近红外脑成像图谱识别方法技术

本公开揭示了一种近红外脑成像图谱分析方法，包括：提取认知任务刺激下患者前额标定脑区的多个通道的脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白相对浓度的单一通道全时序图谱数据，依据所述图谱数据构建脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的检测曲线；针对所述检测曲线进行采样，将检测总时间T作为横轴进行分区采样，并在纵轴做归一化处理，得到最终数据集；依据标准图谱曲线构建神经网络算法模型，将多个通道的所述最终数据集分别输入神经网络算法模型，判定标准图谱在多个通道对应的检测曲线中所占的比重，依据预设比重与多个标准图谱的预设对应关系，得出判定结果。本发明专利技术提供的近红外脑成像图谱分析方法，可为临床诊断提供参考。

【技术实现步骤摘要】
近红外脑成像图谱识别方法
本专利技术涉及一种图像识别方法，特别是涉及近红外脑成像图谱识别方法。
技术介绍
近红外光光谱分析仪(Near-infraredspectroscopy,NIRS)利用两种近红外光与脑组织中脱氧血红蛋白(DeoxygenateHemoglobin,a.k.a.Deoxy-Hb)和氧合血红蛋白(Oxygenatehemoglobin,Oxy-Hb)之间的吸收和散射关系，可以让研究者以非入侵式的方式，定量观察脑皮层组织中Oxy-Hb和Deoxy-Hb的相对浓度变化，进而间接反映大脑活动。进入上世纪80年代后，由于光纤技术的发展，NIRS逐渐进入医学领域。1985年Farrari及其同事报导了第一例应用近红外光光谱分析仪定量测量人体大脑血氧的研究。后来研究者开始用功能性近红外光光谱分析(fNIRS)来进行相关医学论述，目前临床方面的研究已有近30年的历史。近十年来，NIRS广泛应用于精神疾病大脑皮层功能障碍的研究。与其他神经功能影像，如PET、SPECT、fMRI等技术相比，NIRS虽然限于观察到探头下约2cm的脑皮层的功能活动，但是具有相对轻便简洁，测量条件易满足及时间分辨率高的优点，允许受试者在比较舒适的环境下接受测试，使其在相对自然的条件下保持静息或执行任务，因此能获得比较真实的数据。近年来，功能影像的研究证实抑郁症患者额、颞叶血流灌注异常。有关抑郁症的功能性磁共振(Functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)文献认为，抑郁症患者的左额叶、颞叶、杏仁核扣带回等处的血流量均有所减低，在给予刺激、脑功能激活后检查显示原来的低代谢率和低血流灌注区会有所改善。大量PET和SPECT研究发现，抑郁症患者急性期前额叶皮质血流显著减少，导致神经元营养不良而使得抑郁症状明显。国外学者利用NIRS证实抑郁症患者大脑皮层功能异常，由于选取病例的严重程度、研究方法不同，结果显示大脑皮层激活程度降低的具体范围有所不同，虽尚未有一致的结果，但大多数研究结果显示前额叶及相邻颞叶功能低下。该现象为后来进行的大量临床研究指明了方向。言语流畅性任务(VerbalFluencyTask,VFT)是通过在有效时间内和规定类别中产生词语的数量来测量被测者前额叶大脑活动的一种刺激任务。其主要涉及记忆信息的提取速度和注意能量。文献报导言语流畅性与中央执行系统关系十分密切，部分研究支持VFT主要与额叶功能有关。VFT广泛应用于评估精神障碍患者认知功能缺陷的研究，2008年日本学者HiroakiHori等认为对于一系列对于精神障碍有用的任务中，音韵相关VFT在NIRS中最能有效地激活前额叶。更多基础研究表明，正常状态下，脑区神经元活动使该区域的耗氧量增加，同时脑血容量及血流量携带大量氧合血红蛋白，使局部氧合血红蛋白浓度明显增加，脱氧血红蛋白浓度则伴随氧合血红蛋白浓度波动，总血红蛋白浓度上升，血氧饱和度上升，该脑区处于高含氧浓度血流灌注状态。而病理状态下，脑区神经元活动使该区域的耗氧量增加，脑血容量及血流量增加不明显或轻微下降，无大量氧合血红蛋白供给，使局部脱氧血红蛋白浓度上升，氧合血红蛋白浓度波动或下降，总血红蛋白浓度下降，血氧饱和度下降，该脑区处于低含氧浓度血流灌注状态。这两种状态可以通过VFT等认知刺激任务有效地在大脑皮层前额叶再现。近年，有国内学者采用NIRS技术监测30名伴有焦虑、强迫症状的MDD者在言语流畅性任务(VFT)下前额叶皮质(PFC)中血红蛋白浓度的改变，然后分析PFC中NIRS数据与抑郁、焦虑和强迫症状严重程度的关系。抑郁、焦虑与强迫症状分别采用汉密尔顿抑郁量表(HAMD)、汉密尔顿焦虑量表(HAMA)和耶鲁-布朗强迫量表(Y-BOCS)评定。该研究证实MDD患者的外侧前额叶皮质、较低的前额叶皮质存在低活化。后来团队的研究发现右侧前额叶皮质中氧合血红蛋白浓度(oxy-Hb)的改变与焦虑症状的严重性相关。同时，没有发现其与强迫症状严重性有统计学相关的结果。研究结果还显示伴有焦虑和强迫症状的MDD患者在NIRS中表现出前额叶皮质低活化状态。此外，右侧前额叶皮质与焦虑症状相关，双侧前额叶皮质和前内侧前额叶皮质与抑郁症状严重性相关。但与抑郁、焦虑不同，强迫症状在前额叶皮质功能上可能具有不同的生物学特性。此外，在眼睑痉挛患者、更年期抑郁患者、躯体形式疼痛障碍患者、慢性失眠症患者身上均发现了与抑郁相关的血红蛋白低活化现象。在随后的研究中，国内研究团队在2012年至2015年进行了一次针对多项认知任务下的fNIRS血氧激活模式与抑郁焦虑强迫症状的相关性定量调查，团队从症状学的角度对典型病例脑成像图谱进行分类分析，比较正常对照组与抑郁障碍组、焦虑障碍组在执行多次等效语言流畅任务时前额标定脑区45个通道Oxy-Hb与Deoxy-Hb相对浓度的双曲线任务状态的位相、波形、波幅、频率、趋势特征与抑郁焦虑症状的相关性，并进行了初步分析。图1所示为已知的一些典型近红外脑成像图谱。其中：图1-a、正常正相双曲线平行波形(正常正相波形)：正相，Oxy-Hb在上，Deoxy-Hb在下，双曲线波幅在观察窗口的30％左右浮动，波形比较有规律，类似正弦波。正常人:精力体力、生活学习工作状态正常，人际关系和睦。无躯体症状：近2周无失眠，无头昏、头晕、乏力或头痛发作。图1-b、正相高波幅波形(广泛焦虑波形)：正相，Oxy-Hb在上，Deoxy-Hb在下，双曲线波幅明显高于观察窗口的30％，单个任务态结束后波动有回落趋势。心理症状：总担心会发生什么不幸的事情，莫名紧张、害怕、恐惧、不安，不踏实，坐立不安、急切、不沉稳、易发脾气。对环境较敏感。躯体症状：常有发作性头痛、心悸，心慌、肌肉跳动等躯体化症状。图1-c、正相开口状波形(焦虑强迫波形)：正相，Oxy-Hb在上，Deoxy-Hb在下，单个任务态结束后波动没有回落趋势，双曲线呈正相开口状。心理症状：见什么就反复想什么，反复想一些与自己有关的生活事件，对自身感受和环境比较敏感，心神不宁，紧张激越，情绪易失控，易激惹。躯体症状：有时伴游走性疼痛、四肢发麻、肌肉关节疼痛等症状。图1-d、负相双曲线平行波形(抑郁迟滞波形)：Deoxy-Hb在上，Oxy-Hb在下或无明显正负相特征，双曲线波幅在观察窗口的30％之下呈低平。心理症状：脑子反应慢和迟钝感，头脑不清晰、无兴趣，郁闷、不愿讲话，讲话声音低，记忆力下降。躯体症状：头昏、头晕、头蒙、头沉重、失眠、易疲劳等症状。图1-e、负相双曲线交叉波形(抑郁焦虑波形)：Deoxy-Hb在上，Oxy-Hb在下或无明显正负相特征，双曲线波幅在观察窗口的30％之上或漂移不稳定。心理症状：情绪不稳，心烦意乱、苦恼，无望感，无价值感，易哭泣、往坏处想。注意力不集中，脑子想问题乱，无耐心。躯体症状：全身不适、食欲减退，胃口不好。图1-f、负相双曲线开口状波形(抑郁强迫波形)：负相，Deoxy-Hb在上，Oxy-Hb在下，双曲线有叠加现象，单个任务态结束后波动没有回落趋势，呈现负相开口状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.近红外脑成像图谱分析方法，包括：/n提取认知任务刺激下患者前额标定脑区的多个通道的脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白相对浓度的单一通道全时序图谱数据，依据所述图谱数据构建脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的检测曲线；/n针对所述检测曲线进行采样，将检测总时间T作为横轴进行分区采样，并在纵轴做归一化处理，得到最终数据集；/n依据标准图谱曲线构建神经网络算法模型，将多个通道的所述最终数据集分别输入神经网络算法模型，判定标准图谱在多个通道对应的检测曲线中所占的比重，依据预设比重与多个标准图谱的预设对应关系，得出判定结果。/n

【技术特征摘要】
1.近红外脑成像图谱分析方法，包括：
提取认知任务刺激下患者前额标定脑区的多个通道的脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白相对浓度的单一通道全时序图谱数据，依据所述图谱数据构建脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的检测曲线；
针对所述检测曲线进行采样，将检测总时间T作为横轴进行分区采样，并在纵轴做归一化处理，得到最终数据集；
依据标准图谱曲线构建神经网络算法模型，将多个通道的所述最终数据集分别输入神经网络算法模型，判定标准图谱在多个通道对应的检测曲线中所占的比重，依据预设比重与多个标准图谱的预设对应关系，得出判定结果。


2.如权利要求1所述的方法，依据所述图谱数据构建脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的检测曲线，包括：
针对所述检测曲线进行高斯低通滤波；
根据近红外脑成像图谱检测仪器在所述检测曲线的纵轴设定观察区间；
所述归一化处理在所述观察区间进行。


3.如权利要求1所述的方法，依据所述图谱数据构建脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的检测曲线，还包括去除超过所述观察区间第一预设值的漂移信号去除，重构所述检测曲线；
其中，针对所述检测曲线进行采样，包括针对所述重构的检测曲线进行采样。


4.如权利要求1所述的方法，将检测总时间T作为横轴进行分区采样，包括针对所述检测曲线中对应于的脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白两种蛋白分别进行采样，且将检测总时间T作为横轴进行分区时，分别对应横轴的1/6，1/3，1/2，2/3及5/6处。


5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘破资，戎戈，刘思中，
申请(专利权)人：北京不器科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11