[发明专利]一种基于增强现实的三维脑电显示方法及其显示系统

权利要求书

1.一种基于增强现实的三维脑电显示方法，其特征在于，所述三维脑电显示方法包括以下步骤：

1)建立大脑皮层三维模型：

a)获取对象的原始脑部的磁共振影像数据进行医学图像处理，按照不同的组织进行分割，生成各个组织的三维数据；

b)选取去除颅骨的大脑皮层三维数据，将大脑皮层三维数据中的顶点数据进行空间显示，使用面片化将各顶点连接起来，形成初步的三维模型，再利用图像处理技术对初步的三维模型进行模型优化，生成完整的大脑皮层三维模型；

2)脑电信号电生理源定位：

i.获取实时脑电原始数据，对脑电原始数据进行实时处理，得到处理后的脑电数据；

ii.选择合适的头模型，采用球模型或者真实头模型；

iii.根据选择的头模型，结合步骤1)得到的三维数据，建立与各个组织对应的边界元模型，计算各边界元模型的边界元解；

iv.根据步骤1)得到的大脑皮层三维数据，按照电流密度分布估计方法，建立电生理源空间J，电生理源空间由多个点构成，其中的一个点就是一个电生理源j，即多个电生理源j组成电生理源空间J；

v.根据边界元模型的边界元解和电生理源空间，计算得到正向传递算子κ；

vi.正问题公式表达如下：

φ＝κ×J+n

其中，J为电生理源空间，κ为正向传递算子，φ为电生理源空间经过头部组织转换后在头皮表面形成的电势矩阵，n为脑电记录过程中引入的噪声；

vii.逆问题求解：通过改变电生理源空间内的各个电生理源的参数，代入正向传递算子，使得正向计算所得头皮电位数据与测量数据拟合，从而确定每次头皮脑电变化时对应的电生理源空间中每个电生理源的电流变化情况，公式如下：

其中，φ_r为处理后的脑电数据，κ为正向传递算子，也就是头部组织对内部电流向外传递的转换矩阵，J_e是待确定的电生理源空间，由多个产生头皮脑电信号的电生理源j_e组成，，||·||₂表示求2范数，E是目标函数；通过改变电生理源空间J内的各个电生理源j的参数，参数包括电流强度和方向，得到j_e，进而多个j_e组成J_e，使κ×J_e计算后的结果与真实测量得到的处理后的脑电数据φ_r最接近，也就是使目标函数E的值最小，那么便得到了逆问题的解，也就是得到了待确定的电生理源空间和空间中各个产生头皮脑电信号的电生理源的具体参数；

viii.根据大脑皮层三维模型的坐标系，对电生理源空间各个产生头皮脑电信号的电生理源的坐标进行转换，将所有电生理源匹配至大脑皮层三维模型的空间中，作为点云渲染数据；

3)增强现实显示：

i.用于增强现实显示的显示终端载入大脑皮层三维模型和点云渲染数据，以点云的形式在大脑皮层三维模型中显示电生理源空间的各个电生理源，不同的颜色对应表示各个电生理源的不同强度，调整大脑皮层三维模型的透明度，使其透射显示在目标头部，并且不会对目标头部造成完全遮挡；

ii.设置电生理源的刷新帧率，每次刷新对应电生理源的不同时间状态，实现大脑皮层的不同区域随着时间有不同的电生理活动变化；

iii.模型与目标自动配准：增强现实的显示终端通过摄像头采集实际的空间影像，以脑模型配准标记或者特征点作为空间标记点，通过射线检测方法，在空间影像中得到各空间标记点之间及各空间标记点与大脑皮层三维模型的期望配准位置之间的距离位置关系，根据这些空间标记点在空间影像中的坐标，以这些空间标记点坐标作为位置参考，结合各空间标记点之间及与大脑皮层三维模型的期望配准位置之间的距离关系，计算出大脑皮层三维模型的缩放比例及相对配准位置，把大脑皮层三维模型准确配准至通过摄像头采集的空间影像中的头部上的期望配准位置，并实时跟踪实际的头部运动，从而在空间影像上叠加上大脑皮层三维模型以及对应的点云渲染数据，得到渲染后的增强现实显示图像，显示在显示终端。

2.如权利要求1所述的三维脑电显示方法，其特征在于，在步骤1)的a)中，按照不同的组织进行分割，组织包括头皮、颅骨和大脑皮层。