[發(fā)明專利]基于總體最小二乘法的近紅外腦功能信號處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710335261.2
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107174204B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設計）人: 劉昕;劉丹;張巖;王啟松;孫金瑋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.基于總體最小二乘法的近紅外腦功能信號處理方法，其特征在于：該方法具體過程為：

步驟一：在待測腦組織頭皮表面放置一個由光源S與檢測器D所構成的近紅外探頭，光源S與檢測器D之間的直線距離為R，光源S發(fā)出的近紅外光的波長分別為λ₁、λ₂、λ₃、λ₄和λ₅，檢測器D用于獲取大腦安靜狀態(tài)下的漫反射光強和大腦誘發(fā)激勵狀態(tài)下的漫反射光強，從而獲得五個不同波長的近紅外光在距離檢測器D相同距離R下的光密度變化量的時間信號：和

其中，t為采樣時刻，t＝1,2,…,N，N為正整數(shù)；

為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₁時，檢測器D獲得的光密度變化量時間信號；

為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₂時，檢測器D獲得的光密度變化量時間信號；

為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₃時，檢測器D獲得的光密度變化量時間信號；

為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₄時，檢測器D獲得的光密度變化量時間信號；

為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₅時，檢測器D獲得的光密度變化量時間信號；

步驟二：采用修正郎伯比爾定律對步驟一獲得的五個不同波長的近紅外光在距離檢測器D相同距離R下的光密度變化量的時間信號構建方程組，具體方程組表示為：

其中，ε_HHb(λ₁)為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₁時的還原血紅蛋白消光系數(shù)；ε_HHb(λ₂)為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₂時的還原血紅蛋白消光系數(shù)；ε_HHb(λ₃)為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₃時的還原血紅蛋白消光系數(shù)；ε_HHb(λ₄)為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₄時的還原血紅蛋白消光系數(shù)；ε_HHb(λ₅)為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₅時的還原血紅蛋白消光系數(shù)；為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₁時的氧合血紅蛋白消光系數(shù)；為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₂時的氧合血紅蛋白消光系數(shù)；為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₃時的氧合血紅蛋白消光系數(shù)；為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₄時的氧合血紅蛋白消光系數(shù)；為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₅時的氧合血紅蛋白消光系數(shù)；Δ[HbO₂](t)為檢測器D處的氧合血紅蛋白濃度變化時間信號；Δ[HHb](t)為檢測器D處的還原血紅蛋白濃度變化時間信號；為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₁時的差分路徑因子；為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₂時的差分路徑因子；為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₃時的差分路徑因子；為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₄時的差分路徑因子；為光源S發(fā)出近紅外光的波長為λ₅時差分路徑因子；

步驟三：將步驟二中的方程組改寫為如下的矩陣形式：

Bz＝0

其中，

B為增廣矩陣，z為待求解矩陣；

步驟四：對步驟三中的增廣矩陣B進行奇異值分解，即將增廣矩陣B分解，表示為：B＝UΣV^H

其中，矩陣為增廣矩陣B的左奇異向量矩陣，數(shù)據(jù)u_ij為矩陣U第i行第j列對應元素，i,j＝1,2,3,4,5；矩陣為增廣矩陣B的右奇異向量矩陣，數(shù)據(jù)v_kl為矩陣V第k行第l列對應元素，k,l＝1,2,3；矩陣為對角矩陣，對角元素σ₁、σ₂和σ₃為增廣矩陣B的奇異值；

步驟五：利用步驟四中求取的矩陣V中第三列的對應元素，得到檢測器D處的氧合血紅蛋白濃度變化時間信號和檢測器D處的還原血紅蛋白濃度變化時間信號的總體最小二乘解；分別表示為：

式中，Δ[HbO₂]_TLS(t)為檢測器D處的氧合血紅蛋白濃度變化時間信號的總體最小二乘解；Δ[HHb]_TLS(t)為檢測器D處的還原血紅蛋白濃度變化時間信號的總體最小二乘解；

所述步驟一中光源S發(fā)出的近紅外光的波長λ₁為670nm、λ₂為770nm、λ₃為810nm、λ₄為850nm、λ₅為950nm。