁力传感器在柔性头戴沉底放置位置和取向方位可调，柔性头戴沉底另一面设置有磁屏蔽层；在头部已知位置设置至少两个参考磁场源，所述全光原子磁力传感器阵列分别连接空间坐标实时分析模块和头外部磁场分析模块，空间坐标实时分析模块和头外部磁场分析模块连接脑磁图合成模块。
所述全光原子磁力传感器阵列为碱金属原子全光原子磁力传感器阵列。
所述参考磁场源为双眼睛，用于位置坐标确定。
一种基于全光原子磁力检测的脑磁图系统的获取方法，首先，参考磁场源发射具有特性频率特性和空间分布特性的磁场，用于位置坐标确定；然后，全光原子磁力传感器阵列中至少三个全光原子磁力传感器动态实时检测参考磁场源信号，将参考磁场源信号传递给空间坐标实时分析模块进行处理，得到实时空间参考坐标；同时，全光原子磁力传感器阵列中其它全光原子磁力传感检测头外脑磁场信号，将脑磁场信息后传到头外部磁场分析模块处理；空间坐标实时分析模块和头外部磁场分析模块将实时空间参考坐标和脑磁场信息传输给脑磁图合成模块，脑磁图合成模块7进行实时位置定位和多次检测信息融合，得到高信噪比脑磁场分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）在先技术中采用量子超导干涉器件的脑磁图检测设备，本质上需要低温制冷系统，通常采用液氮或液氦制冷，系统结构复杂；检测装置检测灵敏度受限于检测原理和系统构建复杂度，针对脑磁图检测的灵活性差；装置体积大，无法实现小型化，构建成本高。本发明基于全光原子磁力检测原理，在柔性头戴沉底上设置全光原子磁力传感器阵列，全光原子磁力传感器阵列得到脑磁场信息后传到脑磁信息处理模块，脑磁信息处理模块进行实时位置定位和多次检测信息融合，得到高信噪比脑磁场分布，具有系统简洁、方法简单、流程简洁、便于实现、灵敏度高、实现成本低、实时性好、需要空间小、灵活性强、便于磁场重构、功能易于扩充、应用范围广等特点；
2）在先技术中另一种方案是采用光泵浦原子磁力传感器按照一定的方位构成固定头盔式脑磁图仪器，存在一些本质不足，系统结构定位要求高、不便于实现、使用灵活性差、不便于磁场重构、影响检测性能、信息有限、适用范围有限等。本发明采用全光原子磁力传感器，在柔性头戴沉底上构建全光原子磁力传感器阵列，全光原子磁力传感器放置方位可调，头部确定位置设置至少两个参考磁场源用于位置坐标确定，具有结构定位要求低、系统简洁、方法简单、便于实现、灵敏度高、高可靠性、高稳定性、灵活性强、便于磁场重构、信息量大等特点。
附图说明
图1为本发明的基于全光原子磁力检测的脑磁图系统图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于全光原子磁力检测的脑磁图系统，包括柔性头戴沉底1、全光原子磁力传感器阵列2、磁屏蔽层3、参考磁场源4、空间坐标实时分析模块5、头外部磁场分析模块6、脑磁图合成模块7。
柔性头戴沉底1平面上设置全光原子磁力传感器阵列2，带有全光原子磁力传感器阵列2的柔性头戴沉底1沿被检测头部进行弯曲构成头盔形状，全光原子磁力传感器阵列2分布在脑部左右两侧，全光原子磁力传感器阵列2由多个全光原子磁力传感器构成，每个全光原子磁力传感器在柔性头戴沉底1放置位置和取向方位可调，柔性头戴沉底1另一面设置有磁屏蔽层3；在头部已知位置设置至少两个参考磁场源4，所述全光原子磁力传感器阵列2分别连接空间坐标实时分析模块5和头外部磁场分析模块6，空间坐标实时分析模块5和头外部磁场分析模块6连接脑磁图合成模块7。全光原子磁力传感器阵列2为碱金属原子全光原子磁力传感器阵列。参考磁场源4为双眼睛，用于位置坐标确定。
本发明的基于全光原子磁力检测原理：在柔性头戴沉底1上设置全光原子磁力传感器阵列2，全光原子磁力传感器放置方位可调，头部确定位置设置至少两个参考磁场源4用于位置坐标确定，全光原子磁力传感器阵列2得到脑磁场磁场信息后传到脑磁信息处理模块，脑磁信息处理模块进行实时位置定位和多次检测信息融合，得到高信噪比脑磁场分布。
本实施例的具体实现步骤为：
步骤(1)在柔性头戴沉底1平面上设置全光原子磁力传感器阵列2，全光原子磁力传感器阵列2由多个全光原子磁力传感器构成，每个全光原子磁力传感器在柔性头戴沉底1放置位置和取向方位可调，柔性头戴沉底1另一面设置有磁屏蔽层3，全光原子磁力传感器阵列2为碱金属原子全光原子磁力传感器阵列；
步骤(2)将带有全光原子磁力传感器阵列2的柔性头戴沉底1沿被检测头部进行弯曲构成头盔形状，光原子磁力传感器阵列2分布在脑部左右两侧，在头部左右面骨突出位置设置两个参考磁场源4，参考磁场源4发射具有特性频率特性和空间分布特性的磁场，两个参考磁场源4采用不同频率发射，用于位置坐标确定；
步骤(3)全光原子磁力传感器阵列2中至少三个全光原子磁力传感器动态实时检测参考磁场源信号，将参考磁场源信号传递给空间坐标实时分析模块5进行处理，通过分析参考磁场分布信息和外界噪声抑制，得到实时空间参考坐标；
步骤(4)在步骤3同时，全光原子磁力传感器阵列2中其它全光原子磁力传感检测头外脑磁场信号，将脑磁场信息后传到头外部磁场分析模块6处理，分析脑磁场分布和对外界噪声进行抑制；
步骤(5)空间坐标实时分析模块5和头外部磁场分析模块6将实时空间参考坐标和脑磁场信息传输给脑磁图合成模块7，脑磁图合成模块7进行实时位置定位和多次检测信息融合，得到高信噪比脑磁场分布。
本实施例对脑磁场检测进行了检测分析，采用基于Rd碱金属原子的磁力传感器，实现了高空间分辨率的脑磁场分布图获取，具有方法简单、流程简洁、结构定位要求低、便于实现、灵敏度高、实现成本低、实时性好、高可靠性、高稳定性、需要空间小、灵活性强、便于磁场重构、信息量大等特点。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明中磁场传感器及其使用方法、磁场信息处理、机械结构、时序控制、模块构建、信号处理算法等均为成熟技术，本发明的发明点在于基于全光原子磁力检测原理，在柔性头戴沉底上设置全光原子磁力传感器阵列，全光原子磁力传感器放置方位可调，头部确定位置设置至少两个参考磁场源用于位置坐标确定，全光原子磁力传感器阵列得到脑磁场磁场信息后传到脑磁信息处理模块，脑磁信息处理模块进行实时位置定位和多次检测信息融合，得到高信噪比脑磁场分布，给出一种方法简单、流程简洁、结构定位要求低、便于实现、灵敏度高、实现成本低、实时性好、高可靠性、高稳定性、需要空间小、灵活性强、便于磁场重构、信息量大、不影响检测性能、功能易于扩充、应用范围广的一种全光原子磁力检测原理的脑磁图获取方法，本质上避免在先技术的不足。
Claims (4)
1.一种基于全光原子磁力检测的脑磁图系统，包括柔性头戴沉底（1）、全光原子磁力传感器阵列（2），其特征在于：所述柔性头戴沉底（1）平面上设置全光原子磁力传感器阵列（2），带有全光原子磁力传感器阵列（2）的柔性头戴沉底（1）沿被检测头部进行弯曲构成头盔形状，全光原子磁力传感器阵列（2）分布在脑部左右两侧，全光原子磁力传感器阵列（2）由多个全光原子磁力传感器构成，每个全光原子磁力传感器在柔性头戴沉底（1）放置位置和取向方位可调，柔性头戴沉底（1）另一面设置有磁屏蔽层（3）；在头部已知位置设置至少两个参考磁场源（4），所述全光原子磁力传感器阵列（2）分别连接空间坐标实时分析模块（5）和头外部磁场分析模块（6），空间坐标实时分析模块（5）和头外部磁场分析模块（6）连接脑磁图合成模块（7）。
2.根据权利要求1所述的基于全光原子磁力检测的脑磁图系统，其特征在于：所述全光原子磁力传感器阵列（2）为碱金属原子全光原子磁力传感器阵列。
3.根据权利要求1所述的基于全光原子磁力检测的脑磁图系统，其特征在于：所述参考磁场源（4）为双眼睛，用于位置坐标确定。
4.一种应用权利要求1-3任一所述的基于全光原子磁力检测的脑磁图系统的获取方法，其特征在于：首先，参考磁场源（4）发射具有特性频率特性和空间分布特性的磁场，用于位置坐标确定；然后，全光原子磁力传感器阵列（2）中至少三个全光原子磁力传感器动态实时检测参考磁场源信号，将参考磁场源信号传递给空间坐标实时分析模块（5）进行处理，得到实时空间参考坐标；同时，全光原子磁力传感器阵列（2）中其它全光原子磁力传感检测头外脑磁场信号，将脑磁场信息后传到头外部磁场分析模块（6）处理；空间坐标实时分析模块（5）和头外部磁场分析模块（6）将实时空间参考坐标和脑磁场信息传输给脑磁图合成模块（7），脑磁图合成模块7进行实时位置定位和多次检测信息融合，得到高信噪比脑磁场分布。
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Application publication date: 20170620 Assignee: Shanghai Xianluo Technology Co.,Ltd. Assignor: University of Shanghai for Science and Technology Contract record no.: X2023310000154 Denomination of invention: A magnetoencephalography system and acquisition method based on all optical atomic magnetic force detection Granted publication date: 20200515 License type: Common License Record date: 20231016 |
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