[發明專利]基于神經網絡的腦磁圖眼動偽跡檢測、清除方法及電子裝置

有效

• 申請號: 202011026445.9
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112220482B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 郭弘;吳騰;彭翔;張建瑋;馮雨龍;肖偉;孫晨曦;吳玉龍;張相志
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: A61B5/245
• 分類號: A61B5/245;A61B5/398
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 余長江

本發明提供一種基于神經網絡的腦磁圖眼動偽跡檢測、清除方法及電子裝置，包括：切割待檢測腦磁圖信號，依據信號片段及腦磁傳感器探測信號位置，繪制若干腦磁信號視圖；提取腦磁信號視圖的信號空間分布特征，并對所述信號空間分布特征進行分類；依據一固定比值以及包含眼動偽跡噪聲信號的腦磁圖信號片段相應時間點的眼動眼電信號片段，獲取眼動信號干擾片段；將包含眼動偽跡噪聲信號的腦磁圖信號片段與眼動信號干擾片段相減，并將得到的去除眼動偽跡噪聲信號片段還原至相應位置。本發明在檢測時不需要電極測量的眼電信號，在清除時不會對未被眼電信號影響的腦磁信號產生干擾，使得原始的腦磁信號中的信息能夠最大程度保留下來。

技術領域

本發明涉及生物特征識別領域中的腦磁圖偽跡信號清除領域，尤其涉及一種基于神經網絡的腦磁圖眼動偽跡檢測、清除方法及電子裝置。

背景技術

腦磁圖是利用極其靈敏的磁傳感器，實現對人腦發出的微弱磁信號的探測，得到的一種應用腦功能圖像檢測技術，具有完全無侵襲、無損傷等優點。目前，腦磁圖技術已用于如思維、情感等高級腦功能的研究，并且廣泛用于神經外科手術前腦功能定位、癲癇病灶手術定位、帕金森病、精神病和戒毒等功能性疾病的外科治療，同時也在腦血管疾病、胎兒神經疾病中具有重要的臨床醫學應用。因此腦磁圖是一種前沿的關于腦疾病的醫療診斷技術。

在腦磁圖的應用中，其中最重要的一種就是利用腦磁圖對腦部疾病位置的定位。由于腦磁圖的測量不需要開顱，而僅僅將傳感器貼緊人腦即可，因此腦磁圖比起其他腦部疾病診斷技術，對病人更加友好，操作更加簡便。但是由于人腦發出的磁信號極其微弱，因此在利用腦磁圖信號對大腦疾病位置進行定位之前，需要對腦磁圖中出現的各種噪聲進行清除，在最大程度上提高信噪比。然后根據去噪的腦磁圖信號對大腦中因為疾病發出的特征信號進行溯源定位。由于腦磁圖的測量一般在磁屏蔽室中實現，所以其噪聲來源主要有3種：第一種是工頻噪聲，該噪聲一般是50Hz或者60Hz。其諧波一般是50Hz或者60Hz的整數倍。工頻噪聲及其諧波一般與腦磁圖中我們感興趣的信號不在一個頻段上(腦磁圖信號一般是0-40Hz)。因此該類噪聲可以通過簡單的濾波清除。第二種噪聲是實驗噪聲，由于在實驗過程中可能存在操作不當的問題，比如傳感器和被試者頭部有相對位移，或者存在實驗設備損壞的問題。這些問題都會造成腦磁圖信號的波動，從而掩蓋我們想要的信號，這部分波動就是實驗噪聲。實驗噪聲沒有規律，隨機出現，但是一般情況下特征明顯，需要專業醫師在腦磁圖上逐幀檢查，手動將其篩選出來并且剔除。最后一種噪聲稱為偽跡噪聲，是由于被試者的心跳、眼睛掃動、眨眼、面部肌肉以及脖子肌肉的抽動產生的微弱磁信號。這些信號也會被我們的腦磁圖探測傳感器探測到。從而對被試者腦部發出的磁信號進行干擾。但是一般情況下由于肌肉產生的磁信號太過微弱，所以不需要考慮。此外由于心臟距離大腦非常遠，被腦磁圖傳感器探測得到的心跳磁信號也非常微弱，可以不考慮。但是眼睛距離腦磁圖傳感器非常近，眼睛掃動或者眨動產生的磁信號會對探測到的腦磁信號產生非常大的干擾，所以我們需要對眼動偽跡噪聲信號進行專門的清除。

眼動偽跡信號的頻率一般在0-3Hz，與我們關心的腦磁信號在頻段上重疊。因此無法使用簡單的濾波對其進行清除。目前，人們主要使用信號空間投影或者獨立成分分析的方法將眼動偽跡信號與腦磁信號進行分離，然后再對其進行清除。但是事實上，這些信號除噪算法原本都是針對腦電信號提出的，然后才擴展到腦磁信號領域。在腦磁信號中使用信號空間投影或者獨立成分分析去除眼動偽跡噪聲信號，會對沒有被眼動偽跡噪聲信號干擾的腦磁信號段造成影響。這是由這兩種算法的本質決定的。它們實質上是尋找眼動偽跡噪聲信號的特定模式，然后根據該信號模式，將探測得到的腦磁信號中所有存在該模式的分量去除掉。一般信號空間投影或者獨立成分分析需要電極測量被試者眼睛發出眼電信號，然后通過眼電信號得到其對腦磁信號影響的固定模式。但是由于腦磁信號非常復雜，一般我們認為腦磁信號是由大腦皮質上的15000個信號源發出的信號的疊加。因此通過這兩種算法首先就無法完美的找到眼動偽跡噪聲信號的模式。此外即使找到了，由于腦磁信號源的復雜性，信號疊加的復雜性，也很難將眼動偽跡信號噪聲與我們關心的腦磁信號完美分離。因此實施這兩種算法之后，會對沒有被眼動偽跡噪聲信號干擾的腦磁信號也造成影響。

發明內容