结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法与流程

本发明涉及一种生物脑电测量方法。特别是涉及一种将脑电、磁声耦合技术、声源定位技术结合在一起的结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法。

背景技术：

大脑神经功能是当今科学研究最前沿的内容。其中脑电信号的精确定位技术，更是脑科学研究的难点。目前，科研领域用于脑电无创测量的技术主要为头皮脑电图(EEG)，因颅骨的低导电性等原因，导致EEG空间分辨率较低，无法精确定位发生相应电信号的位置。其他脑电测量技术，如皮层脑电图(ECoG)和细胞外脑电测量技术(LFP)，都需要打开颅骨进行测量，对被试者伤害较大，是不适用于对人体进行的科学研究。

大脑一定区域内的多个神经细胞同时兴奋会产生可测电流，在外加磁场下受到洛伦兹力而产生震动，形成声源。在颅外使用声传感器阵列采集信号，可以对声源位置，即脑电信号的位置进行定位。该原理将脑电、磁声耦合技术、声源定位技术结合在一起，并应用于无创脑电信号的精确定位领域是本发明的核心部分。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以通过多传感器实现脑电信号的实时性精确定位的结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法。

本发明所采用的技术方案是：一种结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法，是一种结合高强度静磁场和低频声传感阵列所进行的无创生物脑电测量方法，是将待测试者头部位于静磁场中，被测试者头部的脑电信号在静磁场中受到洛伦兹力，并在相应位置产生与脑电信号幅度频率相同的震动信号；将低频声传感器阵列固定于被测试者头部从而测得震动信号。包括如下步骤：

1)使用隔音棉将实验室门窗封闭，并制作用于容纳被测试者头部的隔音箱，用以屏蔽实验室内部仪器的噪音；

2)用传感器测定隔音箱内部环境的噪音，存入计算机；

3)判断隔音箱内部环境噪音是否低于设定的实验噪音阈值，是则进入下一步骤，否则检查实验室隔音状态，消除噪音隐患后返回步骤2)

4)使被测试者平躺在位于上下两块电磁铁之间的防震台上，将被测试者头部涂以导声膏后置于隔音箱内，并将低频声传感器阵列固定于被测试者头部；

5)给电磁铁通电；

6)使用低频声传感器阵列采集脑电的磁声信号，通过磁声信号获取相应位置脑电信号的幅值和频率的信息，并存入计算机；

7)采用延迟相加算法，计算脑电信号的位置信息，得到声音分布影像；

8)使用MRI或CT获取被测试者大脑结构影像，并与声音分布影像叠加，获取最终的声音影像。

步骤4)所述的防震台和隔音箱，是根据待测信号频率要求制定的低频隔音装置。

本发明的结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法，将脑电、磁声耦合技术、声源定位技术结合在一起，并应用于无创脑电信号的精确定位。由于通过磁声耦合产生的声信号测量脑电信号，可以通过多传感器实现脑电信号的实时性精确定位，本发明为脑科学相关的科研领域提供一种新的测量方法。

附图说明

图1是用于本发明结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法的装置；

图2是本发明中获取脑电信号位置信息的流程示意图。

图中

1：磁场发生与检测模块 2：低频声传感器阵列模块

3：隔音防震模块 11：电磁铁

12：电源 13：特斯拉计

21：低频声传感器阵列 22：放大滤波模块

23：数据采集卡 24：个人电脑PC

31：隔音箱 32：防震台

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法做出详细说明。

本发明的结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法，是一种结合高强度静磁场和低频声传感阵列所进行的无创生物脑电测量方法，是将被测试者头部位于如图1所示的静磁场中，被测试者头部的脑电信号在静磁场中受到洛伦兹力，并在相应位置产生与脑电信号幅度频率相同的震动信号；将低频声传感器阵列固定于被测试者的头部，从而测得震动信号。本发明，由于通过磁声耦合产生的声信号测量脑电信号，可以通过多传感器实现脑电信号的实时性精确定位。

本发明的结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法所用的装置如图1所示，包括有：设置在被测试者头部上端的用于产生磁场并施加于被测试者头部上同时监测磁场的磁感应强度的磁场发生与检测模块1，固定于被测试者头部用于精确定位震动位置的低频声检测阵列模块2，用于屏蔽噪声的隔音防震模块3。

所述的磁场发生与检测模块1产生的磁场磁感线方向(如图1中z轴方向)与所述的低频声检测阵列模块2的方向垂直。磁感线方向脑电信号的方向的矢量积方向为声震动方向。需要根据脑电电流矢量的方向确定被测试者头部摆放方向。

所述的磁场发生与检测模块1包括有：电源12，用于输出电流，所述电源12可以采用但不限于北京国电亚光HY-17电源或者长春英普XD-30K电源；电磁铁11，设置于被测试者头部上方，链接电源12用于根据不同的供电电流，产生不同磁感应强度的磁场作用于被测试者头部上，所述电磁铁11可采用但不限于长春英普SBV-300或SBV-380；特斯拉计13，设置在电磁铁11的一侧，用于实现磁场的监测，实时显示磁场的磁感应强度，所述特斯拉计13可采用但不限于美国Lakeshore 475，或青岛中宇环泰931实现。

所述的低频声检测阵列模块2包括依次串联有：低频声传感器阵列21，用于获取震动信号，所述的低频声传感器阵列21可以采用但不限于16只Bruel&公司生产的4955构成4*4的方形阵列均匀排布于头皮上传感器间隔2cm。放大模块22，用于放大信号，可以采用但不限于Bruel&公司生产的前置放大模块2690和美国AR公司生产的功率放大器500A250C最大放大倍数可以达到80dB。采集卡23，用于数据采集模数转换，可以采用但不限于美国NI公司生产的数据采集系统PXI5122，5922，计算机24。

所述的隔音防震模块3包括有，31隔音箱，32防震台，隔音箱固定于防震台上，被测试者头部位于隔音箱内。其中所述的隔音箱采用但不限于长300mm，宽300mm，厚5mm的有机玻璃加工而成，内部贴上厚度2mm隔音毡，外部贴上厚度30mm的隔音棉。32防震台，可以采用但不限于武汉中航世纪公司生产的定制防震台，大小为长500mm，宽500mm，厚200mm，高度500mm。

被测试者头部脑电信号在静磁场中受到洛伦兹力，并在相应位置产生于脑电信号幅度频率相同的震动信号；将低频声传感器阵列固定于待测样本头部即可测量此信号。本发明，由于通过磁声耦合产生的声信号测量脑电信号，可以通过多传感器实现脑电信号的实时性精确定位。

本发明的结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法，具体包括如下步骤：

1)为了屏蔽实验室外界噪声，使用隔音棉将实验室门窗封闭，并制作30*30*30cm的用于容纳被测试者头部的隔音箱，用以屏蔽实验室内部仪器的噪音；

2)用传感器测定隔音箱内部环境的噪音，存入计算机；

3)判断隔音箱内部环境噪音是否低于设定的实验噪音阈值，是则进入下一步骤，否则检查实验室隔音状态，消除噪音隐患后返回步骤2)

4)使被测试者平躺在位于上下两块电磁铁之间的防震台上，将被测试者头部涂以导声膏后置于隔音箱内，并将低频声传感器阵列固定于被测试者头部，所述的防震台和隔音箱，是根据待测信号频率要求制定的低频隔音装置；

5)给电磁铁通电；

6)使用低频声传感器阵列采集脑电的磁声信号，通过磁声信号获取相应位置脑电信号的幅值和频率的信息，并存入计算机；

7)根据图2所示，采用延迟相加算法，计算脑电信号的位置信息，得到声音分布影像；

8)使用MRI或CT获取被测试者大脑结构影像，并与声音分布影像叠加，获取最终的声音影像。

本发明的结合磁声耦合和声源定位技术的无创生物脑电测量方法，在外加磁场的情况下，产生脑电信号的位置会受到洛伦兹力并产生震动。在颅外加声传感器阵列的情况下，通过声源定位技术可以精确定位相应脑电的产生位置。