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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201510679042.7 (22)申请日 2016.01.11 A61B 5/00(2006.01) A61N 2/00(2006.01) (71)申请人 东南大学 地址 215123 江苏省苏州市独墅湖高教区林 泉路 399 号 (72)发明人 卢青 姚志剑 毕昆 (74)专利代理机构 北京瑞思知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 11341 代理人 张建生 (54) 发明名称 一种有效获取脑磁图信号中事件相关磁场信 息的方法 (57) 摘要 本发明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。
2、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。本发明具 有如下优点 ：（1） 通过本发明对脑磁图信号进行 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。 (51)In。
3、t.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 105361855 A 2016.03.02 CN 105361855 A 1/2 页 2 1.一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。
4、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。 2.根据权利要求 1 所述的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， 所述步骤 （2） 中， 。
5、所述单个 Gabor 原子变换方法为 ： 调整常数使得； 将时频参数按以下方法变换以离散化 ：， ， 相位。 3.根据权利要求 1 所述的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， 所述步骤 （3） 中， 所述单通道匹配追踪算法为 ： 令为次迭代分解出的原子， 第 0 次迭代的剩余量为， 第次迭代的剩 权 利 要 求 书 CN 105361855 A 2 2/2 页 3 余量为， 则单通道匹配追踪算法如下表示 ： ， 其中，为与之间的内积。 4.根据权利要求 1 所述的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， 所述步骤 （4） 中， 所述多通道匹配。
6、追踪算法为 ： 令通道 l 第 0 次迭代的剩余量为 ， 第次迭代的剩余量为， 则多通道匹配追踪算法为 ： 。 5.根据权利要求 1 所述的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， 所述步骤 （6） 中， 所述伪迹噪声原子包括 ： 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 ； 尺度因子大于 5 倍振荡调制周期， 持续整个时间段的原子。 权 利 要 求 书 CN 105361855 A 3 1/5 页 4 一种有效获取脑磁图信号中事件相关磁场信息的方法 技术领域 0001 本发明涉及图像及信号处理技术领域， 特别是涉及。
7、一种有效获取脑磁图信号中事 件相关磁场信息的方法。 背景技术 0002 事件相关磁场 （Event Related Field, 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。 0003 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。
8、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。 发明内容 0004 本发明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。 0005 为解决上述技术问题， 本发明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。
9、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。
10、后所有通道的总能量及新的信号 ： 说 明 书 CN 105361855 A 4 2/5 页 5 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。 0006 在本发明一个较佳实施例中， 所述步骤 （2）中， 所述单个 Gabor 原子变换方法 为 ： 调整常数使得； 将时频参数按以下方法变换以离散化 ： ， ， 相位。 0007 在本发明一个较佳实施例中， 所述步骤 （3） 中， 所述单通道匹配追踪算法为 ： 令为次迭代分解出的原子， 第 0 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。
11、法如下表示 ： ， 其中，为与之间的内积。 0008 在本发明一个较佳实施例中， 所述步骤 （4） 中， 所述多通道匹配追踪算法为 ： 令通 道 l 第 0 次迭代的剩余量为， 第次迭代的剩余量为， 则多通道匹配追踪 算法为 ： 说 明 书 CN 105361855 A 5 3/5 页 6 。 0009 在本发明一个较佳实施例中， 所述步骤 （6） 中， 所述伪迹噪声原子包括 ： 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 ； 尺度因子大于 5 倍振荡调制周期， 持续整个时间段的原子。 0010 本发明的有益效果是 ： 本发明是一种有效获取脑。
12、磁图信号中事件相关磁场信息的 方法， 具有如下优点 ： （1） 通过本发明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 0011 图 1 是本发明一种有效获取脑磁图信号中事件相关磁场信息的方法的流程图 ； 图 2 是本发明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 0012 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述， 以使本发。
13、明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解， 从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。 0013 请参阅图 1 和图 2， 本发明实施例包括 ： 本发明揭示了一种有效获取脑磁图信号中事件相关磁场信息的方法， 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。
14、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 使得为时频参数 ； 时频参数按以下方法 变换以离散化 ：， 说 明 书 CN 105361855 A 6 4/5 页 7 ， 相位。按照以上离散方式， 以生成时频原子库 ， 为时频参数的集合 ； （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 ； 令为次迭代分解出的原子， 第 0 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 ： ， 其中，为与之间的内积 ； （4）。
15、 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 n 个单通道 脑磁图信号 线性分解成的组合 ； 令通道 l 第 0 次迭代的剩余量为， 第次迭代的剩余量为， 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 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 ： 说 明 书 CN 105361855 A 7 5/5 页 8 通道的能量为 ：； （6） 去除代表伪迹噪声的原子， 所述伪迹噪声原子包括 ： 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 ； 。
16、尺度因子大于 5 倍振荡调制周期， 持续整个时间段的原子。 0014 利用本发明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。 0015 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） ； 。
17、而经过本发明的方法处理后， 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， 本发明的方法能 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。 0016 以上所述仅为本发明的实施例， 并非因此限制本发明的专利范围， 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， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。 说 明 书 CN 105361855 A 8 1/2 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 105361855 A 9 2/2 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 105361855 A 10 。