[發明專利]腦磁源強度定位方法

有效

• 申請號: 201510435334.6
• 申請日: 2015-07-23
• 公開（公告）號: CN105147288B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 劉婷;戴亞康;周志勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: A61B5/055
• 分類號: A61B5/055;G06F19/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

本發明公開了一種腦磁源強度定位方法，包括：通過引入時域平滑正則算子構造雙參數混合正則化代價函數，然后根據廣義交叉驗證原則選取雙正則化參數，通過單正則項在源信號矩陣中的比重對原始代價函數進行求解，得到腦磁源強度和位置確定的解矩陣，從而完成定位過程。本發明提出的腦磁源強度定位方法具有：總體均方誤差小，且噪聲越大時優勢越明顯；各時刻均方誤差基本穩定在同一個水平，且受噪聲影響小，根據本發明的方法能夠重建得到時空準確且時域平滑的腦內神經信號，實現了腦磁源的精確定位。

技術領域

本發明涉及生物信息技術領域，特別是一種腦磁源強度定位方法。

背景技術

根據頭腦表觀的磁場強度反演定位磁源的空間活動位置是腦磁研究中的一個重要問題，其本質上是一個非線性優化逆問題，為了簡化計算的復雜性，在腦磁源的反演定位中，常用一線性方法去逼近非線性問題。現有技術中具體是采用腦磁源成像技術去進行腦磁源定位的，傳統最小范數估計法(MNE，minimum norm estimate)，是最具代表性的源成像方法，主要原理是，基于大腦在特定時刻只有局部神經元活動的前提，對欠定線性方程增加l₂范數約束，求解一副能量最小的電流密度分布圖像，常用的方式為：

假設腦外有m個通道的MEG信號，腦內有n個均勻分布的源信號，那么在i時刻，腦內源信號與MEG信號的關系可以用以下離散化的線性模型表示：

b_i＝Ax_i+e_i

其中，b_i為第i時刻大小為m×1的MEG測量信號；x_i為第i時刻腦內源信號，大小為n×1；e_i是第i時刻和b_i同維度的噪聲信號；A為引導場矩陣，代表腦內源信號與MEG測量信號的映射關系，大小為m×n。當矩陣A已知時，即可由b_i求出腦磁逆問題的解x_i。但矩陣A是病態的，其條件數，即最大特征值與最小特征值之比很大，因此直接求逆不合適，通常轉化為求解最小二次泛函的問題。不難得知，上式最小二乘解對噪聲e_i非常敏感，MEG測量信號中很小的噪聲將對解產生很大的擾動，造成無用解。引入Tikhonov正則化技術來減小噪聲對對解的影響。在i時刻，腦磁逆問題求解轉化為求解下式的最小值問題：

等式右邊第一項表示測量數據和估計數據的擬合，第二項為正則項，表示解的先驗信息，其中R為約束解空間的正則算子，當m個信號通道噪聲均勻一致時，R取單位矩陣I，λ為正則化參數，調節擬合項和正則項在兩項之間達到平衡。上式對應的解的形式為：

由此可見，代價函數估算出來的源信號各個時刻之間是相互獨立的。

但這種腦磁源方法的不足之處在于：1、對連續的MEG測量信號，沒有全局考量噪聲的影響，導致估算出來的源信號位置和強度的準確性差；

2、相鄰時刻之間的估算結果在時域上有跳變，即時域上不平滑，不符合神經元定向傳導的性質。

發明內容

針對上述技術問題，本發明中提出了一種腦磁源強度定位方法，該方法不同于傳統最小范數估計算法(minimum norm estimate,MNE)，通過引入時域平滑正則算子構造雙參數混合正則化代價函數，然后根據廣義交叉驗證(generalized cross-validationcriterion，GCV)原則選取雙正則化參數，求解代價函數，從而得出最優解，實現了腦磁源的精確定位。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種腦磁源強度定位方法，包括以下步驟：