[發明專利]基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應濾波近紅外腦功能活動信號提取方法

無效

• 申請號: 201110435634.6
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102512142A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張巖;孫金瑋;張斌;劉昕;彼得·羅弗
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/1455
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種腦功能活動信號提取方法，特別涉及一種基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應濾波近紅外腦功能活動信號提取方法。

背景技術

近紅外光譜技術(NIRS)能提供腦功能活動過程中的大腦皮層血氧代謝信息——氧合血紅蛋白濃度變化(Δ[HbO₂])和還原血紅蛋白濃度變化(Δ[HHb])，可用于腦功能活動的檢測。與其它的腦功能檢測方法如：功能性核磁共振、腦磁描記法、正電子放射層掃描術、以及腦電描記法相比，近紅外光譜技術具有使用方便、易實施、時間分辨率高、安全、便宜等優點。然而，利用近紅外光譜技術進行誘發激勵時腦功能活動的檢測，會受到人體的生理活動如心臟跳動、呼吸、低頻振蕩、超低頻振蕩的影響，稱之為生理干擾。這種生理干擾不但出現在頭皮、顱骨和腦脊液等外層腦組織中，也出現在腦灰質和腦白質等深層腦組織中，嚴重影響了腦功能活動信號的準確提取。

在近紅外腦功能檢測時，除心動周期和呼吸引起的生理干擾外，人體的低頻振蕩和超低頻振蕩等干擾信號與腦功能信號的頻帶嚴重重疊，很難用一般的濾波技術去除干擾。但采用自適應濾波處理技術，不但可以不必準確知道干擾頻率，而且能自動跟蹤頻率的漂移。但采用自適應濾波技術，參考信號源的選取十分重要。為了選取參考信號，可以借助于脈搏血氧計測量心動周期信號或用呼吸計，肺活量計以及二氧化碳分析儀等儀器測量呼吸信號。但由于該方法需要借助于額外的設備獲取參考信號，并且難以獲得所有的干擾信號，在實際應用中受到了一定的限制。

發明內容

本發明目的是為了解決采用自適應濾波無法有效的去除腦功能檢測時的多種生理干擾并且存在需要借助額外設備的問題，提供了一種基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應濾波近紅外腦功能活動信號提取方法。

本發明的基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應濾波近紅外腦功能活動信號提取方法，它包括如下步驟：

步驟一：在待測腦組織的頭皮a表面放置由雙波長光源S和檢測器D1和D2構成的近紅外探頭，雙波長光源S到檢測器D1之間的直線距離為r₁，5mm＜r₁＜10mm；雙波長光源S到檢測器D2之間的直線距離為r₂，30mm＜r₂＜45mm；檢測器D1和D2記錄大腦安靜狀態下的漫反射光強和大腦處于誘發激勵時的漫反射光強，以獲得兩個不同波長λ₁和λ₂時的光密度變化量的時間序列：和和k為時間，k＝1，2，...，N，N為正整數；表示在雙波長光源S到檢測器D1之間的直線距離為r₁且波長為λ₁時光密度變化量的時間序列，表示在雙波長光源S到檢測器D1之間的直線距離為r₁且波長為λ₂時光密度變化量的時間序列，表示在雙波長光源S到檢測器D1之間的直線距離為r₂且波長為λ₁時光密度變化量的時間序列，表示在雙波長光源S到檢測器D1之間的直線距離為r₂且波長為λ₂時光密度變化量的時間序列；

步驟二：根據步驟一獲得的光密度變化量的時間序列采用修正朗伯比爾定律獲取雙波長光源S和檢測器D1測得的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列Δ[HbO₂]^N(k)和還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列Δ[HHb]^N(k)，以及雙波長光源S和檢測器D2測得的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列Δ[HbO₂]^F(k)和還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列Δ[HHb]^F(k)，Δ[HbO₂]^N(k)表示雙波長光源S到檢測器D1之間的直線距離為r₁時的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列，Δ[HHb]^N(k)表示雙波長光源S到檢測器D1之間的直線距離為r₁時的還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列，Δ[HbO₂]^F(k)表示雙波長光源S到檢測器D1之間的直線距離為r₂時的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列，Δ[HHb]^F(k)表示雙波長光源S到檢測器D1之間的直線距離為r₂時的還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列，