CN106923790A - 脑磁图检测中的高精度快速定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脑磁图检测中的高精度快速定位系统及方法，该系统中的磁场传感器阵列分布在头部周围，构成眼磁场传感器部件和脑磁场传感器部件.方法步骤为：1）将磁场传感器阵列进行眼磁场和脑磁场分类使用；2）采集得到双眼磁场，进行眼磁场特征分析和提取；3）基于眼磁场分布，得到不少于两处空间基准定位点信息，构建脑磁图所需空间坐标系；4）在步骤2‑3实现同时，采集脑磁场信息，5）基于空间坐标系信息和脑磁场信息，融合形成脑磁图，实现脑磁图检测中的高精度快速定位。本发明具有方法简单、流程简洁、便于实现、空间分辨率高、定位精度高、实现成本低、实时性好、高可靠性、灵活性强等特点。

Description

脑磁图检测中的高精度快速定位系统及方法

技术领域

本发明涉及一种高精度快速定位系统及方法，特别是一种脑磁图检测中的高精度快速定位系统及方法，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高精度快速定位。

背景技术

脑磁图(Magnetoencephalography，简称MEG)检测领域，脑磁图检测装置是一种对人体完全无创性、无放射性的脑功能图像探测技术，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。测量脑磁图比脑电图有不少优越性。脑磁图不需要接触皮肤，不会发生由此出现的伪差。另外脑磁图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。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，而诱发脑电图则不能取得上述效果。磁场检测得到的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、外伤后大脑功能的评估和鉴定、司法鉴定和测谎应用、语言、视觉、听觉、体感诱发等的研究，高性能脑磁图检测方法具有重要的研究意义和广泛应用价值。

由于人体在生理活动中，体内带电离子发生流动，因而形成了生物电流，随着生物电流的形成产生了生物磁场，如脑磁图、心磁图等。当某些强磁性物质进入人体组织器官以后，在外加磁场作用下被磁化，外加磁场去掉后而产生剩余磁场，肺磁场就属于此种情况。组成人活体的物质具有一定的磁性，这种材料在地磁场及其他外界磁场的作用下便产生感应磁场，如肝、脾等脏器组织所呈现的磁场即属感应磁场。此外，人体眼部为也具有磁场，眼磁图是不需要接触人体皮肤就能得到较多的信息。

在脑磁图检测中需要定位方法，就是给脑磁图设定一个坐标空间，或者在检测过程中确定一个空间坐标或是脑磁图的三维显示基准点。在先技术中，在脑磁图实际测量中,检测前先标记被测者鼻根、左右耳前点作为参照点建立头部三维坐标系,然后患者进入磁屏蔽室内,进行脑磁图检查。脑磁信号采集完成后,再标志患者鼻根和左右耳前点,作为影像融合的标志点,然后进行超薄磁共振成像检查,全部测量结束后,使用模型法求得信号源在脑磁图 坐标系中的位置和方向,以标志点为参照同磁共振成像图像进行重合,得到电流偶极子在大脑结构中位置、方向的清晰影像。达到了功能影像与解剖结构影像的结合，完成脑磁图检测空间定位，此在先技术本质上具有方法复杂、流程繁琐、成本高、时间长、实时性差等不足。在线技术中还存在另一种脑磁图检测定位方法，参见美国专利，专利名称为Method and apparatus for localizing boimagnetic signal,专利号为US7039547B2，专利授权时间为2006年05月02日。在先技术具有相当的优点，但是存在一些本质不足，本发明增加磁场发射源，采用具有现有空间位置信息的磁场发射源作为位置参考信息，并且脑磁信号检测过程中定位和检测无法实现快速同步，并且增加了原有系统部件、方法复杂、信息分析流程繁琐、空间定位无法快速定位、适用范围有限。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种脑磁图检测中的高精度快速定位系统及方法，具有方法简单、流程简洁、便于实现、灵敏度高、空间分辨率高、定位精度高、实现成本低、实时性好、高可靠性、高稳定性、灵活性强、功能易于扩充、应用范围广等特点。

本发明的技术方案是：一种脑磁图检测中的高精度快速定位系统，包括磁场传感器阵列、信息采集模块、脑磁场信息采集模块，所述磁场传感器阵列分布在头部周围，至少两个磁场传感器用于动态实时监测眼磁场分布，构成眼磁场传感器部件，其余磁场传感器用于检测脑磁场分布，构成脑磁场传感器部件，所述眼磁场传感器部件依次通过眼磁场信息采集模块、眼磁场特征提取模块、磁场基准定位点模块、空间坐标系构建模块连接脑磁图构建模块，所述脑磁场传感器部件通过脑磁场信息采集模块连接脑磁图构建模块。

所述磁场传感器阵列为碱金属原子磁场传感器阵列。

所述眼磁场传感器部件的磁场传感器单元和脑磁场传感器部件的磁场传感器单元分别分布在头部左右两个半球。

一种应用脑磁图检测中的高精度快速定位系统的定位方法，具体步骤为：

步骤1），采用眼磁场传感器部件，对双眼磁场进行信息采集得到磁场信息，通过眼磁场信息采集模块将信息传给眼磁场特征提取模块，然后通过眼磁场特征提取模块进行眼磁场特征分析和提取；

步骤2），根据眼磁场特征，通过磁场基准定位点模块实现具有空间高分辨率和空间唯一定性的磁场基准定位点确定，得到不少于两处空间基准定位点信息，选择每个眼磁场的磁场极大值点构成的极大值曲线的空间信息作为空间基准定位点信息，并通过空间坐标系构建模块构建脑磁图所需空间坐标系，并将空间坐标系信息传输给脑磁图构建模块；

步骤3)， 在步骤2）-3）实现同时，脑磁场传感器部件采集脑磁场信息，经过脑磁场信息采集模块传输给脑磁图构建模块；

步骤4) ，脑磁图构建模块基于空间坐标系信息和脑磁场信息，融合形成脑磁图，实现脑磁图检测中的高精度快速定位。

所述眼磁场特征为空间眼磁场强度极值的空间位置或是眼磁场矢量方向信息极值的空间位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）在先技术中或是利用磁共振成像和脑磁图检测结合，或是采用增加磁场发射源，具有现有空间位置信息的磁场发射源作为位置参考信息，方法复杂、流程繁琐、成本高。本发明基于基于人体生物磁场分布特性，结合磁场检测特征提取技术，在脑磁图检测过程中，将脑磁图检测磁场传感器进行分类使用，利用少部分脑磁图检测磁场传感器单元动态实时监测眼磁场分布，以人眼磁场特征信息作为参考空间，在现有脑磁图检测系统中无需另加硬件设施，具有方法简单、流程简洁、便于实现、实现成本低等特点；

2）在先技术本质上受限于定位方法，实时性差、信息分析流程繁琐、空间定位无法快速定位。本发明将脑磁图检测磁场传感器进行分类使用，利用少部分脑磁图检测磁场传感器单元动态实时监测眼磁场分布，对眼磁场进行空间位置特征提取，得到不少于两处空间基准定位点信息，脑磁图检测以空间基准定位点为坐标系上特征点，构建空间坐标系，实现高精度快速脑磁图定位方法，眼磁图检测和脑磁图检测可以同步进行，并且眼磁图空间位置特征可以采用定位点或定位曲线（曲线由点组成），具有灵敏度高、空间分辨率高、定位精度高、实时性好等特点；

3）在先技术所述方法，灵活性差、功能难于扩充、应用范围有限。本发明采用采用眼磁场和脑磁场结合，眼磁场在脑磁图检测过程中可以视为分布恒定磁场分布，眼睛位于头部，眼磁场特征点相对于脑磁场是相对固定空间位置，本质上保证检测过程的高可靠性、高稳定性，具有灵活性强、功能易于扩充、应用范围广等特点。

附图说明

图1为本发明的脑磁图检测中的高精度快速定位系统示意图。

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，一种脑磁图检测中的高精度快速定位系统，包括磁场传感器阵列2、信息采集模块3、眼磁场特征提取模块4、磁场基准定位点模块5、空间坐标系构建模块6、脑磁场信息采集模块7、脑磁图构建模块8。

磁场传感器阵列2分布在头部1周围，至少两个磁场传感器用于动态实时监测眼磁场分布，构成眼磁场传感器部件201，其余磁场传感器用于检测脑磁场分布，构成脑磁场传感器部件202，所述眼磁场传感器部件201依次通过眼磁场信息采集模块3、眼磁场特征提取模块4、磁场基准定位点模块5、空间坐标系构建模块6连接脑磁图构建模块8，所述脑磁场传感器部件202通过脑磁场信息采集模块7连接脑磁图构建模块8。磁场传感器阵列2为碱金属原子磁场传感器阵列。眼磁场传感器部件201的磁场传感器单元和脑磁场传感器部件202的磁场传感器单元分别分布在头部1左右两个半球。

本发明的一种脑磁图检测中的高精度快速定位方法，如图1所示，基于人体生物磁场分布特性，结合磁场检测特征提取技术，在脑磁图检测过程中，将脑磁图检测磁场传感器进行分类使用，利用少部分脑磁图检测磁场传感器单元动态实时监测眼磁场分布，对眼磁图磁场进行空间位置特征提取，得到不少于两处空间基准定位点信息，脑磁图检测以空间基准定位点为坐标系上特征点，构建空间坐标系，实现高精度快速脑磁图定位方法。本发明涉及的多种模块使用，模块不局限于硬件模块，软件分析方法或步骤的封装功能包也称之为模块。

本实施例的具体实现步骤为：

步骤(1) 在脑磁图检测系统中，磁场传感器阵列2分布在头部1周围，将磁场传感器阵列2进行分类使用，至少2两个磁场传感器单元用于动态实时监测眼磁场分布，构成眼磁场传感器部件201，眼磁场传感器部件201的磁场传感器单元分布在头部1左右两个半球，其余用于检测脑磁场分布，构成脑磁场传感器部件202，磁场传感器阵列2为碱金属原子磁场传感器阵列；

步骤(2) 基于眼磁场传感器部件201，对双眼磁场进行信息采集得到磁场信息，通过眼磁场信息采集模块3将信息传给眼磁场特征提取模块4，然后通过眼磁场特征提取模块4进行眼磁场特征分析和提取，眼磁场特征为空间眼磁场强度极值的空间位置或是眼磁场矢量方向信息极值的空间位置，本实施例采用了眼磁场强度极值的空间位置作为眼磁场特征；

步骤(3) 根据眼磁场特征，磁场基准定位点模块5实现具有空间高分辨率和空间唯一定性的磁场基准定位点确定，得到不少于两处空间基准定位点信息，选择每个眼磁场的磁场极大值点构成的极大值曲线的空间信息作为空间基准定位点信息，空间坐标系构建模块6基于磁场基准定位点信息，构建脑磁图所需空间坐标系，并将空间坐标系信息传输给脑磁图构建模块8；

步骤(4) 在步骤2-3实现同时，脑磁场传感器部件202，脑磁场传感器部件202的磁场传感器单元分布在头部1左右两个半球，采集脑磁场信息，经过脑磁场信息采集模块7传输给脑磁图构建模块8。

步骤(5) 脑磁图构建模块8基于空间坐标系信息和脑磁场信息，融合形成脑磁图，实现脑磁图检测中的高精度快速定位。

本实施例对应用在脑磁场检测中，采用Rd碱金属原子磁力传感器，利用5个原子磁力传感器检测眼磁图磁场，其余原子磁力传感器对脑磁图进行检测，通过上述方法，实现了0.5mm空间分辨率，灵敏度达到5fT的脑磁场分布图，达到了脑磁图检测中的高精度快速定位，具有方法简单、流程简洁、便于实现、灵敏度高、空间分辨率高、定位精度高、实现成本低、实时性好、高可靠性、高稳定性、灵活性强、功能易于扩充、应用范围广等特点。

本发明中脑磁场传感器及其使用方法、磁场信息处理、机械结构、时序控制特征提取、空间坐标构建等均为成熟技术，本发明的发明点在于基于人体生物磁场分布特性，结合磁场检测特征提取技术，在脑磁图检测过程中，将脑磁图检测磁场传感器进行分类使用，利用少部分脑磁图检测磁场传感器单元动态实时监测眼磁场分布，对眼磁图磁场进行空间位置特征提取，空间基准定位点信息，脑磁图检测以空间基准定位点为坐标系上特征点，构建空间坐标系，实现高精度快速脑磁图定位方法，给出一种方法简单、流程简洁、便于实现、灵敏度高、空间分辨率高、定位精度高、实现成本低、实时性好、高可靠性和稳定性、灵活性强、功能易于扩充、应用范围广等特点的脑磁图检测中的高精度快速定位方法，本质上避免在先技术的不足。

Claims (5)

1.一种脑磁图检测中的高精度快速定位系统，包括磁场传感器阵列（2）、信息采集模块（3）、脑磁场信息采集模块（7），其特征在于：所述磁场传感器阵列（2）分布在头部（1）周围，至少两个磁场传感器用于动态实时监测眼磁场分布，构成眼磁场传感器部件（201），其余磁场传感器用于检测脑磁场分布，构成脑磁场传感器部件（202），所述眼磁场传感器部件（201）依次通过眼磁场信息采集模块（3）、眼磁场特征提取模块（4）、磁场基准定位点模块（5）、空间坐标系构建模块（6）连接脑磁图构建模块（8），所述脑磁场传感器部件（202）通过脑磁场信息采集模块（7）连接脑磁图构建模块（8）。

2.根据权利要求1所述的脑磁图检测中的高精度快速定位系统，其特征在于：所述磁场传感器阵列（2）为碱金属原子磁场传感器阵列。

3.根据权利要求1所述的脑磁图检测中的高精度快速定位系统，其特征在于：所述眼磁场传感器部件（201）的磁场传感器单元和脑磁场传感器部件（202）的磁场传感器单元分别分布在头部（1）左右两个半球。

4.一种应用权利要求1-3任一所述的脑磁图检测中的高精度快速定位系统的定位方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1），采用眼磁场传感器部件(201)，对双眼磁场进行信息采集得到磁场信息，通过眼磁场信息采集模块（3）将信息传给眼磁场特征提取模块（4），然后通过眼磁场特征提取模块（4）进行眼磁场特征分析和提取；

步骤2），根据眼磁场特征，通过磁场基准定位点模块（5）实现具有空间高分辨率和空间唯一定性的磁场基准定位点确定，得到不少于两处空间基准定位点信息，选择每个眼磁场的磁场极大值点构成的极大值曲线的空间信息作为空间基准定位点信息，并通过空间坐标系构建模块（6）构建脑磁图所需空间坐标系，并将空间坐标系信息传输给脑磁图构建模块（8）；

步骤3)， 在步骤2）-3）实现同时，用脑磁场传感器部件(202)采集脑磁场信息，经过脑磁场信息采集模块（7）传输给脑磁图构建模块（8）；

步骤4) ，脑磁图构建模块（8）基于空间坐标系信息和脑磁场信息，融合形成脑磁图，实现脑磁图检测中的高精度快速定位。

5.根据权利要求4所述的定位方法，其特征在于：所述眼磁场特征为空间眼磁场强度极值的空间位置或是眼磁场矢量方向信息极值的空间位置。