本發明屬于生物醫學工程、極弱磁場測量以及主動磁場屏蔽，尤其涉及一種面向心腦同測的復合勻場及四組反向比例梯度外補償線圈系統與方法。
背景技術：
1、心磁圖（magneto-cardiography,?mcg）、腦磁圖（magneto-encephalography,meg）以及基于光泵原子磁強計（optically?pumped?magnetometers,?opms）的可穿戴生物磁測量對環境殘余磁場及其空間梯度高度敏感。在零磁醫學測量場景中，除要求將背景靜態磁場偏置補償至接近零之外，還要求在人體有效測量范圍內維持高度均勻的磁場環境。
2、然而，現有的主動磁場補償技術存在以下不足：傳統亥姆霍茲線圈構型通常只能在有限體積內實現較高的場均勻度，當傳感器陣列分布范圍擴大或需要同時覆蓋人體頭部和胸部時，單一尺寸的勻場線圈難以保證整個測量區域的磁場一致性；此外，對于帶開口的磁屏蔽室/桶環境，屏蔽體開口會引入沿開口方向的漏磁梯度干擾，導致空間不同位置的磁場強度存在系統性差異，難以同時將多個測量點的磁場殘差補償到零。
3、因此，亟需一種能夠在更大空間范圍內提供高均勻零磁環境，并同時抑制開口漏磁梯度的補償方案，以滿足新型心腦聯合測量等應用對磁場空間覆蓋范圍和均勻度的更高要求。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本發明提出了一種面向心腦同測的復合勻場及四組反向比例梯度外補償線圈系統與方法，以解決上述現有技術存在的問題。
2、為實現上述目的，本發明提供了一種面向心腦同測的復合勻場及四組反向比例梯度外補償線圈系統，包括：
3、勻場線圈子系統，用于產生三個正交方向的均勻磁場，包括x方向、y方向和z方向；其中產生z方向均勻磁場的線圈組采用多線圈復合勻場構型并配置非均勻電流激勵，在測試空間中心形成沿z方向延伸的長方體均勻磁場區域；
4、梯度線圈子系統，用于產生x方向磁場沿z方向的變化率、y方向磁場沿z方向的變化率與z方向磁場沿z方向的變化率三個一階梯度場；其中每個梯度場線圈沿z方向分為至少四組獨立繞組，沿z方向位于外側的繞組對與位于內側的繞組對通電方向相反且電流幅值按預設非線性比例配置，在所述長方體均勻區域內擴展梯度線性區；
5、測量控制單元，用于實時獲取環境磁場信息并驅動所述勻場線圈子系統及梯度線圈子系統輸出補償磁場，抵消環境磁場及對應的梯度擾動。
6、可選的，所述勻場線圈子系統中產生z方向均勻磁場的線圈組采用三線圈復合勻場構型或四線圈復合勻場構型，通過設置各線圈驅動電流的非均勻比例抑制軸向磁場強度的中心隆起或補償端部衰減。
7、可選的，所述梯度線圈子系統中每個梯度場線圈的至少四組獨立繞組的驅動電流配置為正負交替且幅值非線性的比例1:γ:-γ:-1，其中，γ為內側繞組與外側繞組的電流幅值比例系數，取值范圍為0.125至0.3。
8、可選的，所述勻場線圈子系統與梯度線圈子系統的各線圈均貼壁安裝，且線圈之間以分層、錯位或退讓的方式布設。
9、可選的，所述測量控制單元包括磁場傳感器陣列、多通道電流源和反饋控制單元；
10、所述磁場傳感器陣列用于實時采集測試空間內的多點磁場數據；
11、所述反饋控制單元基于畢奧-薩伐爾定律建立所述勻場線圈子系統及梯度線圈子系統在目標采樣點的磁場響應矩陣，并通過最小二乘法或正則化算法求解各線圈組的補償電流指令；
12、所述多通道電流源根據所述補償電流指令驅動所述勻場線圈子系統及梯度線圈子系統輸出補償磁場。
13、可選的，所述勻場線圈子系統與梯度線圈子系統具有依據待安裝場地尺寸分類預設的多種標準化配置；
14、對于縱深尺寸不大于第一預設值的場地，z方向勻場線圈采用三線圈結構且電流比配置為1:α:1，其中α為0.25至0.3；
15、對于縱深尺寸不小于第二預設值、且寬度尺寸與縱深尺寸的比值不大于第三預設值的場地，z方向勻場線圈采用三線圈結構且電流比配置為β:1:β，其中β大于1；
16、對于寬度尺寸與縱深尺寸的比值不小于第四預設值的場地，z方向勻場線圈采用三線圈結構且電流比配置為1:0.1:1，且z方向磁場沿z方向的變化率對應的梯度線圈采用雙線圈反向布局、電流比配置為1:-1；
17、所述梯度線圈在四繞組結構下的電流比配置為1:γ:-γ:-1，γ根據場地尺寸在0.125至0.3范圍內取值。
18、本發明還提供一種用于上述系統的方法，包括：
19、s1、獲取待安裝場地的層高及正交方向尺寸，根據尺寸數據將場地歸類為預設的標準化場地類型；
20、s2、在待補償空間內進行多點磁場測量，提取環境磁場的波動特征量及沿z方向的梯度特征量，作為補償目標閾值；
21、s3、根據心腦同步測量的覆蓋范圍，設定沿z方向延伸的長方體均勻區目標；
22、s4、基于畢奧-薩伐爾定律建立矩形線圈陣列的磁場響應模型，以所述均勻區目標內的均勻度體積比最大化為優化目標，根據所述標準化場地類型及補償目標閾值求解勻場線圈子系統的最優線圈間距與電流分配比；
23、s5、根據所述勻場線圈子系統的優化結果，以z方向上的梯度非線性誤差最小化為優化目標，根據所述標準化場地類型求解梯度線圈子系統的最優分段位置、繞組匝數分配與電流比例；
24、s6、根據所述最優線圈間距、電流分配比、分段位置、繞組匝數分配與電流比例建立仿真模型，驗證所述均勻區目標內的殘余磁場均勻性與梯度線性度，并根據仿真結果確定線圈常數，所述線圈常數用于匹配多通道電流源的量程。
25、可選的，所述s4中以非整數電流比例變量作為優化參數，采用數值迭代算法求解勻場線圈子系統的最優線圈間距與電流分配比，以均勻度體積比最大化為收斂判據。
26、可選的，所述s6中確定的線圈常數用于匹配多通道電流源的量程，所述量程根據所述環境磁場波動特征量及沿z方向梯度特征量確定。
27、與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：
28、均勻區形態契合人體：實現了0.85m×0.85m×(1.7~2.2m)的長方體均勻區。相比于傳統立方體設計，在相同房間尺寸下，本設計沿人體軸向的有效覆蓋范圍顯著增加，完美適配心腦同測的解剖學跨度要求。
29、梯度補償精度高：提出的梯度亥姆霍茲線圈設計，將梯度場的線性誤差控制在10%以內，且線性區長度覆蓋整個屏蔽桶區域，有效解決了傳統maxwell線圈線性區短、無法全桶補償的問題。
30、結構精簡緊貼墻壁：為適配受限房間并避免與三維勻場線圈及磁屏蔽設施干涉，線圈采用貼壁分層安裝的物理結構設計：外側線圈緊貼房間四周墻面與頂/底面布設，保證各線圈互不重疊、互不遮擋，且考慮了門窗等障礙物，提升施工中布線、散熱與維護便利性。
1.一種面向心腦同測的復合勻場及四組反向比例梯度外補償線圈系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的面向心腦同測的復合勻場及四組反向比例梯度外補償線圈系統，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的面向心腦同測的復合勻場及四組反向比例梯度外補償線圈系統，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的面向心腦同測的復合勻場及四組反向比例梯度外補償線圈系統，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的面向心腦同測的復合勻場及四組反向比例梯度外補償線圈系統，其特征在于，
6.根據權利要求1所述的面向心腦同測的復合勻場及四組反向比例梯度外補償線圈系統，其特征在于，
7.一種用于權利要求1至6任一項所述系統的方法，其特征在于，包括：
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述s4中以非整數電流比例變量作為優化參數，采用數值迭代算法求解勻場線圈子系統的最優線圈間距與電流分配比，以均勻度體積比最大化為收斂判據。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述s6中確定的線圈常數用于匹配多通道電流源的量程，所述量程根據所述環境磁場波動特征量及沿z方向梯度特征量確定。