[發(fā)明專利]基于腦電與功能近紅外光譜技術的神經(jīng)血管耦合分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610955206.9
• 申請日: 2016-11-03
• 公開（公告）號: CN106580248B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設計）人: 蔣田仔;張鑫;左年明;司娟寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/0476;A61B5/145
• 代理公司: 11482 北京瀚仁知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 宋寶庫

本發(fā)明涉及一種基于腦電與功能近紅外光譜技術的神經(jīng)血管耦合分析方法。其中，該方法包括采集腦電信號與腦血氧信號；從腦電信號中提取事件誘發(fā)電位信號；提取事件誘發(fā)電位信號的時間特征；從腦血氧信號中提取血氧響應函數(shù)信號；提取血氧響應函數(shù)信號的幅值特征與時間特征；分析事件誘發(fā)電位信號的時間特征對血氧響應函數(shù)信號的幅值特征與時間特征的影響，得到耦合結(jié)果。本發(fā)明實施例從時間特征方面描述神經(jīng)元電活動與血氧響應之間的關系，克服了傳統(tǒng)神經(jīng)血管耦合分析中，缺乏對神經(jīng)元電活動與血氧響應時間特征研究的不足。

技術領域

本發(fā)明涉及腦電與功能近紅外光譜技術領域，具體而言涉及一種基于腦電與功能近紅外光譜技術的神經(jīng)血管耦合分析方法。

背景技術

腦功能活動包括神經(jīng)元活動和局部能量代謝等多個過程，復雜的功能活動使得大腦匯集了多個模態(tài)的信息，其中最為重要的是神經(jīng)元的電活動和激活區(qū)域的血氧代謝變化，兩者之間的關系稱為神經(jīng)血管耦合(Neurovascular Coupling)。該復雜的耦合過程需要神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和毛細血管之間的一系列活動。然而，目前在神經(jīng)科學研究中采用血氧變化推測神經(jīng)元活動的基礎尚不明確，這在一定程度上影響了對神經(jīng)元活動的判斷。

采用多模態(tài)腦功能成像融合技術研究神經(jīng)血管耦合是近年來研究的熱點之一。雖然功能磁共振(fMRI)的空間分辨率較高，可以與時間分辨率較高的腦電技術(EEG)結(jié)合形成優(yōu)勢互補，但由于它的磁場信號和EEG的電信號形成強烈的噪聲干擾，此外fMRI對被試和環(huán)境有較為苛刻的要求，加上它的設備沉重、價格昂貴，一定程度上限制了EEG-fMRI融合技術的發(fā)展。而功能近紅外光譜技術(fNIRS)是近年來發(fā)展起來的新技術，與fMRI相比，fNIRS不僅能夠獲取脫氧血紅蛋白(HbR)的變化信息，而且還能獲取含氧血紅蛋白(HbO)以及總血紅蛋白(HbT＝HbO+HbR)的變化信息。fNIRS的光信號和EEG的電信號幾乎沒有任何干擾，加上它和EEG設備的低成本、便攜性、無創(chuàng)、操作方便，受到了很多研究者的青睞。將EEG和fNIRS技術相結(jié)合，實現(xiàn)對神經(jīng)元的電活動和激活區(qū)的血氧代謝信息的同步提取，對開展同步性要求較高的神經(jīng)血管耦合的研究，可提供積極的技術支持，從而為深入研究大腦神經(jīng)元活動的機理提供重要的途徑。這可以從功能區(qū)入手，建立血氧信號與神經(jīng)元活動的對應關系；在此基礎上，研究不同腦區(qū)之間耦合的差異性，對差異進行量化研究。然而，這方面的研究主要是基于EEG與fNIRS的幅值特征(激活強度)來展開的。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服傳統(tǒng)神經(jīng)血管耦合分析中，缺乏對神經(jīng)元電活動與血氧響應時間特征研究的不足，本發(fā)明提供一種基于腦電與功能近紅外光譜技術的神經(jīng)血管耦合分析方法。

為了實現(xiàn)上述目的，提供以下技術方案：

一種基于腦電與功能近紅外光譜技術的神經(jīng)血管耦合分析方法，其特征在于，所述方法包括：

采集腦電信號與腦血氧信號；

從所述腦電信號中提取事件誘發(fā)電位信號；

提取所述事件誘發(fā)電位信號的時間特征；

從所述腦血氧信號中提取血氧響應函數(shù)信號；

提取所述血氧響應函數(shù)信號的幅值特征與時間特征；

分析所述事件誘發(fā)電位信號的時間特征對所述血氧響應函數(shù)信號的幅值特征與時間特征的影響，得到耦合結(jié)果。

進一步地，所述采集腦電信號與腦血氧信號具體包括：

利用光電同步腦活動檢測系統(tǒng)同步采集所述腦電信號與所述腦血氧信號。

進一步地，從所述腦電信號中提取事件誘發(fā)電位信號具體包括：

對所述腦電信號濾波、去除眼電干擾成分、去趨勢、數(shù)據(jù)分段、移除偽跡及疊加平均處理，得到所述事件誘發(fā)電位信號。