本发明涉及一种背景噪声削弱系统及方法，特别是一种脑磁图检测中背景噪声削弱系统及方法，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背景噪声削弱系统及方法。
背景技术：
脑磁图(Magnetoencephalography，简称MEG)检测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。脑磁图不需要接触皮肤，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。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。
由于脑磁场很弱，在脑磁图检测中需要削弱外界噪声，提高脑磁场检测信噪比。在先技术中存在较为普遍的方法就是构建磁屏蔽室，将脑磁图仪放置在磁屏蔽室中，这种方法实现过程复杂、对外界条件要求高、成本高、需要空间大、限制脑磁图仪使用灵活性。在先技术中存在另一种方法，见美国专利，专利名称为Noise cancellation in magnetoencephalography and electroencephalography with isolated reference sensors,授权专利号为US7729740B2，专利授权时间为2010年01月01日，本发明采用增加传感器的方式，在设立的电磁场屏蔽层的两侧设置有主传感器和参考传感器，主传感器在靠近被检测方一侧，参考传感器设置在环境噪声一侧，通过参考传感器得到矫正信号，主传感器信号减去矫正信号得到无噪声信号（noise-free singal），此在先技术具有相当的优点，但是存在一些本质不足，系统结构复杂、实现过程繁冗、不便于实现、增加成本、影响检测性能、适用范围有限。
技术实现要素：
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背景噪声削弱系统及方法，该系统具有简洁、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、高可靠性、高稳定性、需要空间小、灵活性强、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： 一种脑磁图检测中背景噪声削弱系统，包括头戴柔性衬底、磁传感器阵列层、可穿戴磁场传感器颈环，：所述头戴柔性衬底外侧设置有磁传感器阵列层，磁传感器阵列层由脑磁场传感器阵列和外磁场传感器阵列构成，脑磁场传感器阵列和外磁场传感器阵列分布在大脑左右两个半球，磁传感器阵列层外部设置有磁屏蔽层；所述可穿戴磁场传感器颈环设置在人体颈部，可穿戴磁场传感器颈环由脑磁场传感器环形阵列、外磁场传感器环形阵列构成；所述脑磁场传感器阵列通过头部脑磁场分析模块和所述外磁场传感器阵列通过头部外磁场分析模块分别连接脑磁图合成模块；所述脑磁场传感器环形阵列通过颈部脑磁场分析模块和所述外磁场传感器环形阵列通过颈部外磁场分析模块分别连接脑磁图合成模块。
磁场传感器为碱金属原子磁场传感器。
一种应用脑磁图检测中背景噪声削弱系统的噪声削弱方法，首先，脑磁场传感器阵列检测到脑磁场信息传给头部脑磁场分析模块进行分析，外磁场传感器阵列将头部外磁场信息传给头部外磁场分析模块进行噪声特性分析；同时，可穿戴磁场传感器颈环的脑磁场传感器环形阵列将人体颈部区域脑磁场信息传给颈部脑磁场分析模块进行分析，可穿戴磁场传感器颈环的外磁场传感器环形阵列将人体颈部区域外磁场信息传给颈部外磁场分析模块进行外部噪声分析；然后，头部脑磁场分析模块、颈部脑磁场分析模块、头部外磁场分析模块、颈部外磁场分析模块将磁场信息传输给脑磁图合成模块，脑磁图合成模块将脑磁场信息进行融合，对外部磁场信息进行噪声分析，得到参考噪声本底信号，融合脑磁场信息减去参考噪声本底信号，实现脑磁图检测中的背景噪声消弱，得到高信噪比脑磁图。
所述头部外磁场分析模块是基于外界磁场频率特性，以及外界磁场和脑磁场关联度，对外界磁场进行特征分析和强度分布计算评估，得到对脑磁场存在干扰的外界磁场分布。
所述颈部外磁场分析模块是基于外界磁场频率特性，以及外界磁场和脑磁场关联度，对外界磁场进行特征分析和强度分布计算评估，得到对脑磁场存在干扰的颈部区域外界磁场分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）在先技术中构建磁屏蔽室或采用增加传感器的方式，在设立的电磁场屏蔽层的两侧设置有主传感器和参考传感器，主传感器在靠近被检测方一侧，参考传感器设置在环境噪声一侧，通过参考传感器得到矫正信号，主传感器信号减去矫正信号得到无噪声信号，具有实现过程复杂、对外界条件要求高、成本高、需要空间大、限制脑磁图仪使用灵活性等不足。本发明基于脑磁场和磁传感器特性，采用小空间磁屏蔽技术，并且将头部磁检测和颈部磁检测相结合，分别在头部和颈部采集脑磁场和外部磁场信息，分析得到经过头戴磁屏蔽后的参考噪声本底信号，融合脑磁场信息减去参考噪声本底信号，实现脑磁图检测中的背景噪声消弱，得到高信噪比脑磁图，具有系统简洁、方法简单、流程简洁、便于实现、灵敏度高、实现成本低等特点；
2）在先技术本质上受限于外界条件以及采用的磁传感器的原理，实时性差、信息分析流程繁琐、影响检测性能、适用范围有限。本发明采用脑部局部磁屏蔽，并且进行颈部脑磁场和外部磁场检测，信息数据充分，利用头部和颈部外磁场传感器阵列采集干扰磁场信息，并进行分析处理，采集到的脑磁场信息中扣除干扰磁场，实现高信噪比，具有时性好、高可靠性、高稳定性、需要空间小、灵活性强、不影响检测性能、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背景噪声削弱系统示意图。
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，一种脑磁图检测中背景噪声削弱系统，包括头戴柔性衬底1、磁传感器阵列层2、磁屏蔽层3、可穿戴磁场传感器颈环4、头部脑磁场分析模块5、头部外磁场分析模块6、颈部脑磁场分析模块7、颈部外磁场分析模块8、脑磁图合成模块9。
头戴柔性衬底1外侧设置有磁传感器阵列层2，磁传感器阵列层2由脑磁场传感器阵列201和外磁场传感器阵列202构成，脑磁场传感器阵列201和外磁场传感器阵列202分布在大脑左右两个半球，磁传感器阵列层1外部设置有磁屏蔽层3；可穿戴磁场传感器颈环4设置在人体颈部，可穿戴磁场传感器颈环4由脑磁场传感器环形阵列401、外磁场传感器环形阵列402构成；脑磁场传感器阵列201通过头部脑磁场分析模块5和外磁场传感器阵列202通过头部外磁场分析模块6分别连接脑磁图合成模块9；脑磁场传感器环形阵列401通过颈部脑磁场分析模块7和外磁场传感器环形阵列402通过颈部外磁场分析模块8分别连接脑磁图合成模块9。
本发明的脑磁图检测中背景噪声削弱方法，基于脑磁场和磁传感器特性，采用小空间磁屏蔽技术，并且将头部磁检测和颈部磁检测相结合，分别在头部和颈部采集脑磁场和外部磁场信息，分析得到经过头戴磁屏蔽后的参考噪声本底信号，融合脑磁场信息减去参考噪声本底信号，实现脑磁图检测中的背景噪声消弱，得到高信噪比脑磁图。本发明步骤中涉及多种模块使用，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)在头戴柔性衬底1外侧设置有磁传感器阵列层2，磁传感器阵列层2由脑磁场传感器阵列201和外磁场传感器阵列202构成，脑磁场传感器阵列201和外磁场传感器阵列202分布在大脑左右两个半球，磁传感器阵列层1外部设置有磁屏蔽层3，脑磁场传感器阵列201和外磁场传感器阵列202均采用原子磁力传感器构成阵列；
步骤(2)人体颈部设置有可穿戴磁场传感器颈环4，可穿戴磁场传感器颈环4由脑磁场传感器环形阵列401和外磁场传感器环形阵列402构成，脑磁场传感器环形阵列401和外磁场传感器环形阵列402由原子磁力传感器构成阵列；
步骤(3)脑磁场传感器阵列201检测到脑磁场信息传给头部脑磁场分析模块5进行分析，外磁场传感器阵列202将头部外磁场信息传给头部外磁场分析模块6进行噪声特性分析，头部外磁场分析模块6基于外界磁场频率特性，以及外界磁场和脑磁场关联度，对外界磁场进行特征分析和强度分布计算评估，得到对脑磁场存在干扰的外界磁场分布；
步骤(4)在步骤3实施同时，可穿戴磁场传感器颈环4的脑磁场传感器环形阵列401将人体颈部区域脑磁场信息传给颈部脑磁场分析模块7进行分析，可穿戴磁场传感器颈环4的外磁场传感器环形阵列402将人体颈部区域外磁场信息传给颈部外磁场分析模块8进行外部噪声分析，颈部外磁场分析模块8基于外界磁场频率特性，以及外界磁场和脑磁场关联度，对外界磁场进行特征分析和强度分布计算评估，得到对脑磁场存在干扰的颈部区域外界磁场分布；
步骤(5)头部脑磁场分析模块5、颈部脑磁场分析模块7、头部外磁场分析模块6、颈部外磁场分析模块8将磁场信息传输给脑磁图合成模块9，脑磁图合成模块9将脑磁场信息进行融合，对外部磁场信息进行噪声分析，得到参考噪声本底信号，融合脑磁场信息减去参考噪声本底信号，实现脑磁图检测中的背景噪声消弱，得到高信噪比脑磁图。
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，实现了0.5mm空间分辨率，灵敏度达到2fT的脑磁场分布图，信噪比提高了2倍，达到了脑磁图检测中的背景噪声削弱效果，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、高可靠性、高稳定性、需要空间小、灵活性强、不影响检测性能、功能易于扩充、应用范围广等特点。
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、时序控制特征提取、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脑磁场和磁传感器特性，采用小空间磁屏蔽技术，并且将头部磁检测和颈部磁检测相结合，分别在头部和颈部采集脑磁场和外部磁场信息，分析得到经过头戴磁屏蔽后的参考噪声本底信号，融合脑磁场信息减去参考噪声本底信号，实现脑磁图检测中的背景噪声消弱，得到高信噪比脑磁图，给出一种系统简洁、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、高可靠性、高稳定性、需要空间小、灵活性强、不影响检测性能、功能易于扩充、应用范围广的一种脑磁图检测中背景噪声削弱方法，本质上避免在先技术的不足。