[發明專利]一種基于fNIRS分析的ROI腦區通道優化篩選方法

在審

• 申請號: 202310258046.2
• 申請日: 2023-03-17
• 公開（公告）號: CN116269366A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 謝平;何廣智;程生翠;王子怡;劉冬梅;陳曉玲;張學敏;張騰宇;李增勇
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455;G06F18/25
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 周勝欣

本發明公開了一種基于fNIRS分析的ROI腦區通道優化篩選方法，具體包括：同步采集多通道近紅外信號，并對其進行預處理，得到腦血氧濃度信號；對預處理后的多通道腦血氧信號計算多類時域特征集合，采用最小二乘法的特征融合算法對時域多特征集合進行特征融合，得到時域最優特征集；基于排列組合算法構建各ROI區通道第一集合，進一步采用先序遍歷算法構建ROI區通道第二集合；采用局部?全局尋優方法，確定使得局部評價指標和大腦全局評價指標最大的ROI區通道第二集合元素，得到大腦各ROI區最優通道組合，實現腦功能狀態的有效監測；本發明能夠反映大腦真實神經活動。

技術領域

本發明涉及一種基于fNIRS分析的ROI腦區通道優化篩選方法，屬于功能近紅外光譜技術領域。

背景技術

功能性近紅外光譜技術(functional?near-infrared?spectroscopy，fNIRS)是一種多功能神經影像學工具，近年來在科學研究及臨床醫學領域中均得到廣泛應用。fNIRS是一種新型無創性腦功能檢測技術，可以通過實時檢測大腦皮層中氧合血紅蛋白(oxyhemoglobin，HbO)、脫氧血紅蛋白(deoxyhemoglobin，HbR)和總氧血紅蛋白(totalhemoglobin，HbT)濃度信號的變化，間接反映大腦的神經活動。fNIRS除了其明顯的便攜性，在神經領域的研究中還顯示出更大的優勢——更高的時間采樣率及更廣泛的應用范圍，從而為腦功能成像的分析提供了有利的條件，并且以其更適合大規模數據采集等特點，為腦功能研究提供了一種安全有效的成像方式。

腦功能成像是研究大腦活動的基本手段之一，大腦的神經活動可以分為外部刺激誘發的神經活動和與外部刺激無關的自發神經活動兩大類。誘發神經活動是大腦在執行特定的任務時，對外界刺激做出的響應。傳統的腦功能成像研究主要關注誘發神經活動，通過特異性激活找到負責特定功能的腦區。但即使在不參與特定任務時，大腦也會自發產生神經活動。通過以往的研究，人類已經了解到大腦是一個復雜的動態交互系統，在結構和功能上相互聯系的許多腦區共同工作才保證了有效的信息加工與信息交互。近些年，基于腦區的研究被廣泛應用于各領域研究中，傳統感興趣腦區(regions?of?interest，ROI)的確定受到研究者主觀因素的影響，且由于靜息態腦成像存在“無任務”的特點，使得現有任務態成像分析方法(例如基于實驗設計信息的一般線性模型等方法)不再適用，無法通過一般線性模型激活的方法選擇ROI區范圍內的激活通道。因此，傳統ROI區內通道篩選方法的局限性在于缺少統一的選取標準，研究結果受研究者主觀因素影響較大。

在傳統的ROI區確定中，一般將覆蓋該功能腦區位置的所有通道信號視為該腦區信號，這種方法可能會由于部分通道激活程度不高，使得該腦區整體激活程度降低，進而無法反映ROI區的真實神經活動，因此提出基于fNIRS分析的ROI腦區通道優化篩選方法來研究ROI區大腦激活情況是非常有必要的。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種能夠反映大腦真實神經活動的基于fNIRS分析的ROI腦區通道優化篩選方法，用以解決傳統ROI區中由于部分通道激活程度不高，使得該腦區整體激活程度降低，無法揭示ROI區真實神經活動的局限性。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種基于fNIRS分析的ROI腦區通道優化篩選方法，包括以下步驟：

步驟1，同步采集多通道近紅外信號，并對其進行壞導、壞段及運動偽影去除、濾波及血氧濃度轉換的預處理，得到氧合血紅蛋白HbO、脫氧血紅蛋白HbR和總氧血紅蛋白HbT濃度信號；

步驟2，對預處理后的多通道腦血氧信號計算多類時域特征集合，采用最小二乘法的特征融合算法對時域多特征集合進行特征融合，得到時域最優特征集；

步驟3，基于排列組合算法構建各ROI區通道第一集合，并采用先序遍歷算法進一步構建ROI區通道第二集合；