專利名稱：基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應(yīng)濾波近紅外腦功能活動信號提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腦功能活動信號提取方法，特別涉及一種基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應(yīng)濾波近紅外腦功能活動信號提取方法。
背景技術(shù)：
近紅外光譜技術(shù)能提供腦功能活動過程中的大腦皮層血氧代謝信息—— 氧合血紅蛋白濃度變化(△ [HbO2])和還原血紅蛋白濃度變化(△ [HHb])，可用于腦功能活動的檢測。與其它的腦功能檢測方法如功能性核磁共振、腦磁描記法、正電子放射層掃描術(shù)、以及腦電描記法相比，近紅外光譜技術(shù)具有使用方便、易實施、時間分辨率高、安全、便宜等優(yōu)點。然而，利用近紅外光譜技術(shù)進行誘發(fā)激勵時腦功能活動的檢測，會受到人體的生理活動如心臟跳動、呼吸、低頻振蕩、超低頻振蕩的影響，稱之為生理干擾。這種生理干擾不但出現(xiàn)在頭皮、顱骨和腦脊液等外層腦組織中，也出現(xiàn)在腦灰質(zhì)和腦白質(zhì)等深層腦組織中， 嚴重影響了腦功能活動信號的準確提取。
在近紅外腦功能檢測時，除心動周期和呼吸引起的生理干擾外，人體的低頻振蕩和超低頻振蕩等干擾信號與腦功能信號的頻帶嚴重重疊，很難用一般的濾波技術(shù)去除干擾。但采用自適應(yīng)濾波處理技術(shù)，不但可以不必準確知道干擾頻率，而且能自動跟蹤頻率的漂移。但采用自適應(yīng)濾波技術(shù)，參考信號源的選取十分重要。為了選取參考信號，可以借助于脈搏血氧計測量心動周期信號或用呼吸計，肺活量計以及二氧化碳分析儀等儀器測量呼吸信號。但由于該方法需要借助于額外的設(shè)備獲取參考信號，并且難以獲得所有的干擾信號，在實際應(yīng)用中受到了一定的限制。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決采用自適應(yīng)濾波無法有效的去除腦功能檢測時的多種生理干擾并且存在需要借助額外設(shè)備的問題，提供了一種基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應(yīng)濾波近紅外腦功能活動信號提取方法。
本發(fā)明的基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應(yīng)濾波近紅外腦功能活動信號提取方法，它包括如下步驟
步驟一在待測腦組織的頭皮a表面放置由雙波長光源S和檢測器Dl和D2構(gòu)成的近紅外探頭，雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為5mm <Γι < IOmm ；雙波長光源S到檢測器D2之間的直線距離為r2，30mm < r2 < 45mm ；檢測器Dl和D2記錄大腦安靜狀態(tài)下的漫反射光強和大腦處于誘發(fā)激勵時的漫反射光強，以獲得兩個不同波長λ工和 λ 2時的光密度變化量的時間序列-AODl(幻和AODl{k)mODl{k)，k為時間，k = 1，2，...，N，N為正整數(shù)(幻表示在雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為A且波長為λ工時光密度變化量的時間序列，ΔΟ/)《(幻表示在雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為T1且波長為\ 2時光密度變化量的時間序列，AODl(た)表示在 雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為r2且波長為\ ,時光密度變化量的時間序列， ^ODlひ)表示在雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為r2且波長為\ 2時光密度變 化量的時間序列；步驟ニ 根據(jù)步驟一獲得的光密度變化量的時間序列采用修正朗伯比爾定律獲取 雙波長光源S和檢測器Dl測得的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列A[Hb02]N(k)和還 原血紅蛋白濃度變化量的時間序列A [HHb]N(k)，以及雙波長光源S和檢測器D2測得的氧 合血紅蛋白濃度變化量的時間序列A[Hb02]F(k)和還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列 A [HHb]F(k)，A [HbO2]N(k)表示雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為T1時的氧合 血紅蛋白濃度變化量的時間序列，A [HHb]N(k)表示雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線 距離為巧時的還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列，A [HbO2]F(k)表示雙波長光源S到檢 測器Dl之間的直線距離為r2時的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列，A [HHb]F(k)表示 雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為r2時的還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列，
lW"、(sHHb)AODl(k)/DPF)-(sHHb(A2)AODna (k)/DPF)AiHbO2] (k) =----^―—-—^V--
rI K8HbO2 KaI )SHHbsHbO2 (A )SHHb (A ))
A[HHbf (k)=も叫(A{k) ' DPF) — {SHbo^ (ベ)A0ぺ{k) ' DPF)
rI (8HbO2 (^2 )SHHb (A ) - 8HbO2 )SHHb (^2 ))
A[Hb0 f{k) = (S騰(A)湖Z(k)/DPF)-(s騰(A2)AODfa (k)/DPF)
r2 (8HbO2 (^2 )SHHb (A ) - 8HbO2 )SHHb (^2 ))
NiHHbf (k)=も叫)A0ベ{k) ' DPF) “ h ^ )A0Dl ㈨'DPF">
r2 (8HbO2 (^2 )SHHb ) - 8HbO2 )SHHb (^2 )) 其中，￡■(、)為探頭光源的波長為、時的消光系數(shù)，sHbO1 (A2)為探頭光源的波長為X2時的消光系數(shù)，DPF為差分路徑因子；步驟三利用步驟ニ獲得的A [HbO2] N (k)、A [HHb]N(k)、A [HbO2] F(k)和 A [HHb]
F(k)構(gòu)建自適應(yīng)濾波的腦功能活動信號，腦功能活動信號表示為
權(quán)利要求
1.基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應(yīng)濾波近紅外腦功能活動信號提取方法，其特征在于它包括如下步驟步驟一在待測腦組織的頭皮a表面放置由雙波長光源S和檢測器Dl和D2構(gòu)成的近紅外探頭，雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為r1; 5mm < Γι < IOmm ；雙波長光源S 到檢測器D2之間的直線距離為r2，30mm < r2 < 45mm ；檢測器Dl和D2記錄大腦安靜狀態(tài)下的漫反射光強和大腦處于誘發(fā)激勵時的漫反射光強，以獲得兩個不同波長λ工和λ2時的光密度變化量的時間序列-AOD1I{k)mODl(k)，ΔΟΖ^(幻和ΔΟ/^Ο)，k為時間，k =1，2，...，N，N為正整數(shù)-AODl(A)表示在雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為巧且波長為λ工時光密度變化量的時間序列，ΔΟ/)《(幻表示在雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為A且波長為λ 2時光密度變化量的時間序列，ΔΟΖ^； (A)表示在雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為r2且波長為λ工時光密度變化量的時間序列，(幻表示在雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為r2且波長為λ 2時光密度變化量的時間序列；步驟二 根據(jù)步驟一獲得的光密度變化量的時間序列采用修正朗伯比爾定律獲取雙波長光源S和檢測器Dl測得的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列A[Hb02]N(k)和還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列Δ [HHb]N(k)，以及雙波長光源S和檢測器D2測得的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列A[Hb02]F(k)和還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列 Δ [HHb]F(k)，Δ [HbO2]N(k)表示雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為巧時的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列，Δ [HHb]N(k)表示雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為巧時的還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列，Δ [HbO2]F(k)表示雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為r2時的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列，Δ [HHb]F(k)表示雙波長光源S到檢測器Dl之間的直線距離為r2時的還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列，^[HbO J A[HHbf Δ[冊 O2]釗檢測器Dl之間的直線距咼為r2時的還原血紅蛍白濃度戔
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應(yīng)濾波近紅外腦功能活動信號提取方法，其特征在于步驟一所述的雙波長光源S發(fā)出的兩種波長分別為X1 =760nm，λ 2 = 850nmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應(yīng)濾波近紅外腦功能活動信號提取方法，其特征在于步驟一所述的雙波長光源S與檢測器Dl的直線距離為 10mm，雙波長光源S與檢測器D2的直線距離為40mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應(yīng)濾波近紅外腦功能活動信號提取方法，其特征在于步驟一中光密度變化量的時間序列(k)和Δ ^ (k)、按如下公式獲取
全文摘要
基于多距測量方法的遞歸最小二乘自適應(yīng)濾波近紅外腦功能活動信號提取方法，涉及一種腦功能活動信號提取方法，為了解決采用自適應(yīng)濾波無法有效去除腦功能檢測時多種生理干擾且存在需要借助額外設(shè)備的問題，它包括如下步驟步驟一在待測腦組織頭皮放置由雙波長光源S、檢測器D1和檢測器D2構(gòu)成的近紅外探頭，獲得D1和D2檢測的光密度變化量；步驟二采用修正朗伯比爾定律獲取光源S和檢測器測得氧合血紅蛋白濃度變化量和還原血紅蛋白濃度變化量；步驟三構(gòu)建自適應(yīng)濾波腦功能活動信號函數(shù)；步驟四利用最小二乘估計準則求解優(yōu)化濾波器系數(shù)向量，進而求解腦功能活動信號。本發(fā)明用于腦功能活動信號提取。它有效去除腦功能檢測的生理性干擾且不借助額外設(shè)備。
文檔編號A61B5/00GK102512142SQ20111043563
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者劉昕, 孫金瑋, 張巖, 張斌, 彼得·羅弗 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)