專利名稱：：一種去除腦電信號(hào)中磁共振梯度噪聲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于生物信息
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及腦電噪聲的去除方法，主要應(yīng)用于人腦功能及與人腦相關(guān)疾病的研究與診斷。
背景技術(shù)：
：為了獲取腦電與功能磁共振的各自優(yōu)點(diǎn)(腦電時(shí)間分辨率較高，而空間分辨率較低；磁共振空間分辨率較高，而時(shí)間分辨率較低)，目前許多研究采用同步測(cè)量腦電(EEG)和功能磁共振(預(yù)RI)數(shù)據(jù)。但是在同步測(cè)量腦電和磁共振時(shí)，磁共振設(shè)備會(huì)給腦電信號(hào)帶來極大的干擾噪聲。干擾噪聲包括磁共振本身磁場(chǎng)周期性變化引起的梯度場(chǎng)噪聲，人體微小運(yùn)動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)相關(guān)噪聲，血流產(chǎn)生的相關(guān)噪聲。在這些干擾噪聲中，磁共振梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生的噪聲最大，比腦電信號(hào)高出近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。目前磁共振相容的腦電采集設(shè)備(電極帽+放大器)并不能對(duì)這種干擾進(jìn)行很好的抑制，簡(jiǎn)單的濾波不能消除噪聲，因?yàn)樵肼曨l譜與信號(hào)頻譜有重疊。當(dāng)前有很多種方法來消除腦電中的磁共振梯度噪聲，最為常用的是平均噪聲相減法(PhilipJ.Alien,GiovanniPolizzi，KarstenKrakow，DavidR.Fish，andLouisLemieux，1998，IdentificationofEEGEventsintheMRScanner:TheProblemofPulseArtifactandaMethodforltsSubtraction,Neuroimagevol.8，229-239)，硬件時(shí)鐘同步法進(jìn)行時(shí)鐘校正(MandelkowH，HaiderP，BoesigerP，BrandeisD.2006，SynchronizationfacilitatesremovalofMRIartefactsfromconcurrentEEGrecordingsandincreasesusablebandwidth.Neuroimage.32(3):1120-1126.);還有基于頻域?yàn)V波(HoffmannA，JagerL，WerhahnKJ，JaschkeM，NoachtarS，ReiserM，2000，Electroenc印halo-gr鄰hyduringfunctionalecho—planarimaging-detectionofepilepticspikesusingpost-processingmethods.Magn.Reson.Med.44:791-798.)等方法。下表反映了上述三種方法的各自優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)平均噪聲相減法比較簡(jiǎn)單，采用了主成分分析方法，處理比較方便構(gòu)造的模板受時(shí)鐘不同步影響不夠精確硬件時(shí)鐘同步法噪聲去除效果比較好需要對(duì)磁共振設(shè)備進(jìn)行修改，安裝極為不方便3<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種去除腦電信號(hào)中磁共振梯度噪聲的方法，采用三個(gè)相互垂直線圈記錄梯度磁場(chǎng)三個(gè)方向的變化情況，并通過線性方程組求解的方法求出每一導(dǎo)聯(lián)的混合系數(shù)，然后合成磁共振梯度噪聲信號(hào)，最后利用腦電極信號(hào)減去合成的磁共振梯度噪聲信號(hào)，從而去除除腦電信號(hào)中的磁共振梯度噪聲。本發(fā)明具有天然的時(shí)鐘同步性，不需要插值校正延時(shí)及復(fù)雜的后處理過程，提高了實(shí)時(shí)性，也避免了對(duì)磁共振硬件進(jìn)行修改；同時(shí)，本發(fā)明把個(gè)體的差異考慮到噪聲去除的過程中，能獲得更加符合腦電生理?xiàng)l件的去噪結(jié)果。本發(fā)明詳細(xì)技術(shù)方案為—種去除腦電信號(hào)中磁共振梯度噪聲的方法，如圖1所示，在同步進(jìn)行腦電測(cè)試和功能磁共振測(cè)試的前提下，包括以下步驟步驟1:利用腦電測(cè)試裝置測(cè)量腦電極信號(hào)V，同時(shí)采用三個(gè)相互垂直的線圈在腦電極位置測(cè)量功能磁共振測(cè)試過程所產(chǎn)生的磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz。步驟2:將腦電極信號(hào)V近似為磁共振梯度噪聲信號(hào)VB，利用一組腦電極信號(hào)V的測(cè)量數(shù)據(jù)V'和三個(gè)相互垂直的線圈同時(shí)測(cè)量的三組磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VJ、VBy'和VJ構(gòu)建線性方程組V'=aVBx'+bVBy'+cVBz'。步驟3:求解線性方程組V'=aVBx'+bVBy'+cVBz'，得到系數(shù)a、b和c的值。步驟4:利用步驟3求出的系數(shù)a、b和c以及步驟1所得的磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz，合成磁共振梯度噪聲信號(hào)VB=aVBx+bVBy+cVBz。步驟5:從將腦電極信號(hào)V中減去步驟4所得磁共振梯度噪聲信號(hào)Ve，得到去除了磁共振梯度噪聲的腦電信號(hào)。噪聲消除原理本發(fā)明去除的噪聲主要是磁共振儀器產(chǎn)生的梯度噪聲。梯度噪聲來源于磁共振的三個(gè)方向上的磁場(chǎng)變化引起的電磁感應(yīng)。這三個(gè)方向相互垂直，可以用歐氏空間坐標(biāo)系(x，y，z方向)來表示。在腦電測(cè)量區(qū)域以及在腦電測(cè)量的每個(gè)時(shí)間段內(nèi)，每個(gè)方向上磁場(chǎng)變化率保持不變。磁共振下進(jìn)行腦電測(cè)量時(shí)，腦電極所測(cè)量的信號(hào)V=Ve+V皿+V。，其中VB為磁共振梯度噪聲信號(hào)，VEEe為腦電信號(hào)，V。為其他干擾信號(hào)。其中磁場(chǎng)強(qiáng)度變化所產(chǎn)生的磁共振梯度噪聲信號(hào)VB是磁共振對(duì)腦電的最大干擾。磁共振的磁場(chǎng)是一個(gè)三維的磁場(chǎng)，每個(gè)方向的磁場(chǎng)都會(huì)發(fā)生變化。相對(duì)應(yīng)的，梯度噪聲Ve可視為三維歐氏空間中三個(gè)分量的矢量疊加，即VB=aVBx+bVBy+cVBz。因此，在磁共振下進(jìn)行腦電測(cè)量時(shí)，根據(jù)法拉第磁感應(yīng)定律，我們可利用三個(gè)相互垂直的線圈在腦電極位置處測(cè)量因功能磁共振測(cè)試過程所產(chǎn)生的磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz。又由于通常磁共振梯度噪聲信號(hào)VB要比腦電信號(hào)VEEe大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因此V"VB。基于V"VB=aVBx+bVBy+cVBz，可利用一組腦電極信號(hào)V的測(cè)量數(shù)據(jù)V'和三個(gè)相互垂直的線圈同時(shí)測(cè)量的三組磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz的測(cè)量數(shù)據(jù)VJ、VBy'和VJ構(gòu)建線性方程組V'=aVBx'+bVBy'+cVBz'，然后求解方程組，即可確定系數(shù)a、b和c的值，最后根據(jù)公式V=VB+VEEe+V。變形得到VEEe+V。=V-VB=V-(aXVBx+bXVBy+cXVBz)，從而成功去除磁共振梯度噪聲。需要注意的是步驟1中的三個(gè)相互垂直的線圈應(yīng)采取措施固定于相應(yīng)的載體上(如正方體的三個(gè)垂直面)，以減少或避免磁共振設(shè)備震動(dòng)造成的干擾。三個(gè)相互垂直的線圈采用正方形線圈。為限制線圈回路中的感應(yīng)電流大小，可在線圈回路中加入限流電阻，該限流電阻也能減小由于共用參考電極那部分雙絞線引起的串?dāng)_。步驟2構(gòu)建方程組數(shù)據(jù)的選擇原則為該點(diǎn)處梯度偽跡值較大，最好超過腦電信號(hào)的50倍以上。步驟3確定系數(shù)a、b和c時(shí)，可構(gòu)建多個(gè)方程組并求解，然后對(duì)各個(gè)方程組所確定的a、b和c進(jìn)行平均。本發(fā)明的有益效果相比較以前的方法而言，該方法主要有以下的優(yōu)點(diǎn)1.具有時(shí)鐘同步特性，不需要插值等方法進(jìn)行時(shí)鐘校正，提高了算法實(shí)時(shí)性；不需要對(duì)磁共振設(shè)備進(jìn)行修改減少產(chǎn)品安裝的技術(shù)要求；2.由磁共振梯度噪聲的高幅度及多次平均共同作用使得本方法的磁共振梯度噪聲去除效果優(yōu)于目前算法。圖l本發(fā)明流程示意圖。圖2對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，采用三角函數(shù)(sin)構(gòu)建的VBx，VBy，VBz。圖3對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，構(gòu)建的VB。圖4對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，采用隨機(jī)函數(shù)構(gòu)建的V。+VEEe。圖5對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，構(gòu)建的腦電極信號(hào)V。圖6對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，重新構(gòu)造(合成)的VB。圖7對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，除噪結(jié)果V_VB與用隨機(jī)函數(shù)構(gòu)建的V。+VEEe的比較。圖8對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，除噪結(jié)果V-Ve與用隨機(jī)函數(shù)構(gòu)建的V。+V皿的差值。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真驗(yàn)證。先用三角函數(shù)(sin)構(gòu)建V^，VBy，Vj見圖2)。用隨機(jī)數(shù)隨機(jī)選擇了3個(gè)數(shù)a'，b'，c'，根據(jù)公式VB二a'VBx+b'VBy+c'VBz，構(gòu)建VB(見圖3)。用隨機(jī)函數(shù)構(gòu)建V。+V孤(見圖4)。根據(jù)公式V=Ve+V。+V皿，構(gòu)建腦電極信號(hào)V(見圖5)。由于VB>>V。+VEEe，用近似得到V"VB=aVBx+bVBy+cVBz建立方程組，采用隨機(jī)選取300點(diǎn)，重復(fù)3次的方法可以求解得到a，b，c，用VBx，VBy，VBz和a，b，c可以重新構(gòu)造VB(見圖6)。除噪結(jié)果V_VB與用隨機(jī)函數(shù)構(gòu)建的V。+VEEe的比較(見圖7)，兩者的差值見圖8。由圖8可以看出，采用本發(fā)明提供的去除腦電信號(hào)中磁共振梯度噪聲的方法去除磁共振梯度噪聲后的結(jié)果與腦電信號(hào)(包括其他誤差信號(hào))V。+V皿之間相差不到10%，能夠達(dá)到從腦電極信號(hào)中將原本被磁共振梯度噪聲淹沒的腦電信號(hào)(包括其他誤差信號(hào))V。+VEEe提取出來的目的。權(quán)利要求一種去除腦電信號(hào)中磁共振梯度噪聲的方法，在同步進(jìn)行腦電測(cè)試和功能磁共振測(cè)試的前提下，包括以下步驟步驟1利用腦電測(cè)試裝置測(cè)量腦電極信號(hào)V，同時(shí)采用三個(gè)相互垂直的線圈在腦電極位置測(cè)量功能磁共振測(cè)試過程所產(chǎn)生的磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz；步驟2將腦電極信號(hào)V近似為磁共振梯度噪聲信號(hào)VB，利用一組腦電極信號(hào)V的測(cè)量數(shù)據(jù)V′和三個(gè)相互垂直的線圈同時(shí)測(cè)量的三組磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz的測(cè)量數(shù)據(jù)VBx′、VBy′和VBz′構(gòu)建線性方程組V′＝aVBx′+bVBy′+cVBz′；步驟3求解線性方程組V′＝aVBx′+bVBy′+cVBz′，得到系數(shù)a、b和c的值；步驟4利用步驟3求出的系數(shù)a、b和c以及步驟1所得的磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz，合成磁共振梯度噪聲信號(hào)VB＝aVBx+bVBy+cVBz；步驟5從將腦電極信號(hào)V中減去步驟4所得磁共振梯度噪聲信號(hào)VB，得到去除了磁共振梯度噪聲的腦電信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的去除腦電信號(hào)中磁共振梯度噪聲的方法，其特征在于，步驟l中的三個(gè)相互垂直的線圈采用正方形線圈并固定于正方體的三個(gè)垂直面上，以減少或避免磁共振設(shè)備震動(dòng)造成的干擾。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除腦電信號(hào)中磁共振梯度噪聲的方法，其特征在于，在三個(gè)相互垂直的線圈回路中加入限流電阻，以減小由于共用參考電極那部分雙絞線引起的串?dāng)_。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除腦電信號(hào)中磁共振梯度噪聲的方法，其特征在于，步驟2構(gòu)建方程組時(shí)，所選擇的磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz的測(cè)量數(shù)據(jù)VBx'、VBy'和VJ估計(jì)超過腦電信號(hào)的50倍以上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除腦電信號(hào)中磁共振梯度噪聲的方法，其特征在于，步驟3確定系數(shù)a、b和c時(shí)，構(gòu)建多個(gè)方程組并求解，然后對(duì)各個(gè)方程組所確定的a、b和c進(jìn)行平均。全文摘要一種去除腦電信號(hào)中磁共振梯度噪聲的方法，屬于生物信息
技術(shù)領(lǐng)域：
。在同步進(jìn)行腦電測(cè)試和功能磁共振測(cè)試的前提下，測(cè)量腦電極信號(hào)V的同時(shí)采用三個(gè)相互垂直的線圈在腦電極位置測(cè)量磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz；然后利用一組腦電極信號(hào)V的測(cè)量數(shù)據(jù)V′和三組磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz的測(cè)量數(shù)據(jù)VBx′、VBy′和VBz′構(gòu)建線性方程組V′＝aVBx′+bVBy′+cVBz′，并求解得到系數(shù)a、b和c；再利用系數(shù)a、b和c以及磁共振梯度噪聲的信號(hào)分量VBx、VBy和VBz，合成磁共振梯度噪聲信號(hào)VB＝aVBx+bVBy+cVBz；最后從腦電極信號(hào)V中減去磁共振梯度噪聲信號(hào)VB，得到去除了磁共振梯度噪聲的腦電信號(hào)。本發(fā)明具有時(shí)鐘同步特性和可實(shí)時(shí)計(jì)算的特點(diǎn)；無需對(duì)磁共振設(shè)備進(jìn)行硬件改造；可應(yīng)用于人腦功能及與人腦相關(guān)疾病的研究與診斷。文檔編號(hào)A61B5/055GK101744619SQ20101002809公開日2010年6月23日申請(qǐng)日期2010年1月15日優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日發(fā)明者許強(qiáng),陳華富申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)