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      用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):8232377閱讀:524來(lái)源:國(guó)知局
      用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明屬于信號(hào)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種梯度補(bǔ)償方法,特別是涉及一種用于生 物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 生命活動(dòng)背后蘊(yùn)藏著豐富的電磁信息,生物磁,來(lái)源于生物磁電活動(dòng)產(chǎn)生的空間 磁場(chǎng),其強(qiáng)度非常微弱,如成人心磁的典型強(qiáng)度為ΙΟΟρΤ,腦磁更為微弱,只有百fT量級(jí)。作 為一種高靈敏的磁傳感器,超導(dǎo)量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device, SQUID)廣泛地應(yīng)用于生物磁信號(hào)的測(cè)量。相對(duì)于微弱的生物磁信號(hào),環(huán)境磁場(chǎng)非 常強(qiáng),如地球磁場(chǎng)的典型強(qiáng)度為30-50 μ T,城市環(huán)境噪聲的變化也達(dá)到了數(shù)百nT。為此,除 了高靈敏的SQUID磁傳感器,還需要高性能的噪聲抑制技術(shù)。
      [0003] 目前,最常用的噪聲抑制方案是梯度計(jì)技術(shù),尤其是在非屏蔽環(huán)境下,梯度計(jì)對(duì)磁 場(chǎng)的空間梯度產(chǎn)生響應(yīng)。通常,生物磁為近源,表現(xiàn)出一個(gè)大的空間梯度,環(huán)境磁場(chǎng)為遠(yuǎn)源, 在檢測(cè)處的空間上比較均勻,由此,梯度計(jì)能很好的檢測(cè)生物磁信號(hào)和抑制環(huán)境噪聲。根據(jù) 梯度對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)階數(shù),有一階、二階、更高階等。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,理想的梯度計(jì)是不存在 的,不可避免地對(duì)均勻場(chǎng)及低階的梯度場(chǎng)產(chǎn)生響應(yīng)。為了提高梯度計(jì)的噪聲抑制性能,合成 噪聲抑制方法得到了廣泛地使用。
      [0004] 合成噪聲抑制方法是基于一個(gè)探測(cè)生物磁的信號(hào)通道和距離信號(hào)源比較遠(yuǎn)的基 本檢測(cè)背景環(huán)境噪聲的多個(gè)參考通道,利用參考通道的線(xiàn)性組合去補(bǔ)償信號(hào)通道中包含的 噪聲,以構(gòu)筑更高噪聲抑制性能梯度計(jì)的方法。對(duì)于一定的信號(hào)通道,參考通道的選擇和補(bǔ) 償決定了最終的合成噪聲抑制性能。目前,最常使用的參考通道是單Z軸磁強(qiáng)計(jì)和xyz三軸 磁強(qiáng)計(jì)。此方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)起來(lái)很方便,但是噪聲抑制性能有限。究其原因,主要是由 于環(huán)境磁場(chǎng)包含除了包含xyz三個(gè)分量的均勻場(chǎng),還包括一階梯度、二階梯度等。以一階梯 度為例,環(huán)境磁場(chǎng)的一階梯度為一個(gè)由9個(gè)分量組成的張量,根據(jù)磁場(chǎng)的無(wú)源性和無(wú)旋性, 也包含有5個(gè)獨(dú)立分量,這些都會(huì)帶來(lái)一定的噪聲噪聲干擾。基于這些一階梯度噪聲干擾, 目前也有使用多磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)筑某一個(gè)或者兩個(gè)一階梯度參考。雖然能取得一定的噪聲抑制效 果,但從理論上來(lái)看,仍然補(bǔ)償能力有限。為此,探尋高性能的梯度補(bǔ)償顯得尤為必要。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),本發(fā)明的目的在于提供一種用于生物磁檢測(cè)的全 張量空間梯度補(bǔ)償方法及系統(tǒng),用于解決現(xiàn)有技術(shù)中利用多磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)筑某一個(gè)或者兩個(gè)一 階梯度參考的補(bǔ)償能力有限的問(wèn)題。
      [0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的,本發(fā)明提供一種用于生物磁檢測(cè)的全張量空間 梯度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)。
      [0007] -種用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法,包括:根據(jù)三維直角坐標(biāo)系 xyz確定環(huán)境磁場(chǎng)的9個(gè)全張量一階梯度分量,為X方向磁場(chǎng)分別在x、y和z方向的一階梯 度分量,y方向磁場(chǎng)分別在x、y和Z方向的一階梯度分量,z方向磁場(chǎng)分別在x、y和z方向 的一階梯度分量;根據(jù)環(huán)境磁場(chǎng)的無(wú)源性和無(wú)旋性,確定所述9個(gè)全張量一階梯度分量中 的5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量,利用在三維直角坐標(biāo)系xyz中設(shè)置磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)建所述5個(gè)獨(dú)立 的一階梯度分量;利用所述5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量對(duì)一環(huán)境磁場(chǎng)的信號(hào)通道進(jìn)行補(bǔ)償, 通過(guò)最小均方誤差求得補(bǔ)償系數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)所述環(huán)境磁場(chǎng)的信號(hào)通道的全張量一階梯度的補(bǔ) 償。
      [0008] 優(yōu)選地,設(shè)Bx為X方向磁場(chǎng),By為y方向磁場(chǎng),B z為z方向磁場(chǎng);貝U Bx在x、y和z 方向的一階梯度分量分別為
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1. 一種用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法,其特征在于,所述用于生物磁檢 測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法包括: 根據(jù)三維直角坐標(biāo)系xyz確定環(huán)境磁場(chǎng)的9個(gè)全張量一階梯度分量,為x方向磁場(chǎng)分 別在x、y和z方向的一階梯度分量,y方向磁場(chǎng)分別在x、y和z方向的一階梯度分量,z方 向磁場(chǎng)分別在x、y和z方向的一階梯度分量; 根據(jù)環(huán)境磁場(chǎng)的無(wú)源性和無(wú)旋性,確定所述9個(gè)全張量一階梯度分量中的5個(gè)獨(dú)立的 一階梯度分量,利用在三維直角坐標(biāo)系xyz中設(shè)置磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)建所述5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分 量; 利用所述5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量對(duì)一環(huán)境磁場(chǎng)的信號(hào)通道進(jìn)行補(bǔ)償,通過(guò)最小均方 誤差求得補(bǔ)償系數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)所述環(huán)境磁場(chǎng)的信號(hào)通道的全張量一階梯度的補(bǔ)償。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法,其特征在于: 設(shè)Bx為x方向磁場(chǎng),By為y方向磁場(chǎng),Bz為z方向磁場(chǎng);貝uBx在x、y和z方向的一階梯度分 量分別為
      ,By在x、y和z方向的一階梯度分量分別為?
      Bz在x、y和z方向的一階梯度分量分別為
      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法,其特征在于, 所述5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量的確定過(guò)程包括: 根據(jù)環(huán)境磁場(chǎng)的無(wú)源性和無(wú)旋性,9個(gè)一階梯度分量的關(guān)系表示為:
      其中,只有5個(gè)獨(dú)立分量;所述5個(gè)獨(dú)立分量為-
      ,依此類(lèi)推剩余不同類(lèi)型的 獨(dú)立分量組合。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法,其特征在于, 若選定的5個(gè)獨(dú)立分量為
      ,則構(gòu)建所述5個(gè)獨(dú)立的一階梯度 分量的具體過(guò)程包括: 放置第1個(gè)磁強(qiáng)計(jì),測(cè)量x方向磁場(chǎng)Bx ;以Bx磁場(chǎng)位置為基準(zhǔn),分別沿著x和y方向移 動(dòng)距離d放置第2個(gè)和第3個(gè)磁強(qiáng)計(jì),測(cè)量x方向的磁場(chǎng)Bx'和Bx'',獲得Bx磁場(chǎng)分別在x和y方向的兩個(gè)一階梯度分量
      放置第4個(gè)磁強(qiáng)計(jì),測(cè)量Z方向磁場(chǎng)Bz ;以Bz磁場(chǎng)位置為基準(zhǔn),分別沿X、y和Z方 向移動(dòng)距離d放置第5個(gè)至第7個(gè)磁強(qiáng)計(jì),測(cè)量z方向的磁場(chǎng)Bz'、Bz''和Bz''',獲得Bz磁 場(chǎng)分別在x、y和z方向的三個(gè)一階梯度分量
      ,和
      5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法,其特征在于: 設(shè)所述環(huán)境磁場(chǎng)的通道信號(hào)為Bs,對(duì)Bs進(jìn)行全張量一階梯度補(bǔ)償獲得補(bǔ)償后的通道信號(hào)
      *其中,kxx,kxy,kzx,kzy和kzz分別為所 述選定的5個(gè)獨(dú)立分量為
      對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)。
      6. -種用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償系統(tǒng),其特征在于,所述用于生物磁檢 測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償系統(tǒng)包括: 全張量一階梯度分量確定模塊,根據(jù)三維直角坐標(biāo)系xyz確定環(huán)境磁場(chǎng)的9個(gè)全張量 一階梯度分量,為x方向磁場(chǎng)分別在x、y和z方向的一階梯度分量,y方向磁場(chǎng)分別在x、y 和z方向的一階梯度分量,z方向磁場(chǎng)分別在x、y和z方向的一階梯度分量; 全張量一階梯度分量構(gòu)建模塊,與所述全張量一階梯度分量確定模塊相連,根據(jù)環(huán)境 磁場(chǎng)的無(wú)源性和無(wú)旋性,確定所述9個(gè)全張量一階梯度分量中的5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量, 利用在三維直角坐標(biāo)系xyz中設(shè)置磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)建所述5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量; 全張量一階梯度分量補(bǔ)償模塊,與所述全張量一階梯度分量構(gòu)建模塊相連,利用所述5 個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量對(duì)一環(huán)境磁場(chǎng)的信號(hào)通道進(jìn)行補(bǔ)償,通過(guò)最小均方誤差求得補(bǔ)償系 數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)所述環(huán)境磁場(chǎng)的信號(hào)通道的全張量一階梯度的補(bǔ)償。
      7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償系統(tǒng),其特征在于, 所述全張量一階梯度分量構(gòu)建模塊包括: 第一磁強(qiáng)計(jì),設(shè)置于環(huán)境磁場(chǎng)中,測(cè)量5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量中第一個(gè)方向的磁場(chǎng); 第二磁強(qiáng)計(jì),設(shè)置于所述第一磁強(qiáng)計(jì)沿著第一個(gè)方向移動(dòng)距離d的位置處,獲得所述 第一個(gè)方向的磁場(chǎng)在第一個(gè)方向的一階梯度分量; 第三磁強(qiáng)計(jì),設(shè)置于所述第一磁強(qiáng)計(jì)沿著第二個(gè)方向移動(dòng)距離d的位置處,獲得所述 第一個(gè)方向的磁場(chǎng)在第二個(gè)方向的一階梯度分量; 第四磁強(qiáng)計(jì),設(shè)置于環(huán)境磁場(chǎng)中,測(cè)量5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量中第三個(gè)方向的磁場(chǎng); 第五磁強(qiáng)計(jì),設(shè)置于所述第四磁強(qiáng)計(jì)沿著第一個(gè)方向移動(dòng)距離d的位置處,獲得所述 第三個(gè)方向的磁場(chǎng)在第一個(gè)方向的一階梯度分量; 第六磁強(qiáng)計(jì),設(shè)置于所述第四磁強(qiáng)計(jì)沿著第二個(gè)方向移動(dòng)距離d的位置處,獲得所述 第三個(gè)方向的磁場(chǎng)在第二個(gè)方向的一階梯度分量; 第七磁強(qiáng)計(jì),設(shè)置于所述第四磁強(qiáng)計(jì)沿著第三個(gè)方向移動(dòng)距離d的位置處,獲得所述 第三個(gè)方向的磁場(chǎng)在第三個(gè)方向的一階梯度分量。
      8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償系統(tǒng),其特征在于, 所述全張量一階梯度分量補(bǔ)償模塊包括: 補(bǔ)償函數(shù)構(gòu)建單元,與所述全張量一階梯度分量構(gòu)建模塊相連,利用所 述5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量構(gòu)建對(duì)一環(huán)境磁場(chǎng)的信號(hào)通道Bs的補(bǔ)償函數(shù)
      ;其中,1^,1^,1^,、和1^分別為所 述選定的5個(gè)獨(dú)立分量為
      對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù); 補(bǔ)償系數(shù)求解單元,與所述補(bǔ)償函數(shù)構(gòu)建單元相連,對(duì)所述補(bǔ)償函數(shù)Bs。進(jìn)行最小均方 誤差求解獲得補(bǔ)償系數(shù)kxx,kxy,kzx,kzy和kzz ; 補(bǔ)償單元,與所述補(bǔ)償系數(shù)求解單元相連,將求解到的補(bǔ)償系數(shù)kxx,kxy,kzx,kzy和kzz帶 入所述補(bǔ)償函數(shù)中,得到一階梯度補(bǔ)償后的信號(hào)通道。
      【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種用于生物磁檢測(cè)的全張量空間梯度補(bǔ)償方法及系統(tǒng),該方法包括:根據(jù)三維直角坐標(biāo)系xyz確定環(huán)境磁場(chǎng)的9個(gè)全張量一階梯度分量,為x方向磁場(chǎng)分別在x、y和z方向的一階梯度分量,y方向磁場(chǎng)分別在x、y和z方向的一階梯度分量,z方向磁場(chǎng)分別在x、y和z方向的一階梯度分量;根據(jù)環(huán)境磁場(chǎng)的無(wú)源性和無(wú)旋性,確定9個(gè)全張量一階梯度分量中的5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量,利用磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)建5個(gè)獨(dú)立的一階梯度分量,對(duì)一環(huán)境磁場(chǎng)的信號(hào)通道進(jìn)行補(bǔ)償,通過(guò)最小均方誤差求得補(bǔ)償系數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境磁場(chǎng)的信號(hào)通道的全張量一階梯度的補(bǔ)償。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了空間全張量的一階梯度補(bǔ)償,可以更加有效地抑制環(huán)境噪聲,提高了梯度計(jì)的噪聲抑制性能。
      【IPC分類(lèi)】A61B5-04, G01R33-022, G01R33-02
      【公開(kāi)號(hào)】CN104545875
      【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310492676
      【發(fā)明人】張樹(shù)林, 李華, 邱陽(yáng), 張朝祥, 孔祥燕, 謝曉明
      【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
      【公開(kāi)日】2015年4月29日
      【申請(qǐng)日】2013年10月18日
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