[发明专利]基于多距测量方法的经验模态分解优化算法的脑功能信号提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号提取方法，具体涉及基于多距测量方法的经验模态分解优化算法的脑功能信号提取方法。

背景技术

近红外光谱技术能提供脑功能活动过程中的大脑皮层血氧代谢信息——氧合血红蛋白浓度变化Δ[HbO₂]和还原血红蛋白浓度变化Δ[HHb]，可用于脑功能活动的检测。然而，通过近红外光谱技术进行诱发激励时脑功能活动的检测，会受到人体的生理活动如心脏跳动、呼吸、低频振荡、超低频振荡的影响，称之为生理干扰。这种生理干扰不但出现在头皮、颅骨和脑脊液等外层脑组织中，也出现在脑灰质和脑白质等深层脑组织中，严重影响了脑功能活动信号的准确提取。

由于生理干扰来源于人体不同的生理活动，因而具有多个成分。当脑组织非均匀性严重时，将造成不同生理活动在空间不同位置上对生理干扰的“贡献”不同。对于这种情况，比较可行的办法是对不同类型的干扰进行单独估计。一种方法是通过血压检测仪，呼吸计等仪器获得每个生理干扰的参考信号，然后通过卡尔曼滤波跟踪不同的生理干扰，但这种方法需要借助额外的设备；另一种方法是通过多个先验频率的正弦或余弦信号作为生理干扰的参考信号，通过卡尔曼滤波进行生理干扰的估计，但这需要知道被测者生理干扰频率信息的先验知识，但由于个体差异这在实际应用中往往并不易于实现。

发明内容

本发明的目的是为了解决当脑组织非均匀性严重时采用近红外光谱技术检测脑功能活动过程中氧合血红蛋白浓度变化Δ[HbO₂]和还原血红蛋白浓度变化Δ[HHb]难以检测的问题。

本发明方法包括以下步骤：

步骤一、在待测脑组织的头皮表面放置由双波长光源S和检测器D1和D2构成的近红外探头，其中，双波长光源S到检测器D1之间的直线距离为r₁，5mm≤r₁≤10mm，用于敏感外层脑组织的血液动力学变化；双波长光源S到检测器D2之间的直线距离为r₂，30mm≤r₂≤45mm，能够敏感大脑皮质的血液动力学变化，通过检测器记录大脑安静状态下的漫反射光强和大脑处于诱发激励时的漫反射光强，以获得两个不同波长λ₁和λ₂时的光密度变化量的时间序列：和和k为时间，k＝1，2，...，N；N为正整数，表示在双波长光源S到检测器D1之间的直线距离为r₁且波长为λ₁时光密度变化量的时间序列，表示在双波长光源S到检测器D1之间的直线距离为r₁且波长为λ₂时光密度变化量的时间序列，表示在双波长光源S到检测器D1之间的直线距离为r₂且波长为λ₁时光密度变化量的时间序列，表示在双波长光源S到检测器D1之间的直线距离为r₂且波长为λ₂时光密度变化量的时间序列；

步骤二、根据步骤一获得的光密度变化量的时间序列并采用修正朗伯比尔定律获取r₁测得的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列Δ[HbO₂]^N(k)和还原血红蛋白浓度变化量的时间序列Δ[HHb]^N(k)，r₂测得的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列Δ[HbO₂]^F(k)和还原血红蛋白浓度变化量的时间序列Δ[HHb]^F(k)；