[發明專利]基于總體最小二乘法的近紅外腦功能信號處理方法

有效

• 申請號: 201710335261.2
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107174204B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（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

基于總體最小二乘法的近紅外腦功能信號處理方法，本發明涉及近紅外腦功能信號處理方法。本發明目的是為了解決現有技術對腦灰質層中的近紅外腦功能活動響應信號檢測提取精度低的問題。過程為：一：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；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；三：將步驟二中的方程組改寫為如下的矩陣形式；四：對三中的增廣矩陣B進行奇異值分解；五：得到檢測器處的氧合血紅蛋白濃度變化時間信號和檢測器處的還原血紅蛋白濃度變化時間信號的總體最小二乘解。本發明用于信號提取領域。

技術領域

本發明涉及一種信號提取方法，具體涉及近紅外腦功能信號處理方法。

背景技術

連續波近紅外光譜技術可通過檢測大腦皮層中的還原血紅蛋白濃度和氧合血紅蛋白的變化信息，提供腦功能活動過程中的大腦皮層血氧變化信息，從而用于腦功能活動響應檢測。與正電子放射斷層掃描、功能性磁共振成像、腦電檢測等腦功能檢測方法相比，近紅外光譜技術具有非侵入、易實施、安全性好等優點。

在利用近紅外光譜技術對腦功能活動進行檢測時，需要利用修正郎伯比爾定律對光源檢測器獲取的光密度變化量的時間序列信號進行處理，從而得到氧合血紅蛋白濃度變化時間信號和還原血紅蛋白濃度變化時間信號。但是，修正郎伯比爾定律中所使用的差分路徑因子通常為文獻中的參考值，該數值與實際測試對象的真實差分路徑因子之間通常是存在誤差，同時測量得到的光密度變化量時間序列信號中也存在著測量誤差干擾，從而導致通過修正郎伯比爾定律直接解算得到的氧合血紅蛋白濃度變化時間信號和還原血紅蛋白濃度變化時間信號中存在著誤差干擾，導致后續對腦灰質層中的近紅外腦功能活動響應信號的檢測提取精度低。

發明內容

本發明目的是為了解決現有技術對腦灰質層中的近紅外腦功能活動響應信號檢測提取精度低的問題，從而提出了基于總體最小二乘法的近紅外腦功能信號處理方法。

上述的發明目的是通過以下技術方案實現的：

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下的漫反射光強和大腦誘發激勵狀態下的漫反射光強，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(此處表示t的取值范圍是從1到N)；

為光源S發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：