一种可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法

本发明属于生物医学工程领域，具体涉及一种可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法。背景技术：1、脑磁图是一种非侵入同时非接触式的脑部磁场信号测量仪器，是目前仍在试验发展阶段，尚未用于大规模临床检测的新型脑用医疗设备。其具有超高的灵敏度以及相比脑电、近红外等目前现有脑部信号测量仪器来说具有更高的时间和空间分辨率。2、其中，脑磁图仪分为squid脑磁仪器与opm脑磁仪器。最初的squid脑磁图仪需要低温液氮下实现超导的环境，才能测量出脑磁信号。3、然而近年来，serf(spin-exchange relaxation-free)原子磁强计即opm(光泵磁力计)的出现，使得新型的opm脑磁图仪被发明了出来。其小型化，低成本，且测量位置更靠近头皮等的测量特性，使得便于佩戴的头盔化的高信噪比脑磁测量成为了可能。4、在脑磁图的技术流程中，磁强计与mri坐标系间的配准后需要进行深度调整来获得最准确的源定位结果。在先前的深度调整问题中，人们通常采用手动调整的方式，然而这个过程效率很低，且精度不高，容易造成较大的人工手动误差，并不能快速准确的实现自动化的深度调整，限制了opm脑磁仪器的推广应用。技术实现思路1、针对opm原子磁强计的深度调整需求，传统的深度测量是基于游标卡尺测量，需要复杂的人工操作，且误差较大。本发明提出了一种可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法，能够自动显示磁强计深度调整最佳距离，快速准确地完成整个配准深度调整过程。2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：3、一种可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法，包括以下步骤：4、步骤1：将光学扫描仪扫描的点云进行区域生长分割分为头盔点云和面部点云，并把装有磁强计的头盔坐标系与头坐标系进行相对位置与方向的配准，得到变换矩阵t1；5、步骤2：将头坐标系与mri坐标系进行相对位置与方向的配准，得到变换矩阵t2；基于变换矩阵t1和变换矩阵t2，获取探头相对于mri的相对位置和方向，即整体变换矩阵运算t＝t1*t2，并将磁强计与头皮在同一坐标系下表示；其中，mri为头部核磁共振影像；6、步骤3：基于探头相对于mri的相对位置和方向，计算头皮点云的表面法线方向；7、步骤4：基于头皮点云的表面法线方向，用距离范围筛选磁强计的切点备选点，实现切点位置的初步筛选；8、步骤5：在初筛点的对应法线中，计算得出与磁强计轴向方向最接近的法线，并将该法线对应起点定为磁强计与头皮的切点；9、步骤6：计算切面与磁强计底面中点的距离，作为磁强计从基准位置到头皮切面的调整距离，基于调整距离，利用电机推杆或其他控制方法将磁强计沿轴向行进相应距离，实现磁强计自动深度调整。10、优选的，所述步骤1中，将光学扫描仪扫描的点云进行区域生长分割分为头盔点云和面部点云，并把装有磁强计的头盔坐标系与头坐标系进行相对位置与方向的配准，得到变换矩阵t1的方法包括：11、使用颜色阈值法提取头盔上的数字化六个参考点位置12、根据meg系统坐标系下先验已知的头盔上六个参考点信息13、计算两组参考点和的质心，并对中心化后参考点数据计算互协方差矩阵h，并对h进行特征值分解h＝usv；14、根据分解结果得到对齐两组参考点的旋转矩阵r和平移矩阵t，r与t组成头盔与人头坐标系的变换矩阵t1。15、优选的，所述步骤2中，将头坐标系与mri坐标系进行相对位置与方向的配准，得到变换矩阵t2的方法包括：16、采集试验者的变换矩阵t1加权mri数据，用freesurfer软件分割出头皮数据，并提取包含若干个顶点的人头点云模型；17、基于人头点云模型，用对应点方法实现头坐标系与mri坐标系的参考点对齐，得到初步转换矩阵t2；18、对于数量有差异的mri点云和光学扫描仪点云，采用基于kd树的icp算法进一步匹配得到旋转矩阵r和平移矩阵t，获得最终的变换矩阵t2。19、优选的，所述步骤3中，头皮点云的表面法线方向为同时垂直于头皮和探头底面的方向，即磁强计移动的轴向方向。20、优选的，所述步骤4中，基于头皮点云的表面法线方向，用距离范围筛选磁强计的切点备选点，实现切点位置的初步筛选的方法包括：21、圈定每个磁强计与头皮切点的位置范围，即以磁强计的轴线与头皮交点的邻域点为圆心，磁强计半个底边的长度为半径画圆，把圆内距离轴线小于半径的头皮点作为该磁强计与头皮相切的备选点，实现切点位置的初步筛选。22、优选的，所述步骤5中，在初筛点的对应法线中，计算得出与磁强计轴向方向最接近的法线，并将该法线对应起点定为磁强计与头皮的切点的方法包括：23、寻找每个磁强计匹配的切点，即在初筛范围内比较每个点的法线方向和磁强计方向的夹角，选取最小夹角点即方向最重合的点作为该磁强计与头皮的切点。24、优选的，所述步骤6中，计算切面与磁强计底面中点的距离，作为磁强计从基准位置到头皮切面的调整距离，基于调整距离，利用电机推杆或其他控制方法将磁强计沿轴向行进相应距离，实现磁强计自动深度调整的方法包括：25、计算切点与磁强计的欧氏距离和切点到轴线的垂直距离，进而利用勾股定理计算最终深度调整距离，基于计算出的每个探头应移动的最终深度调整距离，利用电机推杆或其他控制方法将磁强计沿靠近头皮的轴向行进相应距离。26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：27、本发明实现了一种用于可穿戴脑磁图仪的传感器深度调节方法，由于无需人工操作，可以极大地提高深度调节效率，对没有工科背景的医护人员非常友好，平均运行时间为10s，能够自动显示磁强计深度调整最佳距离，磁强计的位置误差为0.25±0.03mm，方向误差为0.27±0.04°，并且能够辅助头盔设计，提高脑磁源定位精度和头盔头皮贴合度，其精度高于手动调整精度，因而该算法兼具高效率、高精度、自动化的突出特点。技术特征：1.一种可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法，其特征在于，所述步骤1中，将光学扫描仪扫描的点云进行区域生长分割分为头盔点云和面部点云，并把装有磁强计的头盔坐标系与头坐标系进行相对位置与方向的配准，得到变换矩阵t1的方法包括：3.根据权利要求1所述的可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法，其特征在于，所述步骤2中，将头坐标系与mri坐标系进行相对位置与方向的配准，得到变换矩阵t2的方法包括：4.根据权利要求1所述的可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法，其特征在于，所述步骤3中，头皮点云的表面法线方向为同时垂直于头皮和探头底面的方向，即磁强计移动的轴向方向。5.根据权利要求1所述的可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法，其特征在于，所述步骤4中，基于头皮点云的表面法线方向，用距离范围筛选磁强计的切点备选点，实现切点位置的初步筛选的方法包括：6.根据权利要求1所述的可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法，其特征在于，所述步骤5中，在初筛点的对应法线中，计算得出与磁强计轴向方向最接近的法线，并将该法线对应起点定为磁强计与头皮的切点的方法包括：7.根据权利要求1所述的可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法，其特征在于，所述步骤6中，计算切面与磁强计底面中点的距离，作为磁强计从基准位置到头皮切面的调整距离，基于调整距离，利用电机推杆或其他控制方法将磁强计沿轴向行进相应距离，实现磁强计自动深度调整的方法包括：技术总结本发明公开了一种可穿戴脑磁图仪的磁强计深度调节方法，包括以下步骤：基于光学扫描仪获取被试头盔和人脸的两部分三维信息，并采用两步配准获得磁强计相对于MRI图像头皮表面的位置和方向；基于MRI坐标系下磁强计和头皮的位置与方向，计算磁强计底面沿探头轴向移动到头皮的最小距离；基于该距离，利用电机推杆或其他控制方法将磁强计沿轴向行进相应距离。本发明所实现的磁强计深度调节方法具有自动化、高精度、高效率的特性，能够自动计算磁强计深度调整最佳距离，辅助头盔设计，提高脑磁源定位精度和头盔头皮贴合度，简化深度调整流程，方便医护人员使用，进一步地推动脑磁的医学应用。技术研发人员：曹富智,邵明霄,高振峰,杨念衡,安楠,杨剑之,向岷,张旭,郑世强受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16