基于认知任务测试的近红外脑成像波谱分类方法技术

技术编号:15178431 阅读:126 留言:0更新日期:2017-04-16 03:40
本发明专利技术公开了一种基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,该近红外脑成像图谱中至少包括对应于氧合血红蛋白浓度的第一曲线和对应于脱氧血红蛋白浓度的第二曲线,该分类方法具体步骤包括:第一步骤,读取近红外脑成像仪获得的近红外脑成像图谱,提取所述近红外脑成像图谱的第一曲线及第二曲线的波形特征;第二步骤,将第一步骤获得的所述波形特征与预设值进行比较并根据比较结果对所述近红外脑成像图谱进行分类。本发明专利技术所提供的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,可应用于心理学领域的基础研究或临床应用上对近红外脑成像图谱进行自动分类。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像处理方法,特别是涉及基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法。该方法可应用于心理学领域的基础研究或临床应用上对近红外脑成像图谱进行自动分类。
技术介绍
目前,心理障碍的心理症状的识别、分析与鉴别过程主要遵循“症状-综合征-病史”模式,主要是依靠症状识别的经验性诊断,在临床上还缺乏便捷的辅助症状识别的技术。随着例如功能近红外光谱脑成像(fNIRS)、功能性磁共振(fMRI)、正电子发射断层显像术(PET)和单电子发射断层显像术(SPECT)等无创检测方法的逐渐应用,深化了研究工作者对心理障碍患者的发病机理和疾病过程的认识。比如,现已经证实抑郁症患者的前额功能影像有异常。但由于fMRI、PET、SPECT等设备使用时或多或少会有诸如体积偏大、价格偏高、噪声大、时间长、不耐受、幽闭(可能影响测试结果)与不自然(可能影响测试结果)等方面原因,因此在目前的心理障碍诊断过程中并没有得到实际的临床应用。近红外光谱脑成像(fNIRS)技术,其基本原理是由于近红外光700-1400nm的波长能够透过颅骨2-3cm,其中780nm被脱氧血红蛋白(Deoxy-Hb)吸收和散射,而830nm被氧合血红蛋白(Oxy-Hb))吸收和散射,这能间接反映脑皮层神经元的活动和脑认知功能活动。相比较于以上所述的其他几种脑成像技术,fNIRS有着安静无噪声、使用成本低、容易操作和维护以及对被试的限制少等诸多优点,因此正逐渐的成为该领域重要成像手段。但功能近红外光谱脑成像所得图谱一般难以辨识,工作繁琐,使用者难以有效理解使用。具体来说,以心理障碍临床研究中的基于认知任务测试为例,在现有的传统的图谱分类分析方法中,多是比较平均后的任务期与静息期的oxy-Hb浓度差或使用地形图(Topographicmap),来间接反映区域皮层的激活情况(Nodaetal,2012;Liuetal,2014),虽然得到一些发现,但是平均后掩盖了一些信息,未能反映oxy-Hb、deoxy-Hb随时间的变化(生态效应)。再者,由于NIRS具有时间分辨率高的特点,如果按照传统的做法沿用fMRI的数据解读方式,则不能充分发挥其实时测量被试者完成心理任务时脑皮层氧合和脱氧血红蛋白变化的特点,以及血红蛋白在任务状态下的转换关系。因此,亟需一种图谱解读及分类方法,使得在例如认知任务测试等心理任务中,被测试者的近红外脑成像图谱可以被合理的分类,进而方便相关工作者对心理障碍的进一步深入研究以及促进之后的临床应用。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的上述问题,本专利技术的目的在于提供一种基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,该方法可以实现在预设的多项认知任务的刺激呈现下,对连续获取的受检者脑部对应的近红外脑成像图谱,进行后期处理并按照波形进行分类,方便进行下一步研究工作。为了实现上述目的,本专利技术提供的一种基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,该近红外脑成像图谱中至少包括对应于氧合血红蛋白浓度的第一曲线和对应于脱氧血红蛋白浓度的第二曲线,该分类方法具体步骤包括:第一步骤,读取近红外脑成像仪获得的近红外脑成像图谱,提取所述近红外脑成像图谱的第一曲线及第二曲线的波形特征;第二步骤,将第一步骤获得的所述波形特征与预设值进行比较并根据比较结果对所述近红外脑成像图谱进行分类。在本专利技术中,近红外脑成像图谱的波形特征的提取主要是利用已有的数学方法对波形进行基于数字信号的特征分析,例如傅里叶变换、希尔伯特变换、Gabor变换以及小波变换等。作为优选,所述波形特征包括位相、波幅、频率或趋势。作为优选,所述认知任务包括在特定时间周期内执行的情绪图片任务、语言流畅任务、对指运动任务和症状图片任务(看图描述)。在本专利技术中,情绪图片任务是作为试验环境的适应性任务。语言流畅任务(VFT)为行业内普遍用于检测词语检索与语言执行功能的测试手段;对指运动任务为检查前额叶和运动区的运动调节功能;症状图片刺激任务为检测前额叶情绪调节功能。通过认知任务刺激,可以检测心理障碍患者前额叶的激活模式。作为优选,所述认知任务的时间周期模块包括持续15s的任务前静息期、持续30s的任务期和持续15s的任务后静息期。一般4-5个刺激模块组合成一组等效认知任务的刺激范式。这种模块组合范式保证了两任务期之间有30秒的静息期。语言流畅任务与对指运动任务刺激模块组合各为4次,总任务时长各4分钟。症状图片任务(看图描述)刺激模块组合为5次,总任务时长5分钟。作为优选,在所述第二步骤中,具体依照如下步骤进行分类:1)判断位相步骤:根据所述第一曲线与所述第二曲线的相对位置关系对所述近红外脑成像图谱进行位相标记;2)判断波形步骤:根据所述第一曲线与所述第二曲线在任务期内的波幅、频率和/或趋势对所述近红外脑成像图谱进行波形标记;3)依据所述位相标记和波形标记,统计所述近红外脑成像图谱中的正相的双曲线波形、高波幅波形及正相的开口波形,以及负相的低平波形、交叉分离波形及负相的开口状波形、正相高波幅波形以及正相开口波形,进而根据统计结果计算波形构成比并根据所述波形构成比对所述近红外脑成像图谱进行分类。具体地,可以依据波形构成比最大的波形作为分类参考。例如,正相双曲线波形的波形构成比最高,则可以将该图谱分类为正相双曲线波形图谱。其余以此类推,不难判断,依照本专利技术提出的分类方法,基于认知任务测试所产生的近红外脑成像图谱可以通过本专利技术技术方案被至少分为6类,即正相双曲线波形图谱、负相低平波形图谱、负相交叉分离波形图谱、负相开口状波形图谱、正相高波幅波形图谱和正相开口状波形图谱。本专利技术还提供了另一种针对近红外脑成像图谱分类的实施方式,在这一方法中,不同于前一实施方式,在第二步骤中,将第一步骤获得的所述波形特征与对照图谱库中的对照图谱直接进行比较,进而根据比较结果对所述近红外脑成像图谱进行分类。作为优选,所述对照图谱包括正相双曲线波形图谱、负相低平波形图谱、负相交叉分离波形图谱、负相开口状波形图谱、正相高波幅波形图谱和正相开口状波形图谱。本专利技术所提供的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,可应用于医学领域的基础研究或临床应用上对近红外脑成像图谱进行自动分类。在认知任务的刺激呈现下,获取高参考价值的近红外脑成像图谱经过分类之后,便于理解使用。例如,在一组测试中,通过统计经过分类的各种近红外脑成像图谱所占的比例,可能揭示心理障碍在影像上的具体表现,具有较高的研究价值和商业前景。附图说明图1为本专利技术的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法的流程图。图2为本专利技术的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法的另一实施方式的流程图。图3为本专利技术的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法的再一实施方式的流程图。图4为本专利技术的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法归类的典型的正相双曲线波形图谱。图5为本专利技术的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法归类的负相低平波形图谱。图6为本专利技术的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法的归类的负相交叉分离波形图谱。图7为本专利技术的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法的归类的负相开口状波形图谱。图8为本专利技术的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法的归类的正相高波幅波形图谱。图9本文档来自技高网
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【技术保护点】
基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,该近红外脑成像图谱中至少包括对应于氧合血红蛋白浓度的第一曲线和对应于脱氧血红蛋白浓度的第二曲线,该分类方法具体步骤包括:第一步骤,读取近红外脑成像仪获得的近红外脑成像图谱,提取所述近红外脑成像图谱的第一曲线及第二曲线的波形特征;第二步骤,将第一步骤获得的所述波形特征与预设值进行比较并根据比较结果对所述近红外脑成像图谱进行分类。

【技术特征摘要】
1.基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,该近红外脑成像图谱中至少包括对应于氧合血红蛋白浓度的第一曲线和对应于脱氧血红蛋白浓度的第二曲线,该分类方法具体步骤包括:第一步骤,读取近红外脑成像仪获得的近红外脑成像图谱,提取所述近红外脑成像图谱的第一曲线及第二曲线的波形特征;第二步骤,将第一步骤获得的所述波形特征与预设值进行比较并根据比较结果对所述近红外脑成像图谱进行分类。2.如权利要求1所述的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,所述波形特征包括位相、波幅、频率或趋势。3.如权利要求2所述的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,所述认知任务包括在特定时间周期内执行的情绪图片任务、语言流畅任务、对指运动任务和症状图片任务单元的组合。4.如权利要求3所述的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,所述认知任务单元包括情绪图片任务、语言流畅任务、对指运动任务或症状图片任务。5.如权利要求4所述的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法,所述认知任务的刺激模块的时间周期包括持续15s的任务前静息期、持续30s的任务期和持续15s的任务后静息期。6.如权利要求1所述的基于认知任务测试的近红外脑成像图谱分类方法...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘破资
申请(专利权)人:清华大学玉泉医院
类型:发明
国别省市:北京;11

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