CN113171098A - 用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置和检测方法 - Google Patents

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唐明
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Abstract

一种用于大脑晃动中脑磁信号的检测方法，两个有一定间距的微型化磁传感器贴近人体脑部，差分电路获得磁梯度信号，放大器和数据采集器进行信号放大和数据采集，最后通过窄带滤波实现检测脑磁信号。大脑中神经元活动产生电流的同时产生脑磁信号，但脑磁信号相比地磁场要弱得多。另外目前的磁传感器都是矢量探测器，大脑晃动过程会使矢量磁传感器检测的信号发生变化，影响脑磁信号探测。大脑晃动过程中两个磁探测器探测到的背景磁场同步改变，通过差分电路比较距离脑电波源不同的磁传感器所检测的信号得到磁梯度信号，可以抑制地磁场及晃动的影响。最后利用窄带滤波的方法滤除大脑晃动频率，提取脑电波频率，达到大脑晃动情况下检测脑磁信号的目的。

Description

用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置和检测方法
技术领域
本发明涉及脑磁探测技术领域，特别是一种用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置和检测方法。
背景技术
脑磁探测技术是以大脑中神经元的活动产生磁场分布的物理现象为基础，通过磁探测传感器来测量磁场信号，通过一定的信号处理最终检测脑磁信号。该技术目前应用于思维、情感等高级脑功能的研究，以及用于神经外科手术前脑功能定位、功能性疾病的外科治疗。
现有的脑磁探测技术，主要是在磁屏蔽室里进行，通过将地磁场屏蔽，来实现脑磁信号的探测。目前，利用超导量子干涉仪在磁屏蔽室里可以直接测量脑磁信号，这种方法已经广泛应用于大脑功能的开发研究和临床脑疾病诊断。但是这种方法也有一定的局限，首先就是必须要在磁屏蔽室里进行测量，还有就是测量的整套设备体积庞大，很难实现微型化，并且传感器的位置距头皮位置较远。此外，现有的脑磁探测装置主要是针对大脑在保持静止的情况下，在实际应用中具有不小的局限性。
发明内容
本发明克服上述现有技术的不足，提出一种用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置和检测方法，通过将两个具有一定间距的微型化磁传感器贴近人体脑部，提高脑磁信号在传感器处的信号强度，通过差分电路获得磁梯度信号，抑制了晃动的影响，利用计算机通过窄带滤波进行频带选择，探测脑磁信号。
在对大脑晃动情况下提取脑磁信号的过程中，由于外界地磁干扰噪声在0-0.15Hz频率范围附近，大脑晃动的频率一般为低频，而大脑中磁信号的频率为1-30Hz频率范围。因此提出了针对在大脑晃动情况下检测脑磁信号的方法，通过将具有特定间距的微型化磁传感器贴近人体脑部，提高脑磁信号在传感器处的信号强度，通过差分电路获得磁梯度信号，抑制晃动的影响，利用计算机通过窄带滤波实现频带选择，从而达到在大脑晃动情况下检测脑磁信号的目的。
本发明的基本原理主要基于以下几点：
1.脑磁信号探测原理：大脑中神经元活动产生的磁场会对传感器周围的磁场产生一定量的磁场扰动，此时传感器会感应到磁场的变化强度，产生电信号作为探测结果传回后端电路显示。
2.脑磁信号梯度分析原理：贴近大脑的第一微型磁传感器1和第二微型磁传感器2距离脑电波源的距离不同，而大脑晃动过程中第一微型磁传感器和第二微型磁传感器所探测到的背景磁场同步改变，因此通过对第一微型磁传感器和第二微型磁传感器探测的信号进行梯度分析，可抑制晃动的影响。
3.信号滤波原理：信号滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施，是根据观察某一随机过程的结果，然后对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法，是从含有干扰的接收信号中提取有用信号的一种技术。
本发明的技术解决方案如下：
一种用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置，其特点在于：包括用于探测脑磁信号的第一微型磁传感器和第二微型磁传感器；差分电路、放大器、数据采集器和计算机；
所述的第一微型磁传感器和第二微型磁传感器分别将探测到的脑磁信号传输至所述的差分电路，经该差分电路获得磁梯度信号后，传输至所述的放大器，经该放大器放大后，由所述的数据采集器采集，并将模拟信号转换为数字信号后，传输至计算机，该计算机通过窄带滤波滤除信号中大脑晃动的频率成分，实现脑磁信号检测。
所述的第一微型磁传感器和第二微型磁传感器安装于人脑上，且在水平方向间距大于0.1cm小于4cm，垂直方向的间距大于0.1cm小于4cm。
所述的第一微型磁传感器和第二微型磁传感器的长度均不大于200μm。
所述的第一微型磁传感器和第二微型磁传感器的线性度和灵敏度一致，误差不大于1％。
利用计算机进行频段选取，频段f满足1Hz<f<30Hz。
一种利用上述用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置实现脑磁信号的检测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
①具有一定间距的第一微型磁传感器和第二微型磁传感器采集到大脑在晃动情况下的电压信号分别为V1和V2，计算第一微型磁传感器的脑磁信号B1和第二微型磁传感器的脑磁信号B2，公式如下：
B1＝(V1-Vos1)S1，
B2＝(V2-Vos2)S2，
式中，Vos1和Vos2分别为第一微型磁传感器和第二微型磁传感器的偏置电压，S1和S2分别为第一微型磁传感器和第二微型磁传感器的灵敏度；
②设第一微型磁传感器距离脑电波源的距离较近，第二微型磁传感器距离脑电波源的距离较远，利用差分电路对两个传感器所采集到的信号进行梯度分析可得到磁梯度信号Bg，其中Bg＝(B1-B2)/L，L为第一微型磁传感器和第二微型磁传感器之间的距离；
③放大器对磁梯度信号Bg进行放大，放大倍数为A，则放大后的信号Ba＝ABg；
④数据采集器采集数据，将模拟信号Ba转换为数字信号Bd；
⑤计算机通过窄带滤波滤除信号Bd中大脑晃动的频率成分，得到脑磁信号B，实现脑磁信号检测，其中Bd通过傅里叶变换为频域信号Fd，然后利用频段提取得到频域信号Fb，最后通过傅里叶逆变换得到脑磁信号B。
与先技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)目前大部分的磁探测防晃动方法主要是将其置于磁屏蔽室中，本发明通过差分电路获得磁梯度信号，利用大脑晃动对梯度信号影响小的原理抑制晃动对脑磁探测的影响，初步抑制晃动对脑磁探测的影响。
(2)根据大脑晃动频率与脑电波频率差异大的特点，通过窄带滤波滤除晃动频率提取脑电波信号，进一步抑制晃动对脑磁探测的影响，从而实现大脑晃动中脑磁信号的检测。
附图说明
图1是本发明一种用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置的结构示意图
图2为第一微型磁传感器1在晃动情况下采集到的磁信号
图3为第二微型磁传感器2在晃动情况下采集到的磁信号
图4为两个传感器所采集的信号经梯度分析及窄带滤波后的信号
图1中：1-第一微型磁传感器1，2-第二微型磁传感器2，3-人体大脑，4-脑电波源，5-差分电路，6-放大器，7-数据采集器，8-计算机
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明一种用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置的结构示意图，由图可见，本发明一种用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置，包含第一微型磁传感器1和第二微型磁传感器2、人体大脑3、脑电波源4、差分电路5、放大器6、数据采集器7、计算机8。通过将微型化磁传感器贴近人体大脑，提高脑磁信号在传感器处的信号强度，通过差分电路获得磁梯度信号，抑制晃动的影响，通过放大器对信号进行放大，数据采集器采集数据，利用计算机进行频带选择，从而实现在大脑晃动情况下对脑磁信号的检测。
一种在大脑晃动情况下检测脑磁信号方法的步骤如下：
1)具有一定间距的第一微型磁传感器1和第二微型磁传感器2采集到大脑在晃动情况下的电压信号分别为V1和V2，计算第一微型磁传感器1的脑磁信号B1和第二微型磁传感器2的脑磁信号B2，公式如下：
B1＝(V1-Vos1)S1，
B2＝(V2-Vos2)S2，
式中，Vos1和Vos2分别为第一微型磁传感器1和第二微型磁传感器2的偏置电压，S1和S2分别为第一微型磁传感器1和第二微型磁传感器2的灵敏度，所述的第一微型磁传感器1和第二微型磁传感器2安装于人脑上，且在水平方向间距为1cm，垂直方向的间距为1cm；
2)设第一微型磁传感器1距离脑电波源4的距离较近，第二微型磁传感器2距离脑电波源4的距离较远，利用差分电路5对两个传感器所采集到的信号进行梯度分析可得到磁梯度信号Bg，其中Bg＝(B1-B2)/L，L为第一微型磁传感器和第二微型磁传感器之间的距离；
3)放大器6对磁梯度信号Bg进行放大，放大倍数为A，则放大后的信号Ba＝ABg；
4)数据采集器7采集数据，将模拟信号Ba转换为数字信号Bd；
5)计算机8通过窄带滤波滤除信号Bd中大脑晃动的频率成分，得到脑磁信号B，实现脑磁信号检测，其中Bd通过傅里叶变换为频域信号Fd，然后利用频段提取得到频域信号Fb，最后通过傅里叶逆变换得到脑磁信号B。

Claims (6)

1.一种用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置，其特征在于：包括用于探测脑磁信号的第一微型磁传感器(1)和第二微型磁传感器(2)；差分电路(5)、放大器(6)、数据采集器(7)和计算机(8)；
所述的第一微型磁传感器(1)和第二微型磁传感器(2)分别将探测到的脑磁信号传输至所述的差分电路(5)，经该差分电路(5)获得磁梯度信号后，传输至所述的放大器(6)，经该放大器(6)放大后，由所述的数据采集器(7)采集，并将模拟信号转换为数字信号后，传输至计算机(8)，该计算机(8)通过窄带滤波滤除信号中大脑晃动的频率成分，实现脑磁信号检测。
2.根据权利要求1所述的用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置，其特征在于：所述的第一微型磁传感器(1)和第二微型磁传感器(2)安装于人脑上，且在水平方向间距大于0.1cm小于4cm，垂直方向的间距大于0.1cm小于4cm。
3.根据权利要求2所述的用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置，其特征在于：所述的第一微型磁传感器(1)和第二微型磁传感器(2)的长度均不大于200μm。
4.根据权利要求1或2所述的用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置，其特征在于：所述的第一微型磁传感器(1)和第二微型磁传感器(2)的线性度和灵敏度一致，误差不大于1％。
5.根据权利要求1所述的用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置，其特征在于：利用计算机进行频段选取，频段f满足1Hz<f<30Hz。
6.一种利用权利要求1-5任一所述的用于大脑晃动中脑磁信号的检测装置实现脑磁信号的检测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
①具有一定间距的第一微型磁传感器(1)和第二微型磁传感器(2)采集到大脑在晃动情况下的电压信号分别为V1和V2，计算第一微型磁传感器(1)的脑磁信号B1和第二微型磁传感器(2)的脑磁信号B2，公式如下：
B1＝(V1-Vos1)S1，
B2＝(V2-Vos2)S2，
式中，Vos1和Vos2分别为第一微型磁传感器(1)和第二微型磁传感器(2)的偏置电压，S1和S2分别为第一微型磁传感器(1)和第二微型磁传感器(2)的灵敏度；
②设第一微型磁传感器(1)距离脑电波源(4)的距离较近，第二微型磁传感器2距离脑电波源(4)的距离较远，利用差分电路(5)对两个传感器所采集到的信号进行梯度分析可得到磁梯度信号Bg，其中Bg＝(B1-B2)/L,L为第一微型磁传感器和第二微型磁传感器之间的距离；
③放大器(6)对磁梯度信号Bg进行放大，放大倍数为A，则放大后的信号Ba＝ABg；
④数据采集器(7)采集数据，将模拟信号Ba转换为数字信号Bd；
⑤计算机(8)通过窄带滤波滤除信号Bd中大脑晃动的频率成分，得到脑磁信号B，实现脑磁信号检测，其中Bd通过傅里叶变换为频域信号Fd，然后利用频段提取得到频域信号Fb，最后通过傅里叶逆变换得到脑磁信号B。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113988143A (zh) * 2021-12-27 2022-01-28 北京航空航天大学杭州创新研究院 基于光泵磁强计测量脑磁的坏道自动识别方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105455806A (zh) * 2015-11-11 2016-04-06 中国人民解放军国防科学技术大学 基于gmi效应的脑磁信号探头、传感器及采集系统
CN106073751A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 中国科学院电工研究所 一种便携式脑磁检测装置
CN106859629A (zh) * 2017-01-18 2017-06-20 上海理工大学 脑磁图检测中背景噪声削弱系统及方法
CN108445545A (zh) * 2018-06-29 2018-08-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 地磁背景下弱磁信号噪声抑制与信号提取装置及方法
CN109009065A (zh) * 2018-06-05 2018-12-18 上海理工大学 基于tmr弱磁传感器阵列的脑磁信息检测系统及方法
CN109620201A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 南京国科医工科技发展有限公司 柔性多导联帽式脑磁仪及其高精度成像方法
CN109738957A (zh) * 2018-12-10 2019-05-10 兰州空间技术物理研究所 一种磁性运动目标探测方法
US20200348377A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Hi Llc Magnetic field generator for a magnetic field measurement system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105455806A (zh) * 2015-11-11 2016-04-06 中国人民解放军国防科学技术大学 基于gmi效应的脑磁信号探头、传感器及采集系统
CN106073751A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 中国科学院电工研究所 一种便携式脑磁检测装置
CN106859629A (zh) * 2017-01-18 2017-06-20 上海理工大学 脑磁图检测中背景噪声削弱系统及方法
CN109009065A (zh) * 2018-06-05 2018-12-18 上海理工大学 基于tmr弱磁传感器阵列的脑磁信息检测系统及方法
CN108445545A (zh) * 2018-06-29 2018-08-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 地磁背景下弱磁信号噪声抑制与信号提取装置及方法
CN109620201A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 南京国科医工科技发展有限公司 柔性多导联帽式脑磁仪及其高精度成像方法
CN109738957A (zh) * 2018-12-10 2019-05-10 兰州空间技术物理研究所 一种磁性运动目标探测方法
US20200348377A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Hi Llc Magnetic field generator for a magnetic field measurement system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113988143A (zh) * 2021-12-27 2022-01-28 北京航空航天大学杭州创新研究院 基于光泵磁强计测量脑磁的坏道自动识别方法

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