[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

权利要求书

1.基于总体最小二乘法的近红外脑功能信号处理方法，其特征在于：该方法具体过程为：

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；

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：

其中，ε_HHb(λ₁)为光源S发出近红外光的波长为λ₁时的还原血红蛋白消光系数；ε_HHb(λ₂)为光源S发出近红外光的波长为λ₂时的还原血红蛋白消光系数；ε_HHb(λ₃)为光源S发出近红外光的波长为λ₃时的还原血红蛋白消光系数；ε_HHb(λ₄)为光源S发出近红外光的波长为λ₄时的还原血红蛋白消光系数；ε_HHb(λ₅)为光源S发出近红外光的波长为λ₅时的还原血红蛋白消光系数；为光源S发出近红外光的波长为λ₁时的氧合血红蛋白消光系数；为光源S发出近红外光的波长为λ₂时的氧合血红蛋白消光系数；为光源S发出近红外光的波长为λ₃时的氧合血红蛋白消光系数；为光源S发出近红外光的波长为λ₄时的氧合血红蛋白消光系数；为光源S发出近红外光的波长为λ₅时的氧合血红蛋白消光系数；Δ[HbO₂](t)为检测器D处的氧合血红蛋白浓度变化时间信号；Δ[HHb](t)为检测器D处的还原血红蛋白浓度变化时间信号；为光源S发出近红外光的波长为λ₁时的差分路径因子；为光源S发出近红外光的波长为λ₂时的差分路径因子；为光源S发出近红外光的波长为λ₃时的差分路径因子；为光源S发出近红外光的波长为λ₄时的差分路径因子；为光源S发出近红外光的波长为λ₅时差分路径因子；

步骤三：将步骤二中的方程组改写为如下的矩阵形式：

Bz＝0

其中，

B为增广矩阵，z为待求解矩阵；

步骤四：对步骤三中的增广矩阵B进行奇异值分解，即将增广矩阵B分解，表示为：B＝UΣV^H

其中，矩阵为增广矩阵B的左奇异向量矩阵，数据u_ij为矩阵U第i行第j列对应元素，i,j＝1,2,3,4,5；矩阵为增广矩阵B的右奇异向量矩阵，数据v_kl为矩阵V第k行第l列对应元素，k,l＝1,2,3；矩阵为对角矩阵，对角元素σ₁、σ₂和σ₃为增广矩阵B的奇异值；

步骤五：利用步骤四中求取的矩阵V中第三列的对应元素，得到检测器D处的氧合血红蛋白浓度变化时间信号和检测器D处的还原血红蛋白浓度变化时间信号的总体最小二乘解；分别表示为：

式中，Δ[HbO₂]_TLS(t)为检测器D处的氧合血红蛋白浓度变化时间信号的总体最小二乘解；Δ[HHb]_TLS(t)为检测器D处的还原血红蛋白浓度变化时间信号的总体最小二乘解；

所述步骤一中光源S发出的近红外光的波长λ₁为670nm、λ₂为770nm、λ₃为810nm、λ₄为850nm、λ₅为950nm。