本發(fā)明涉及一種腦磁信息分析方法，特別是一種基于原子磁力傳感的腦磁信息分析方法。
背景技術：
腦磁圖(Magnetoencephalography，簡稱MEG)檢測是一種對人體無創(chuàng)性、無放射性的腦功能圖像探測技術之一，在腦科學、生物磁學、生命醫(yī)療、生物技術、健康檢測、疾病診療、人機交互、智能控制、行為組織、心理學、智慧感知等領域中發(fā)揮非常重要的作用。腦磁圖不需要直接接觸皮膚，所以不會發(fā)生由此出現(xiàn)的偽差，可以反應腦內(nèi)磁場源的活動狀態(tài)，在時間和空間上具有非常好的分辨率。磁場檢測得到的腦磁圖可以應用到癲癇診斷和致癇灶的手術前定位、神經(jīng)外科手術前大腦功能區(qū)定位、缺血性腦血管病預測和診斷、精神病和心理障礙疾病的診斷、外傷后大腦功能的評估和鑒定、司法鑒定和測謊應用、語言、視覺、聽覺、體感誘發(fā)等的研究，高性能腦磁信息檢測分析方法具有重要的研究意義和廣泛應用價值。
在先技術中，存在腦磁圖檢測裝置，總部在瑞典的跨國公司Elekta公司是腦磁圖檢測裝置領先者，生產(chǎn)Elekta Neuromag TRIUX型號腦磁圖儀；美國Tristan公司生產(chǎn)MagView型號腦磁圖儀，在腦磁圖儀市場占有相當份額，采用量子超導干涉器件。在先技術參見美國專利，專利名稱為high-reslution magenetoencephalography system, components and methods,專利號為US7197352B2，專利授權時間為2007年3月27日。在先技術具有相當?shù)膬?yōu)點，但是存在一些本質(zhì)不足：1）檢測磁場裝置所基于的原理為超導量子干涉器件檢測磁場，以磁通量量子化和約瑟夫森隧穿效應兩種物理現(xiàn)象為檢測原理，必需低溫制冷系統(tǒng)，通常采用液氮或液氦制冷，系統(tǒng)結構復雜；2）檢測裝置檢測靈敏度受限于檢測原理和系統(tǒng)構建復雜度，針對腦磁圖檢測的靈活性差；3）裝置體積大，無法實現(xiàn)小型化，構建成本高，檢測磁場空間分辨率有限，影響使用范圍。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對上述技術的不足，提供一種基于原子磁力傳感的腦磁信息分析方法，具有方法簡單、流程簡潔、便于實現(xiàn)、靈敏度高、實現(xiàn)成本低、實時性好、高可靠性、高穩(wěn)定性、需要空間小、信息量大、功能易于擴充等特點。
本發(fā)明的技術方案是：一種基于原子磁力傳感的腦磁信息檢測分析方法，其步驟為：首先，將由原子磁力傳感器構成的全光原子磁力計和全光原子磁梯度計交錯分布在頭部，構成全光原子磁力計陣列和全光原子磁梯度計陣列，并形成腦磁傳感層，全光原子磁力計陣列和全光原子磁梯度計陣列采集腦磁場信息；然后通過頭部磁場原始數(shù)據(jù)模塊收集，并傳輸給后續(xù)數(shù)據(jù)分析模塊，進行多信息分析處理反演出不同維度的腦活動行為信息，再由腦活動信息合成模塊進行信息融合，得到高空間時間分辨率腦活動信息三位圖像。
所述腦磁傳感層外部設置噪聲屏蔽層；所述腦磁場信息包括磁場絕對強度信息和空間矢量特性信息。
所述頭部磁場原始數(shù)據(jù)模塊將腦磁場信息同時分發(fā)給偶極子磁場分析模塊、貝葉斯磁場分析模塊、最小范數(shù)磁場分析模塊、波束合成磁場分析模塊、多級信號磁場分析模塊、動力學磁場分析模塊、矢量場模式逆問題模塊；偶極子磁場分析模塊采用偶極子逆問題算法分析腦磁場信息，構建三維時空腦活動圖像信息；貝葉斯磁場分析模塊采用貝葉斯分析統(tǒng)計方法反演腦活動圖像信息；最小范數(shù)磁場分析模塊分析腦磁場信息進行腦活動信息構建；波束合成磁場分析模塊利用波束合成技術在進行噪聲抑制的同時構建高信噪比腦活動信息；多級信號磁場分析模塊采用多級信號分類技術進行腦磁場信息分析，抑制噪聲并且逆向問題求解腦活動信息；動力學磁場分析模塊利用非線性動力學技術進行抑制噪聲，并且進行高信噪比腦活動信息分析；矢量場模式逆問題模塊基于矢量衍射理論反演算法，分析構建腦活動圖譜；偶極子磁場分析模塊、貝葉斯磁場分析模塊、最小范數(shù)磁場分析模塊、波束合成磁場分析模塊、多級信號磁場分析模塊、動力學磁場分析模塊、矢量場模式逆問題模塊將做得到腦活動信息傳給腦活動信息合成模塊進行信息融合，腦活動信息合成模塊根據(jù)所需信息特性，進行融合算法構建，得到高空間時間分辨率腦活動信息三位圖像。
所述全光原子磁力計陣列和全光原子磁梯度計陣列分別為全光堿金屬原子磁力計陣列和全光堿金屬原子磁梯度計陣列。
所述波束合成磁場分析模塊采用線性約束最小方差算法進行腦磁信息處理。
所述腦活動信息合成模塊采用基于空間和時間頻率的多信息融合模塊。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
1）在先技術檢測磁場裝置所基于的原理為超導量子干涉器件檢測磁場，以磁通量量子化和約瑟夫森隧穿效應兩種物理現(xiàn)象為檢測原理，必需低溫制冷系統(tǒng)，通常采用液氮或液氦制冷，系統(tǒng)結構復雜，無法實現(xiàn)小型化，構建成本高。本發(fā)明基于原子磁力檢測原理，構建原子氣體室，利用光與原子蒸汽相互作用，由原子磁力傳感器構成全光原子磁力計和全光原子磁梯度計，全光原子磁力計和全光原子磁梯度計交錯分布在頭部，形成腦磁傳感層，不存在超導器件，具有方法簡單、無需低溫制冷系統(tǒng)、便于實現(xiàn)、靈敏度高、實現(xiàn)成本低、實時性好、需要空間小等特點；
2）在先技術檢測裝置檢測靈敏度受限于檢測原理和系統(tǒng)構建復雜度，針對腦磁圖檢測的靈活性差。本發(fā)明采用偶極子、貝葉斯、最小范數(shù)、波束合成、多級信號處理、非線性動力學、矢量場模式等逆問題分析處理方法同時進行腦磁場逆行為分析，對腦磁信息處理和信息融合，得到高空間時間分辨率腦活動信息三位圖像，不僅可以給出腦磁圖，還可以給出腦活動信息，具有方法簡單、流程簡潔、高可靠性、高穩(wěn)定性、需要空間小、信息量大等特點；
3）在先技術裝置體積大、檢測磁場空間分辨率有限、功能有限，影響使用范圍。本發(fā)明采用采用全光原子磁力檢測原理，磁場強度和梯度檢測同時進行，采用多種逆向信息處理方法，對磁場信息和腦活動信息進行分析獲取，并可以根據(jù)具體需求進行信息融合，可以充分利用微納光學與光電加工工藝，本發(fā)明可以實現(xiàn)微型化，并且構建成本低、模塊化程度高、靈活性強、功能易于擴充等特點。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的基于原子磁力傳感的腦磁信息分析方法的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
本發(fā)明的基于原子磁力傳感的腦磁信息分析方法，如圖1所示，基于原子磁力傳感，由原子磁力傳感器構成全光原子磁力計和全光原子磁梯度計，全光原子磁力計和全光原子磁梯度計交錯分布在頭部，構成全光原子磁力計陣列201和全光原子磁梯度計陣列202，并形成腦磁傳感層2，全光原子磁力計陣列201和全光原子磁梯度計陣列202采集腦磁場信息；采集的腦磁場信息被頭部磁場原始數(shù)據(jù)模塊4收集，并傳輸給后續(xù)數(shù)據(jù)分析模塊，進行多信息分析處理反演出不同維度的腦活動行為信息，再由腦活動信息合成模塊進行信息融合，得到高空間時間分辨率腦活動信息三位圖像。
本實施例的具體實現(xiàn)步驟為：
（1）基于原子磁力傳感技術，構建全光原子磁力計和全光原子磁梯度計，全光原子磁力計陣列201和全光原子磁梯度計陣列202交錯分布在頭部1的外部，構成腦磁傳感層2，在腦磁傳感層2外部設置有噪聲屏蔽層3；全光原子磁力計陣列201和全光原子磁梯度計陣列202分別為全光堿金屬原子磁力計陣列201和全光堿金屬原子磁梯度計陣列202；
（2）全光原子磁力計陣列201和全光原子磁梯度計陣列202進行腦磁場信息采集，包括磁場絕對強度信息和空間矢量特性信息，并將采集到的原始信息傳輸給頭部磁場原始數(shù)據(jù)模塊4進行統(tǒng)籌數(shù)據(jù)管理；
（3）頭部磁場原始數(shù)據(jù)模塊4將腦磁場信息同時分發(fā)給偶極子磁場分析模塊5、貝葉斯磁場分析模塊6、最小范數(shù)磁場分析模塊7、波束合成磁場分析模塊8、多級信號磁場分析模塊9、動力學磁場分析模塊10、矢量場模式逆問題模塊11；偶極子磁場分析模塊5采用偶極子逆問題算法分析腦磁場信息，構建三維時空腦活動圖像信息；貝葉斯磁場分析模塊6采用貝葉斯分析統(tǒng)計方法反演腦活動圖像信息；最小范數(shù)磁場分析模塊7分析腦磁場信息進行腦活動信息構建；波束合成磁場分析模塊8利用波束合成技術在進行噪聲抑制的同時構建高信噪比腦活動信息；多級信號磁場分析模塊9采用多級信號分類技術進行腦磁場信息分析，抑制噪聲并且逆向問題求解腦活動信息；動力學磁場分析模塊10利用非線性動力學技術進行抑制噪聲，并且進行高信噪比腦活動信息分析；矢量場模式逆問題模塊11基于矢量衍射理論反演算法，分析構建腦活動圖譜；波束合成磁場分析模塊8采用線性約束最小方差算法進行腦磁信息處理；
（4）偶極子磁場分析模塊5、貝葉斯磁場分析模塊6、最小范數(shù)磁場分析模塊7、波束合成磁場分析模塊8、多級信號磁場分析模塊9、動力學磁場分析模塊10、矢量場模式逆問題模塊11將做得到腦活動信息傳給腦活動信息合成模塊12進行信息融合，腦活動信息合成模塊12采用基于空間和時間頻率的多信息融合技術，腦活動信息合成模塊12根據(jù)所需信息特性，進行融合算法構建，得到高空間時間分辨率腦活動信息三位圖像。
本實施例基于腦磁場檢測對腦活動行為進行了檢測分析，采用基于Rd堿金屬原子的磁力傳感單元，實現(xiàn)了高空間高時間分辨率的腦電流場活動分布圖的獲取，具有方法簡單、流程簡潔、便于實現(xiàn)、靈敏度高、實現(xiàn)成本低、實時性好、高可靠性、高穩(wěn)定性、需要空間小、信息量大、功能易于擴充、便于場重構等特點。
本發(fā)明步驟中涉及多種模塊使用，模塊不局限于硬件模塊，軟件分析方法或步驟的封裝功能包也稱之為模塊。
以上所述的具體實施方式對本發(fā)明的技術方案和有益效果進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補充和等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
本發(fā)明中磁場傳感器及其使用方法、機械結構、時序控制、模塊構建、信號傳輸?shù)染鶠槌墒旒夹g，本發(fā)明的發(fā)明點在于基于全光原子磁力傳感技術，構建腦磁傳感層，采用偶極子、貝葉斯、最小范數(shù)、波束合成、多級信號處理、非線性動力學、矢量場模式等逆問題分析處理方法同時進行腦磁場逆行為分析，對腦磁信息處理，進行信息融合，得到高空間時間分辨率腦活動信息三位圖像，給出一種方法簡單、流程簡潔、便于實現(xiàn)、靈敏度高、實現(xiàn)成本低、實時性好、高可靠性、高穩(wěn)定性、需要空間小、信息量大、功能易于擴充的一種基于原子磁力傳感的腦磁信息分析方法，本質(zhì)上避免在先技術的不足。