一种柔性脑磁头盔及其传感器阵列空间定位方法技术

本申请适用柔性脑磁头盔技术领域，提供了一种柔性脑磁头盔及其传感器阵列空间定位方法。本申请头盔及定位方法通过将插槽的外形信息输入识别系统，同时在插槽上标记易于识别系统采集的定位点和辅助点，使得附着于柔性盔帽上表面的插槽无论如何改变空间位置，其中插入的传感器的空间位置都可以被识别系统计算出来。以传感器中气室中心点为基础的探头磁场方向即可被准确识别，使得脑磁头盔传感器阵列磁场中心的三维空间分布可以快速的基于三维光学扫描而得到。有助于提高脑磁定位的自动化水平和定位精度，同时也节约大量的人工对插槽进行标号和记录位置的时间，为磁源信号与人脑配准、溯源定位提供更精准的位置信息。溯源定位提供更精准的位置信息。溯源定位提供更精准的位置信息。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性脑磁头盔及其传感器阵列空间定位方法


[0001]本申请属于柔性脑磁头盔
，尤其涉及一种柔性脑磁头盔及其传感器阵列空间定位方法。

技术介绍

[0002]脑磁图（Magnetoencephalography, MEG）是一种无创、实时探测大脑神经元电活动所产生磁场的神经影像学技术，在脑科学研究和神经外科临床诊断方面具有重要的作用和广泛的应用前景。传统商用MEG测量使用的传感器主要是超导量子干涉仪（Superconductor Quantum Interference Devices, SQUID），原子磁力计（Optically
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pumped magnetometer, OPM）作为新一代量子弱磁传感技术，与上述SQUID技术相比，具有小型化、无需液氦、室温检测等优势，这些优势使得OPM可以实现运动状态测量，进而发展为新一代可穿戴式脑磁图仪（OPM
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MEG），可在无创条件下实现高时空分辨率的脑内神经活动检测。
[0003]可穿戴式脑磁图仪（OPM
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MEG）在实现轻便、小型化的同时，尽可能地缩短了传感器与神经活动脑区的距离，从而提高脑磁信号信噪比。目前脑磁头盔有刚性、柔性两类，刚性脑磁头盔通过刚性结构将传感器固定在头皮表面，固定效果好，结合三维光学扫描仪仅需要确定头盔少数基准点后即可实现传感器定位。但刚性头盔的不可调节性使其不具有普适性，临床应用需要为每位被试定制符合其头部轮廓的刚性头部支架。例如“一种脑磁测量头盔的设计和标定方法，202010103345.5”，其方案不足在于：1、刚性脑磁头盔定制时间长、成本高；2、手动进行插槽标号耗时长；3、头盔依据个人头部轮廓订制，普适性差；4、无法准确定位传感器探测磁场中心位置。因而不适用于脑磁临床医学场景。而柔性脑磁头盔虽然可与被试头部高度贴合，且适用不同头型，但每次佩戴头盔后，传感器阵列与人脑的相对位置都会发生变化，这使得传感器阵列空间定位难度大大增加。现有技术存在不足。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种柔性脑磁头盔及其传感器阵列空间定位方法，旨在结合三维光学扫描仪和识别系统，对扫描所得三维图像数据进行处理，进而实现传感器阵列空间位置的精准定位，为实现OPM测得被试脑磁信号后对该被试脑区的精准溯源提供有力支撑。
[0005]一方面，本申请提供了一种柔性脑磁头盔，包括由柔性材质构成的盔帽、固定在所述盔帽外表面，且阵列排布的若干插槽，以及插入所述插槽的传感器；所述插槽的槽体上表面设置有定位点，用于表征插槽的外形；所述插槽的上表面还设置有辅助点，用于引导所述传感器的插入方向；所述插槽设置为底面为矩形的直四棱柱；所述直四棱柱的侧楞的上顶点为所述定位点；所述直四棱柱的上底面的一侧短边上设置有所述辅助点；所述直四棱柱的下底面为所述插槽的槽底。
[0006]另一方面，本申请还提供了一种应用于上述任意一项所述柔性脑磁头盔的传感器阵列空间定位方法，所述方法包括下述步骤：s1.将插槽的外形信息输入识别系统；s2.设置面部定位标志点和插槽上的定位点和辅助点；s3.三维光学扫描系统对佩戴了柔性脑磁头盔的受试者头面部进行扫描，输出三维图像数据；s4.所述识别系统根据预设色彩阈值筛选出三维图像数据中的面部定位标志点点云、定位点点云和辅助点点云；s5.分别对所述面部定位标志点点云、所述定位点点云和所述辅助点点云进行聚类、计数、平面拟合；最终得到脑磁头盔传感器阵列磁场中心的三维空间分布；所述外形信息包括：所述插槽上定位点的数量、辅助点的数量、所述定位点之间的位置关系，以及所述定位点与所述辅助点之间的位置关系。
[0007]本申请针通过将插槽的外形信息输入识别系统，同时在插槽上标记易于识别系统采集的定位点和辅助点，使得附着于柔性盔帽上表面的插槽无论如何改变空间位置，其中插入的传感器的空间位置都可以被识别系统计算出来。以传感器中气室中心点为基础的探头磁场方向即可被准确识别，使得脑磁头盔传感器阵列磁场中心的三维空间分布可以快速的基于三维光学扫描而得到。有助于提高脑磁定位的自动化水平和定位精度，同时也节约大量的人工对插槽进行标号和记录位置的时间，为磁源信号与人脑配准、溯源定位提供更精准的位置信息。
附图说明
[0008]图1是本申请实施例一提供的柔性脑磁头盔的佩戴示意图；图2是本申请柔性脑磁头盔中插槽和传感器的结构示意；图3是本申请插槽的外形信息示意图；图4是本申请插槽上表面中心点与传感器的气室中心点的空间关系示意图；图5是本申请识别系统识别后的插槽识别效果示意图；图6是本申请实施例二提供的传感器阵列空间定位方法的主要流程图。
具体实施方式
[0009]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0010]以下结合具体实施例对本申请的具体实现进行详细描述：实施例一：图1至图4示出了本申请实施例一提供的柔性脑磁头盔的结构组成，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分，详述如下：一方面，如附图1
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4所示，本申请提供了一种柔性脑磁头盔，包括由柔性材质构成的盔帽、固定在所述盔帽外表面，且阵列排布的若干插槽，以及插入所述插槽的传感器；所述插槽的槽体上表面设置有定位点，用于表征插槽的外形；所述插槽的上表面还设置有辅
助点，用于引导所述传感器的插入方向。
[0011]如图2
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4所示，所述插槽设置为底面为矩形的直四棱柱；所述直四棱柱的侧楞的上顶点为所述定位点；所述直四棱柱的上底面的一侧短边上设置有所述辅助点；所述直四棱柱的下底面为所述插槽的槽底。
[0012]在优选的其他实施例中，插槽还可以根据不同仪器的探头的外形（或者具体排布要求）采用不同的结构，如底面为梯形的直四棱柱、底面为多边形的棱柱或者棱台等，其对应的外形信息只要预先输入识别系统，即可便于从相应的点云中识别出来。
[0013]如图2、图4所示，所述传感器包括探头和数据线；所述探头的外形与所述插槽匹配设置；所述探头内设置有存放碱金属原子的气室；所述数据线连接在探头与脑磁图仪之间；所述碱金属原子所在的气室不在所述探头的几何中心，所述探头的外壳上会以提示点的方式表示所述碱金属原子所在的气室，离外壳最近的方位。所述传感器插入所述插槽时，按照所述探头外壳的提示点最靠近所述辅助点的形式确定所述传感器的探头插入方向。从而可通过探头和插槽的三维结构以及相关的光学扫描定位点实现磁场探测中心点的精确定位。
[0014]其中，所述探头采用原子磁力计来实现脑磁信号测量。
[0015]本申请的柔性脑磁头盔，用已知的插槽外形信息作为标定值，头盔及定位方法通过将插槽的外形信息输入识别系统，同时在插槽上标记易于识别系统采集的定位点和辅助点，使得附着于柔性盔帽上表面的插槽无论如何改变空间位置，其中插入的传感器的空间位置都可以被识别系统计算出来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性脑磁头盔，其特征在于，包括由柔性材质构成的盔帽、固定在所述盔帽外表面，且阵列排布的若干插槽，以及插入所述插槽的传感器；所述插槽的槽体上表面设置有定位点，用于表征插槽的外形；所述插槽的上表面还设置有辅助点，用于引导所述传感器的插入方向；所述插槽设置为底面为矩形的直四棱柱；所述直四棱柱的侧楞的上顶点为所述定位点；所述直四棱柱的上底面的一侧短边上设置有所述辅助点；所述直四棱柱的下底面为所述插槽的槽底。2.如权利要求1所述的柔性脑磁头盔，其特征在于，所述传感器包括探头和数据线；所述探头的外形与所述插槽匹配设置；所述探头内设置有存放碱金属原子的气室；所述数据线的连接在探头与脑磁图仪之间；所述探头的气室不在所述探头的几何中心，所述传感器插入所述插槽时，按照所述探头最靠近所述辅助点的形式确定所述传感器的探头插入方向。3.一种应用于权利要求1至2任意一项所述柔性脑磁头盔的传感器阵列空间定位方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：s1.将插槽的外形信息输入识别系统；s2.设置面部定位标志点和插槽上的定位点和辅助点；s3.三维光学扫描系统对佩戴了柔性脑磁头盔的受试者头面部进行扫描，输出三维图像数据；s4.所述识别系统根据预设色彩阈值筛选出三维图像数据中的面部定位标志点点云、定位点点云和辅助点点云；s5.分别对所述面部定位标志点点云、所述定位点点云和所述辅助点点云进行聚类、计数、平面拟合；最终得到脑磁头盔传感器阵列磁场中心的三维空间分布；所述外形信息包括：所述插槽上定位点的数量、辅助点的数量、所述定位点之间的位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨旭，张欣，冯晓宇，付方跃，王慧，胡涛，常严，杨晓冬，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：