[发明专利]基于总体最小二乘法的近红外脑功能信号处理方法

说明书

基于总体最小二乘法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对脑灰质层中的近红外脑功能活动响应信号检测提取精度低的问题。过程为：一：获得五个不同波长的近红外光在距离检测器D相同距离R下的光密度变化量的时间信号；二：采用修正郎伯比尔定律对步骤一获得的五个不同波长的近红外光在距离检测器D相同距离R下的光密度变化量的时间信号构建方程组；三：将步骤二中的方程组改写为如下的矩阵形式；四：对三中的增广矩阵B进行奇异值分解；五：得到检测器处的氧合血红蛋白浓度变化时间信号和检测器处的还原血红蛋白浓度变化时间信号的总体最小二乘解。本发明用于信号提取领域。

技术领域

本发明涉及一种信号提取方法，具体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通过检测大脑皮层中的还原血红蛋白浓度和氧合血红蛋白的变化信息，提供脑功能活动过程中的大脑皮层血氧变化信息，从而用于脑功能活动响应检测。与正电子放射断层扫描、功能性磁共振成像、脑电检测等脑功能检测方法相比，近红外光谱技术具有非侵入、易实施、安全性好等优点。

在利用近红外光谱技术对脑功能活动进行检测时，需要利用修正郎伯比尔定律对光源检测器获取的光密度变化量的时间序列信号进行处理，从而得到氧合血红蛋白浓度变化时间信号和还原血红蛋白浓度变化时间信号。但是，修正郎伯比尔定律中所使用的差分路径因子通常为文献中的参考值，该数值与实际测试对象的真实差分路径因子之间通常是存在误差，同时测量得到的光密度变化量时间序列信号中也存在着测量误差干扰，从而导致通过修正郎伯比尔定律直接解算得到的氧合血红蛋白浓度变化时间信号和还原血红蛋白浓度变化时间信号中存在着误差干扰，导致后续对脑灰质层中的近红外脑功能活动响应信号的检测提取精度低。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术对脑灰质层中的近红外脑功能活动响应信号检测提取精度低的问题，从而提出了基于总体最小二乘法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光源S与检测器D所构成的近红外探头，光源S与检测器D之间的直线距离为R，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离检测器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；

步骤二：采用修正郎伯比尔定律对步骤一获得的五个不同波长的近红外光在距离检测器D相同距离R下的光密度变化量的时间信号构建方程组，具体方程组表示为：