一种有效获取脑磁图信号中事件相关磁场信息的方法技术

本发明专利技术公开了一种有效获取脑磁图信号中事件相关磁场信息的方法，步骤如下：（1）采集脑磁图数据并进行预处理；（2）建立时频原子库；（3）单通道匹配追踪算法建立线性组合；（4）多通道匹配追踪算法；（5）依靠所有通道的总能量残余决定迭代终止，获得信号分解后的原子；（6）去除代表伪迹噪声的原子，重新构建信号。本发明专利技术具有如下优点：（1）通过本发明专利技术对脑磁图信号进行后处理，可以极大的减少刺激次数，避免长时间的重复刺激使被扫描者产生疲劳而影响试验结果；（2）减少受试者训练量，降低对受试者的要求，扩大临床研究对受试者的选择范围；（3）减少数据采集时间，降低研究成本，有利于事件相关磁场的临床实际研究和推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像及信号处理
，特别是涉及一种有效获取脑磁图信号中事 件相关磁场信息的方法。
技术介绍
事件相关磁场（EventRelatedField,ERF)是指外加或内源的刺激作用于人体 感觉系统或脑的某一部分的过程中，由给予刺激或撤消刺激而引起的外周神经系统和中枢 神经系统在传递信息过程中产生的微弱磁场变化。在脑科学的研究中，事件相关磁场的应 用非常广泛。目前，事件相关磁场已应用于神经科学研究、临床检查和手术、麻醉监护以及 神经损伤评估等领域。 实际应用中广泛采用的叠加平均法认为，需要对受试者进行多次的刺激，通过 信号的平均来抵消噪声信号对微弱磁场信号的影响。一般来说，平均叠加方法需要大约 50-100次左右的刺激，并对响应信号进行评价，才能获得较理想的ERF信号这导致的直接 后果就是，对受试者的扫描承受力要求很高，长时间的重复刺激会使神经系统产生疲劳而 影响试验结果。这样的数据采集和后处理方式，耗时耗力且对可靠性有影响，不利于临床实 际研究和推广应用。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种有效获取脑磁图信号中事件相关磁场信 息的方法，能够解决现有数据采集及后处理方式存在的上述问题。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种有效获取脑磁图 信号中事件相关磁场信息的方法，包括如下步骤： (1) 采集脑磁图数据并进行预处理； (2) 建立时频原子库：由一个经过调制的高斯窗函数构成Gabor原子，通过对单个 Gabor原子进行伸缩、平移和调制变换，生成时频原子库；其中，所述高斯窗函数为：式中，s、u、v、N分别为尺度因子、位移因子、频率因子和信号长度= 为 时频参数； (3) 通过单通道匹配追踪算法，把转化入希尔伯特空间Η的脑磁图单通道信号f从过完 备库β=中迭代选择出时频原子，形成线性组合； (4) 对步骤（3)中所述的单通道算法进行扩展，形成多通道匹配追踪算法，即把η个单 通道脑磁图信号處线性分解成:麵的组合； (5) 迭代终止后所有通道的总能量及新的信号： 第Μ步迭代后：此时，脑磁图单通道信号最终分解为：(6)去除代表伪迹噪声的原子。 在本专利技术一个较佳实施例中，所述步骤（2)中，所述单个Gabor原子变换方法 为：调整常数使得.%择:;将时频参数丨按以下方法变换以呙散化： 7、''' 么'厂α = 2，、'、:1 /2，Δν=X，0<_/:5!〇^2況，jp<ATT# ，:麵:辜.％,.，相位.主(?:涵）。 在本专利技术一个较佳实施例中，所述步骤（3)中，所述单通道匹配追踪算法为： 令丨:^丨:为jt次迭代分解出的原子，第〇次迭代的剩余量为.4:=#，第g次迭代的剩 余量为则单通道匹配追踪算法如下表示： 在本专利技术一个较佳实施例中，所述步骤（4)中，所述多通道匹配追踪算法为：令通 道1第〇次迭代的剩余量为:，第i次迭代的剩余量为^|f，则多通道匹配追踪 算法为： 在本专利技术一个较佳实施例中，所述步骤（6)中，所述伪迹噪声原子包括： ① 位移因子在刺激前，尺度因子小于1. 5倍振荡调制周期，持续时间小于100ms的原 子； ② 尺度因子大于5倍振荡调制周期，持续整个时间段的原子。 本专利技术的有益效果是：本专利技术是一种有效获取脑磁图信号中事件相关磁场信息的 方法，具有如下优点： (1) 通过本专利技术对脑磁图信号进行后处理，可以极大的减少刺激次数，避免长时间的重 复刺激使被试者产生疲劳而影响试验结果； (2) 减少受试者训练量，降低对受试者的要求，扩大临床研究对受试者的选择范围； (3) 减少数据采集时间，降低研究成本，有利于事件相关磁场信息的临床实际研究和推 广应用。【附图说明】 图1是本专利技术的流程图； 图2是本专利技术的方法和传统平均叠加法处理的结果对比图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。 请参阅图1和图2，本专利技术实施例包括： 本专利技术揭示了，建立时频原子 库，对脑磁图数据扫描和标准处理后的数据进行多通道匹配追踪算法计算，去除伪迹原子， 保留有意义的原子，进行信号重组，得到最终信号。如图1所示，具体步骤如下： (1) 采集脑磁图数据并进行预处理； (2)建立时频原子库：由一个经过调制的高斯窗函数构成Gabor原子，通过对单个 Gabor原子进行伸缩、平移和调制变换，生成时频原子库；其中，所述高斯窗函数为：式中，s、u、v、N分别为尺度因子、位移因子、频率因子和信号长度。通过调整常数 翁_^使得.: .3.If为时频参数；时频参数:丨按以下方法 变换以离散化：'UΛΚ,Λα' ,D，紗二.;?、，?<Jf<!*?：?々 ，況;ΓΜ，0ijt<2W，相位鉍--『0,2?r)。按照以上离散方式，以生成时频原子库 乃=仏}，/€Γ，为时频参数jr的集合； (3) 通过单通道匹配追踪算法，把转化入希尔伯特空间Η的脑磁图单通道信号f从过完 备库Dzi&hfer中迭代选择出时频原子，形成线性组合； 令_@为次迭代分解出的原子，第〇次迭代的剩余量为，第_次迭代的剩 余量为#/，则单通道匹配追踪算法如下表示：(4) 对步骤（3)中所述的单通道算法进行扩展，即多通道匹配追踪算法，把η个单通道 脑磁图信号處线性分解成遍的组合； 令通道1第0次迭代的剩余量为及，第義次迭代的剩余量为则多通道 匹配追踪算法为：(5) 迭代终止后所有通道的总能量及新的信号： 第Μ步迭代后：此时，脑磁图单通道信号最终分解为：(6)去除代表伪迹噪声的原子，所述伪迹噪声原子包括： ① 位移因子在刺激前，尺度因子小于1. 5倍振荡调制周期，持续时间小于100ms的原 子； ② 尺度因子大于5倍振荡调制周期，持续整个时间段的原子。 利用本专利技术的方法和传统的平均叠加法对被试者进行测试并进行结果处理，具体 如图2所示， (a) 对被试者进行100次同类型重复刺激，对采集到的脑磁图信号叠加平均后，获得的 脑能量拓扑图； (b) 对被试者仅仅进行4次同类型重复刺激，对采集到的脑磁图信号叠加平均后，获得 的脑能量拓扑图； (c) 对被试者进行4次同类型重复刺激，经多通道匹配追踪算法处理后，获得的脑能量 拓扑图。 从图中可以发现，4次刺激下的脑磁图信号经过叠加平均后呈现的脑能量拓扑图 存在明显的异常（图b);而经过本专利技术的方法处理后，能量拓扑结果（图c)与典型100次刺 激并进行叠加平均后得到的脑能量拓扑图基本一致。通过上述对比可知，本专利技术的方法能 够在有限次刺激下有效的提取有意义的和刺激密切相关的事件相关磁场信息。 以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技 术领域，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。【主权项】1. ，其特征在于，包括如下步 骤： (1) 采集脑磁图数据并进行预处理； (2) 建立时频原子库：由一个经过调制的高斯窗函数构成G油or原子，通过对单个 Gabor原子进行伸缩、平移和调制变换，生成时频原子库；其中，所述高斯窗函数为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有效获取脑磁图信号中事件相关磁场信息的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）采集脑磁图数据并进行预处理；（2）建立时频原子库：由一个经过调制的高斯窗函数构成Gabor原子，通过对单个Gabor原子进行伸缩、平移和调制变换，生成时频原子库；其中，所述高斯窗函数为：，式中，s、u、v、N分别为尺度因子、位移因子、频率因子和信号长度；为时频参数；（3）通过单通道匹配追踪算法，把转化入希尔伯特空间H的脑磁图单通道信号f从过完备库中迭代选择出时频原子，形成线性组合；（4）对步骤（3）中所述的单通道算法进行扩展，形成多通道匹配追踪算法，即把n个单通道脑磁图信号线性分解成的组合；（5）迭代终止后所有通道的总能量及新的信号：第M步迭代后：，当时，迭代终止；此时，脑磁图单通道信号最终分解为：通道的能量为：；（6）去除代表伪迹噪声的原子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢青，姚志剑，毕昆，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32