8. 9000)，兩個位置分別對應(yīng)左腦和右腦感覺區(qū)。6ms時達(dá)到能量峰 值的源信號被放置在（-39. 4982,-36. 6656,56. 8917)處，19ms時達(dá)到能量峰值的源信號則 被放置在（36. 0071,-18. 8000,58. 9000)處，如 3(a)和化）所示。
[0095] 本實(shí)施例中，在用于腦電/腦磁信號分析的開源軟件eConnectome平臺上完成 了上述仿真數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上對發(fā)明提出的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。具體地，我們 將MEG仿真數(shù)據(jù)導(dǎo)入eConnectome后執(zhí)行數(shù)據(jù)預(yù)處理（Preprocessing)，包括Baseline Correction!；W1~4ms為基準(zhǔn)線）和Filtering(50化陷波濾波器），采用真實(shí)幾何頭模 型和邊界元方法求解正問題獲取轉(zhuǎn)換矩陣A，然后分別用傳統(tǒng)MNE方法和式2)基于時域平 滑約束方法對經(jīng)過預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行腦磁源重建，對比兩者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0096] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果考察兩個方面：一是考察數(shù)據(jù)精確度參數(shù)均方誤差，二是考察兩個活化 位置的估算信號與原始模擬信號的吻合情況。
[0097]采用均方誤差MSE來評價重建方法的精確度：
[0098]
[0099] 其中m是MEG信號通道數(shù)，本發(fā)明m取值148。X和i分別為原始仿真信號和求逆 得到的估算信號。
[0100] 分別計(jì)算了信噪比為4地、6地、8地、10地和12地時對應(yīng)的各時刻均方誤差和總體 均方誤差，如圖4所示。由圖4(a)可W看出，采用傳統(tǒng)MNE方法的各時刻均方誤差波動較 大，而且噪聲越大時，均方誤差波動越大；圖4(b)顯示本發(fā)明提出的基于時域平滑約束算 法各時刻均方誤差基本穩(wěn)定在一個水平，而且受噪聲影響??；圖4(c)顯示基于時域平滑約 束算法的總體均方誤差遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)M肥方法，且噪聲越大，優(yōu)勢越明顯。
[0101] 對比例2
[0102] 圖5 (a)和圖5化）分別展示了腦皮層上兩個活化位置（-39. 4982，-36. 6656， 56. 8917)和（36. 0071,-18. 8000,58. 9000)采用傳統(tǒng)MNE方法的估算信號和仿真信號之間 的吻合情況。發(fā)現(xiàn)各個時刻間獨(dú)立求逆使得解在時域上不規(guī)則振蕩，且某些時刻與真實(shí)值 相去甚遠(yuǎn)。圖6 (a)和圖6化）顯示引入雙參數(shù)正則化增加時域平滑約束項(xiàng)后，估算信號基本 復(fù)原了仿真信號變化趨勢，而且分別在6ms和19ms處具有能量峰值，解決了信號在相鄰時 刻的跳變問題。需要注意的是，估算信號的幅度小于真實(shí)信號，是因?yàn)槭?)中第二項(xiàng)是能 量約束項(xiàng)，也就是說所求的估算信號是所有解中能量最小的解，運(yùn)是重建算法本身決定的， M肥算法也存在同樣的現(xiàn)象。
[0103] 由上述幾個對比例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本發(fā)明提出的基于時域平滑約束的雙參數(shù) MEG時序信號逆問題求解方法而進(jìn)行的腦磁源強(qiáng)度定位方法要優(yōu)于傳統(tǒng)MNE方法。
[0104] 可W理解的是，本發(fā)明的腦磁源強(qiáng)度定位方法也可用于根據(jù)腦電信號來進(jìn)行源定 位。
[0105] 盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列 運(yùn)用，它完全可W被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細(xì)節(jié)和運(yùn)里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種腦磁源強(qiáng)度定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1)通過核磁共振儀對待測試人頭部進(jìn)行掃描，生成腦MR結(jié)構(gòu)圖像；通過腦磁儀在 所述待檢測人頭部設(shè)置m個信號采集點(diǎn)，在時段a內(nèi)連續(xù)采集k個時刻的信號，生成腦磁圖 MEG信號b，其中，MEG信號b以mXk維矩陣表示，Id1為某一時刻的mXl維 列向量，i為正整數(shù)，且1彡i彡k-Ι，將MR結(jié)構(gòu)圖像與MEG信號b的空間位置進(jìn)行配準(zhǔn)，得 到真實(shí)幾何頭模型； 步驟2)將所述頭模型上的大腦皮層設(shè)定為球模型，其上均勻分布有η個位置確定的等 效磁偶極子，即η個腦磁源信號，進(jìn)而確定引導(dǎo)場矩陣A ;用源信號矩陣X表示在時段a內(nèi)η 個腦內(nèi)源信號的強(qiáng)度隨時間的變化，通過MEG信號b與源信號矩陣X如下關(guān)系式計(jì)算出源 信號矩陣X， b = Ax+e 1) 其中，X為nXk維矩陣[X1. . . Xi. . . xk]，Xi為某一時刻的nX 1維源信號列向量，e為 mXk維噪聲信號矩陣，η遠(yuǎn)大于m ; 步驟3)構(gòu)造雙參數(shù)正則化代價函數(shù)，使得求解所述代價函數(shù)得出的解矩陣Xcipt在整個 時段a內(nèi)是所有解中全局能量最小，且在解矩陣1_中相鄰兩個源信號列向量的強(qiáng)度平滑 變化，代價函數(shù)為：其中，'Λ η X k維矩陣，等式右邊第一項(xiàng)表示測量數(shù)據(jù)和估計(jì)數(shù)據(jù)的擬合項(xiàng)，第二項(xiàng) 為時域平滑約束項(xiàng)，采用廣義交叉驗(yàn)證方法自動選取正則化參數(shù)λ JP λ 2; 步驟4)將求解式1)的腦磁逆問題轉(zhuǎn)化為求解式2)的最小值問題，求解式2)得到解 矩陣Xfpt，Xcipt中每一個元素表不某一時刻對應(yīng)該位置處的源信號強(qiáng)度，將X Cipt中每一列向量 中η個元素匹配到大腦皮層η個精確位置上，即完成了任意時刻每個位置上腦磁源信號強(qiáng) 度的定位。2. 如權(quán)利要求1所述的腦磁源強(qiáng)度定位方法，其特征在于，所述步驟1)中，腦磁儀采集 到的數(shù)據(jù)經(jīng)過去眼電、濾波以及基線校準(zhǔn)后得到所述MEG信號b。3. 如權(quán)利要求2所述的腦磁源強(qiáng)度定位方法，其特征在于，所述步驟2)中，采用邊界元 或有限元方法結(jié)合所述頭模型求解正問題獲取mXη維的所述引導(dǎo)場矩陣A，其反映 MEG信 號b與源信號矩陣X映射關(guān)系。4. 如權(quán)利要求1所述的腦磁源強(qiáng)度定位方法，其特征在于，所述腦磁儀設(shè)置有148個信 號采集通道。5. 如權(quán)利要求1所述的腦磁源強(qiáng)度定位方法，其特征在于，所述步驟3)中，根據(jù)在a時 段內(nèi)第i+Ι時刻的源信號解向量xi+i滿足如下條件：x i+i= X i+Δ η y Δ η 來構(gòu)造所 述時域平滑約束項(xiàng)，聯(lián)合正則化參數(shù)λ 2將所述時域平滑約束項(xiàng)構(gòu)造成6. 如權(quán)利要求5所述的腦磁源強(qiáng)度定位方法，其特征在于，所述步驟3)中，具體地，構(gòu) 造以下方程： CN 105147288 A 不乂利要承書 2/2頁其中，k與m都為正整數(shù)，Ikn為單位矩陣，通過遺傳算法求式3)的最小值來 確定λ JP λ 2, IjP I為單位矩陣。7. 如權(quán)利要求6所述的腦磁源強(qiáng)度定位方法，其特征在于，還包括步驟5)，通過確定對應(yīng)的單正則項(xiàng)的最優(yōu)解和對應(yīng)的單正則項(xiàng)的最優(yōu)解在 源信號矩陣中所占的比重求解式2)，從而得到Xcipt。8. 如權(quán)利要求7所述的基于時域平滑約束的腦磁源定位方法，其特征在于，所述步驟 5)中，先引用Kronecker積將式2)轉(zhuǎn)化成如下形式：4)求解λ ^對應(yīng)的單正則項(xiàng)下的解： 最后由以下方程得出所述解矩陣Xcipt:
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種腦磁源強(qiáng)度定位方法，包括：通過引入時域平滑正則算子構(gòu)造雙參數(shù)混合正則化代價函數(shù)，然后根據(jù)廣義交叉驗(yàn)證原則選取雙正則化參數(shù)，通過單正則項(xiàng)在源信號矩陣中的比重對原始代價函數(shù)進(jìn)行求解，得到腦磁源強(qiáng)度和位置確定的解矩陣，從而完成定位過程。本發(fā)明提出的腦磁源強(qiáng)度定位方法具有：總體均方誤差小，且噪聲越大時優(yōu)勢越明顯；各時刻均方誤差基本穩(wěn)定在同一個水平，且受噪聲影響小，根據(jù)本發(fā)明的方法能夠重建得到時空準(zhǔn)確且時域平滑的腦內(nèi)神經(jīng)信號，實(shí)現(xiàn)了腦磁源的精確定位。
【IPC分類】A61B5/055, G06F19/00
【公開號】CN105147288
【申請?zhí)枴緾N201510435334
【發(fā)明人】劉婷, 戴亞康, 周志勇
【申請人】中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月23日