专利名称：基于多距测量方法的递归最小二乘自适应滤波近红外脑功能活动信号提取方法
技术领域：
本发明涉及一种脑功能活动信号提取方法，特别涉及一种基于多距测量方法的递归最小二乘自适应滤波近红外脑功能活动信号提取方法。
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(△ [HbO2])和还原血红蛋白浓度变化(△ [HHb])，可用于脑功能活动的检测。与其它的脑功能检测方法如功能性核磁共振、脑磁描记法、正电子放射层扫描术、以及脑电描记法相比，近红外光谱技术具有使用方便、易实施、时间分辨率高、安全、便宜等优点。然而，利用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。
在近红外脑功能检测时，除心动周期和呼吸引起的生理干扰外，人体的低频振荡和超低频振荡等干扰信号与脑功能信号的频带严重重叠，很难用一般的滤波技术去除干扰。但采用自适应滤波处理技术，不但可以不必准确知道干扰频率，而且能自动跟踪频率的漂移。但采用自适应滤波技术，参考信号源的选取十分重要。为了选取参考信号，可以借助于脉搏血氧计测量心动周期信号或用呼吸计，肺活量计以及二氧化碳分析仪等仪器测量呼吸信号。但由于该方法需要借助于额外的设备获取参考信号，并且难以获得所有的干扰信号，在实际应用中受到了一定的限制。发明内容
本发明目的是为了解决采用自适应滤波无法有效的去除脑功能检测时的多种生理干扰并且存在需要借助额外设备的问题，提供了一种基于多距测量方法的递归最小二乘自适应滤波近红外脑功能活动信号提取方法。
本发明的基于多距测量方法的递归最小二乘自适应滤波近红外脑功能活动信号提取方法，它包括如下步骤
步骤一在待测脑组织的头皮a表面放置由双波长光源S和检测器Dl和D2构成的近红外探头，双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为5mm <Γι < IOmm ；双波长光源S到检测器D2之间的直线距离为r2，30mm < r2 < 45mm ；检测器Dl和D2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λ工和 λ 2时的光密度变化量的时间序列-AODl(幻和AODl{k)mODl{k)，k为时间，k = 1，2，...，N，N为正整数(幻表示在双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为A且波长为λ工时光密度变化量的时间序列，ΔΟ/)《(幻表示在双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为T1且波长为\ 2时光密度变化量的时间序列，AODl(た)表示在 双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为r2且波长为\ ,时光密度变化量的时间序列， ^ODlひ)表示在双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为r2且波长为\ 2时光密度变 化量的时间序列；步骤ニ 根据步骤一获得的光密度变化量的时间序列采用修正朗伯比尔定律获取 双波长光源S和检测器Dl测得的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列A[Hb02]N(k)和还 原血红蛋白浓度变化量的时间序列A [HHb]N(k)，以及双波长光源S和检测器D2测得的氧 合血红蛋白浓度变化量的时间序列A[Hb02]F(k)和还原血红蛋白浓度变化量的时间序列 A [HHb]F(k)，A [HbO2]N(k)表示双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为T1时的氧合 血红蛋白浓度变化量的时间序列，A [HHb]N(k)表示双波长光源S到检测器Dl之间的直线 距离为巧时的还原血红蛋白浓度变化量的时间序列，A [HbO2]F(k)表示双波长光源S到检 测器Dl之间的直线距离为r2时的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列，A [HHb]F(k)表示 双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为r2时的还原血红蛋白浓度变化量的时间序列，
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，￡■(、)为探头光源的波长为、时的消光系数，sHbO1 (A2)为探头光源的波长为X2时的消光系数，DPF为差分路径因子；步骤三利用步骤ニ获得的A [HbO2] N (k)、A [HHb]N(k)、A [HbO2] F(k)和 A [HHb]
F(k)构建自适应滤波的脑功能活动信号，脑功能活动信号表示为
权利要求
1.基于多距测量方法的递归最小二乘自适应滤波近红外脑功能活动信号提取方法，其特征在于它包括如下步骤步骤一在待测脑组织的头皮a表面放置由双波长光源S和检测器Dl和D2构成的近红外探头，双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为r1; 5mm < Γι < IOmm ；双波长光源S 到检测器D2之间的直线距离为r2，30mm < r2 < 45mm ；检测器Dl和D2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λ工和λ2时的光密度变化量的时间序列-AOD1I{k)mODl(k)，ΔΟΖ^(幻和ΔΟ/^Ο)，k为时间，k =1，2，...，N，N为正整数-AODl(A)表示在双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为巧且波长为λ工时光密度变化量的时间序列，ΔΟ/)《(幻表示在双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为A且波长为λ 2时光密度变化量的时间序列，ΔΟΖ^； (A)表示在双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为r2且波长为λ工时光密度变化量的时间序列，(幻表示在双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为r2且波长为λ 2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采用修正朗伯比尔定律获取双波长光源S和检测器Dl测得的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列A[Hb02]N(k)和还原血红蛋白浓度变化量的时间序列Δ [HHb]N(k)，以及双波长光源S和检测器D2测得的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列A[Hb02]F(k)和还原血红蛋白浓度变化量的时间序列 Δ [HHb]F(k)，Δ [HbO2]N(k)表示双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为巧时的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列，Δ [HHb]N(k)表示双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为巧时的还原血红蛋白浓度变化量的时间序列，Δ [HbO2]F(k)表示双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为r2时的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列，Δ [HHb]F(k)表示双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为r2时的还原血红蛋白浓度变化量的时间序列，^[HbO J A[HHbf Δ[册 O2]钊检测器Dl之间的直线距呙为r2时的还原血红蛍白浓度戋
2.根据权利要求1所述的基于多距测量方法的递归最小二乘自适应滤波近红外脑功能活动信号提取方法，其特征在于步骤一所述的双波长光源S发出的两种波长分别为X1 =760nm，λ 2 = 850nmo
3.根据权利要求1所述的基于多距测量方法的递归最小二乘自适应滤波近红外脑功能活动信号提取方法，其特征在于步骤一所述的双波长光源S与检测器Dl的直线距离为 10mm，双波长光源S与检测器D2的直线距离为40mm。
4.根据权利要求1所述的基于多距测量方法的递归最小二乘自适应滤波近红外脑功能活动信号提取方法，其特征在于步骤一中光密度变化量的时间序列(k)和Δ ^ (k)、按如下公式获取
全文摘要
基于多距测量方法的递归最小二乘自适应滤波近红外脑功能活动信号提取方法，涉及一种脑功能活动信号提取方法，为了解决采用自适应滤波无法有效去除脑功能检测时多种生理干扰且存在需要借助额外设备的问题，它包括如下步骤步骤一在待测脑组织头皮放置由双波长光源S、检测器D1和检测器D2构成的近红外探头，获得D1和D2检测的光密度变化量；步骤二采用修正朗伯比尔定律获取光源S和检测器测得氧合血红蛋白浓度变化量和还原血红蛋白浓度变化量；步骤三构建自适应滤波脑功能活动信号函数；步骤四利用最小二乘估计准则求解优化滤波器系数向量，进而求解脑功能活动信号。本发明用于脑功能活动信号提取。它有效去除脑功能检测的生理性干扰且不借助额外设备。
文档编号A61B5/00GK102512142SQ20111043563
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者刘昕, 孙金玮, 张岩, 张斌, 彼得·罗弗 申请人:哈尔滨工业大学