[发明专利]基于差分路径因子估计的近红外脑功能信号处理方法

说明书

基于差分路径因子估计的近红外脑功能信号处理方法，本发明涉及近红外脑功能信号处理方法。本发明目的是为了解决现有技术中修正郎伯比尔定律所使用的差分路径因子参考值与实际测量对象的真实差分路径因子存在较大的差异，同时光源检测器所采集到的光密度变化量的时间序列信号中也存在着测量误差干扰，导致对连续波近红外脑功能活动响应信号测量提取精度低的问题。获得不同波长的近红外光在距离检测器相同距离下的光密度变化量的时间信号；采用修正郎伯比尔定律对信号构建方程；将方程组改写为矩阵形式；对增广矩阵进行奇异值分解；得到检测器处的氧合血红蛋白和还原血红蛋白浓度变化时间信号的总体最小二乘解。本发明用于脑功能信号领域。

技术领域

本发明涉及近红外脑功能信号处理方法。

背景技术

连续波近红外光谱技术可检测脑组织中的氧合血红蛋白及还原血红蛋白浓度的变化信息，提供脑功能活动过程中的脑组织血氧变化信息，用于脑功能活动检测。与传统脑功能检测方法如功能性磁共振成像、正电子放射断层扫描等相比，基于近红外光谱技术的脑功能检测方法具有低成本、易实施、非侵入、安全性好等诸多优点。

当采用连续波近红外光谱检测技术对脑功能活动进行测量时，需要使用修正郎伯比尔定律对脑部安装的光源检测器所采集到的光密度变化量的时间序列信号进行信号处理来获取还原血红蛋白浓度变化时间信号和氧合血红蛋白浓度变化时间信号。然而，在修正郎伯比尔定律中需要使用到的差分路径因子一般为文献中的参考值，由于不同的实际测量对象存在较大的个体差异如不同测量对象的脑部头皮、颅骨、脑脊髓液、脑灰质、脑白质等各层脑组织的厚度因人而异，因而导致文献中的差分路径因子参考值与实际测量对象的真实差分路径因子之间通常会存在较大的差异，同时光源检测器所采集到的光密度变化量的时间序列信号中也存在着测量误差干扰，从而导致了利用修正郎伯比尔定律处理得到的还原血红蛋白浓度变化时间信号和氧合血红蛋白浓度变化时间信号中存在误差干扰，进而导致后续对连续波近红外脑功能活动响应信号测量提取精度降低。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中修正郎伯比尔定律所使用的差分路径因子参考值与实际测量对象的真实差分路径因子存在较大的差异，同时光源检测器所采集到的光密度变化量的时间序列信号中也存在着测量误差干扰，导致对连续波近红外脑功能活动响应信号测量提取精度低的问题，从而提出了基于差分路径因子估计的近红外脑功能信号处理方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

步骤一：在待测脑组织头皮表面放置一个由五波长光源S与检测器D所构成的近红外探头，五波长光源S与检测器D之间的直线距离为R，五波长光源S发出的近红外光的波长分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄和λ₅，检测器D用于获取大脑安静状态下的漫反射光强和大脑诱发激励状态下的漫反射光强，从而获得五个不同波长的近红外光在距检测器D相同距离R下的光密度变化量的时间信号：和

其中，t为采样时刻，t＝1,2,…,N，N为正整数(此处表示t的取值范围是从1到N)；

为五波长光源S发出近红外光的波长为λ₁时，检测器D获得的光密度变化量时间信号；

为五波长光源S发出近红外光的波长为λ₂时，检测器D获得的光密度变化量时间信号；

为五波长光源S发出近红外光的波长为λ₃时，检测器D获得的光密度变化量时间信号；

为五波长光源S发出近红外光的波长为λ₄时，检测器D获得的光密度变化量时间信号；

为五波长光源S发出近红外光的波长为λ₅时，检测器D获得的光密度变化量时间信号；