用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统，该方法包括：根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量；根据环境磁场的无源性和无旋性，确定9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用磁强计构建5个独立的一阶梯度分量，对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。本发明专利技术实现了空间全张量的一阶梯度补偿，可以更加有效地抑制环境噪声，提高了梯度计的噪声抑制性能。

【技术实现步骤摘要】
用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统
本专利技术属于信号检测
，涉及一种梯度补偿方法，特别是涉及一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统。
技术介绍
生命活动背后蕴藏着丰富的电磁信息，生物磁，来源于生物磁电活动产生的空间磁场，其强度非常微弱，如成人心磁的典型强度为100pT，脑磁更为微弱，只有百fT量级。作为一种高灵敏的磁传感器，超导量子干涉器件（SuperconductingQuantumInterferenceDevice，SQUID）广泛地应用于生物磁信号的测量。相对于微弱的生物磁信号，环境磁场非常强，如地球磁场的典型强度为30-50μT，城市环境噪声的变化也达到了数百nT。为此，除了高灵敏的SQUID磁传感器，还需要高性能的噪声抑制技术。目前，最常用的噪声抑制方案是梯度计技术，尤其是在非屏蔽环境下，梯度计对磁场的空间梯度产生响应。通常，生物磁为近源，表现出一个大的空间梯度，环境磁场为远源，在检测处的空间上比较均匀，由此，梯度计能很好的检测生物磁信号和抑制环境噪声。根据梯度对磁场的响应阶数，有一阶、二阶、更高阶等。实际应用过程中，理想的梯度计是不存在的，不可避免地对均匀场及低阶的梯度场产生响应。为了提高梯度计的噪声抑制性能，合成噪声抑制方法得到了广泛地使用。合成噪声抑制方法是基于一个探测生物磁的信号通道和距离信号源比较远的基本检测背景环境噪声的多个参考通道，利用参考通道的线性组合去补偿信号通道中包含的噪声，以构筑更高噪声抑制性能梯度计的方法。对于一定的信号通道，参考通道的选择和补偿决定了最终的合成噪声抑制性能。目前，最常使用的参考通道是单z轴磁强计和xyz三轴磁强计。此方法结构简单，实现起来很方便，但是噪声抑制性能有限。究其原因，主要是由于环境磁场包含除了包含xyz三个分量的均匀场，还包括一阶梯度、二阶梯度等。以一阶梯度为例，环境磁场的一阶梯度为一个由9个分量组成的张量，根据磁场的无源性和无旋性，也包含有5个独立分量，这些都会带来一定的噪声噪声干扰。基于这些一阶梯度噪声干扰，目前也有使用多磁强计构筑某一个或者两个一阶梯度参考。虽然能取得一定的噪声抑制效果，但从理论上来看，仍然补偿能力有限。为此，探寻高性能的梯度补偿显得尤为必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统，用于解决现有技术中利用多磁强计构筑某一个或者两个一阶梯度参考的补偿能力有限的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统。一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，包括：根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量；根据环境磁场的无源性和无旋性，确定所述9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用在三维直角坐标系xyz中设置磁强计构建所述5个独立的一阶梯度分量；利用所述5个独立的一阶梯度分量对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对所述环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。优选地，设Bx为x方向磁场，By为y方向磁场，Bz为z方向磁场；则Bx在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和By在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和Bz在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和优选地，所述5个独立的一阶梯度分量的确定过程包括：根据环境磁场的无源性和无旋性，9个一阶梯度分量的关系表示为：其中，只有5个独立分量；所述5个独立分量为及或及或及依此类推剩余不同类型的独立分量组合。优选地，若选定的5个独立分量为及则构建所述5个独立的一阶梯度分量的具体过程包括：放置第1个磁强计，测量x方向磁场Bx；以Bx磁场位置为基准，分别沿着x和y方向移动距离d放置第2个和第3个磁强计，测量x方向的磁场Bx'和Bx''，获得Bx磁场分别在x和y方向的两个一阶梯度分量和放置第4个磁强计，测量z方向磁场Bz；以Bz磁场位置为基准，分别沿x、y和z方向移动距离d放置第5个至第7个磁强计，测量z方向的磁场Bz'、Bz''和Bz'''，获得Bz磁场分别在x、y和z方向的三个一阶梯度分量和优选地，设所述环境磁场的通道信号为Bs，对Bs进行全张量一阶梯度补偿获得补偿后的通道信号其中，kxx，kxy，kzx，kzy和kzz分别为所述选定的5个独立分量为及对应的补偿系数。一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿系统，包括：全张量一阶梯度分量确定模块，根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量；全张量一阶梯度分量构建模块，与所述全张量一阶梯度分量确定模块相连，根据环境磁场的无源性和无旋性，确定所述9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用在三维直角坐标系xyz中设置磁强计构建所述5个独立的一阶梯度分量；全张量一阶梯度分量补偿模块，与所述全张量一阶梯度分量构建模块相连，利用所述5个独立的一阶梯度分量对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对所述环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。优选地，所述全张量一阶梯度分量构建模块包括：第一磁强计，设置于环境磁场中，测量5个独立的一阶梯度分量中第一个方向的磁场；第二磁强计，设置于所述第一磁强计沿着第一个方向移动距离d的位置处，获得所述第一个方向的磁场在第一个方向的一阶梯度分量；第三磁强计，设置于所述第一磁强计沿着第二个方向移动距离d的位置处，获得所述第一个方向的磁场在第二个方向的一阶梯度分量；第四磁强计，设置于环境磁场中，测量5个独立的一阶梯度分量中第三个方向的磁场；第五磁强计，设置于所述第四磁强计沿着第一个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场在第一个方向的一阶梯度分量；第六磁强计，设置于所述第四磁强计沿着第二个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场在第二个方向的一阶梯度分量；第七磁强计，设置于所述第四磁强计沿着第三个方向移动距离d的位置处，获得所述第三个方向的磁场在第三个方向的一阶梯度分量。优选地，所述全张量一阶梯度分量补偿模块包括：补偿函数构建单元，与所述全张量一阶梯度分量构建模块相连，利用所述5个独立的一阶梯度分量构建对一环境磁场的信号通道Bs的补偿函数其中，kxx，kxy，kzx，kzy和kzz分别为所述选定的5个独立分量为及对应的补偿系数；补偿系数求解单元，与所述补偿函数构建单元相连，对所述补偿函数Bsc进行最小均方误差求解获得补偿系数kxx，kxy，kzx，kzy和kzz；补偿单元，与所述补偿系数求解单元相连，将求解到的补偿系数kxx，kxy，kzx，kzy和kzz带入所述补偿函数中，得到一阶梯度补偿后的信号通道。如上所述，本专利技术所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法及系统，具有以下有益效果：本专利技术采用磁强计组合构筑一阶梯度计，可测量全部5个独立一阶梯度分量，采用固定系数的方法补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于，所述用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法包括：根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量；根据环境磁场的无源性和无旋性，确定所述9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用在三维直角坐标系xyz中设置磁强计构建所述5个独立的一阶梯度分量；利用所述5个独立的一阶梯度分量对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对所述环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。

【技术特征摘要】
1.一种用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于，所述用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法包括：根据三维直角坐标系xyz确定环境磁场的9个全张量一阶梯度分量，为x方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，y方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量，z方向磁场分别在x、y和z方向的一阶梯度分量；根据环境磁场的无源性和无旋性，确定所述9个全张量一阶梯度分量中的5个独立的一阶梯度分量，利用在三维直角坐标系xyz中设置磁强计构建所述5个独立的一阶梯度分量；利用所述5个独立的一阶梯度分量对一环境磁场的信号通道进行补偿，通过最小均方误差求得补偿系数，实现对所述环境磁场的信号通道的全张量一阶梯度的补偿。2.根据权利要求1所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于：设Bx为x方向磁场，By为y方向磁场，Bz为z方向磁场；则Bx在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和By在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和Bz在x、y和z方向的一阶梯度分量分别为和3.根据权利要求2所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于，所述5个独立的一阶梯度分量的确定过程包括：根据环境磁场的无源性和无旋性，9个一阶梯度分量的关系表示为：其中，只有5个独立分量；所述5个独立分量为及或及或及依此类推剩余不同类型的独立分量组合。4.根据权利要求3所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于，若选定的5个独立分量为及则构建所述5个独立的一阶梯度分量的具体过程包括：放置第1个磁强计，测量x方向磁场Bx；以Bx磁场位置为基准，分别沿着x和y方向移动距离d放置第2个和第3个磁强计，测量x方向的磁场Bx'和Bx”，获得Bx磁场分别在x和y方向的两个一阶梯度分量和放置第4个磁强计，测量z方向磁场Bz；以Bz磁场位置为基准，分别沿x、y和z方向移动距离d放置第5个至第7个磁强计，测量z方向的磁场Bz'、Bz”和Bz”'，获得Bz磁场分别在x、y和z方向的三个一阶梯度分量和5.根据权利要求4所述的用于生物磁检测的全张量空间梯度补偿方法，其特征在于：设所述环境磁场的通道信号为Bs，对Bs进行全张量一阶梯度补偿获得补偿后的通道信号其中，kxx，kxy，kzx，kzy和kzz分别为所述选定的5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树林，李华，邱阳，张朝祥，孔祥燕，谢晓明，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31